外墙外保温系统保温材料的应用

外墙外保温系统保温材料的应用

在污染继续恶化、能源消耗日益激烈的时代，绿色环境保护和节能减排已成为世界趋势。据资料统计,在我国的能源消耗中,建筑能耗约占总量的30%。而建筑能耗主要是使用过程的能耗,最经济有效的措施就是加强建筑隔热保温,因此外墙保温对节能降耗起着极为重要的作用。2005年4月15日,原中国建设部发布了《关于新建居住建筑严格执行节能设计标准的通知》,对新建建筑实施强制节能标准,提出到2020年实现全国城镇新建建筑节能达到60%的总体目标。因此,我国现在正在在建过程中强制性地推广建筑保温材料的应用,其中,又以外墙外保温材料应用最为广泛。外墙外保温系统是由保温层、保护层和固定材料(胶粘剂、锚固件等)构成并且适用于安装在外墙外表面的非承重保温构造的总称。顾名思义,外墙外保温是一种把保温层放置在主体墙材外面的保温做法,因其可以减轻热桥的影响,同时保护主体墙材不受温度变形应力,是目前应用最广泛的保温方法。目前,我国正在使用的外墙外保温系统的保温材料主要分为三大类:(1)无机保温材料,如岩棉、玻璃棉、无机保温砂浆、珍珠岩等材料;(2)无机有机复合保温材料,主要指胶粉聚苯颗粒保温砂浆;(3)有机高分子保温材料,这是目前最为常用的材料,如膨胀聚苯板(EPS)和挤塑板(XPS)、聚氨酯以及最近发展比较迅速的酚醛板。除了以上三大类之外,另外还有无机纤维喷涂外保温系统,但其应用相对而言不是非常广泛。1环保材料1.1运营系数和导热系数岩棉是矿物棉的一种,是以天然岩石及矿物为原料制成的蓬松短细纤维。其产品按制品形式分为岩棉、岩棉板、岩棉带、岩棉毡及岩棉管壳等。岩棉有着良好的绝热性能,常温下其导热系数为0.029~0.044W/m·K,是优良的保温材料。此外,岩棉也具有好的热和化学稳定性及一定的防水性,并且本身无毒害,应用广泛。但岩棉自重较重,且自撑性差,在施工中需要大量的人力物力。岩棉的防火性能等级非常高,是优良的防火材料。按照GB8624-1997分级标准,通过GB/T5464-2010试验方法检测可以达到A级。而岩棉的热荷重收缩温度也都大于600℃,这就保证岩棉外保温系统在火灾中不会轻易收缩垮塌。1.2热、吸音性能好玻璃棉属于玻璃纤维中的一个类别,是一种人造无机纤维。玻璃棉是将熔融玻璃纤维化,形成棉状材料,化学成分属玻璃类,是一种无机质纤维,具有成型好、体积密度小、热导率低、保温绝热、吸音性能好、耐腐蚀、化学性能稳定等优点。由于其独特的多孔结构,玻璃棉在吸声方面具有独一无二的优势。但由于玻璃棉抗拉强度过低,不太适合做外墙保温系统,通常用于屋顶屋面。玻璃棉和岩棉一样,防火性能都很优良,按照GB8624-1997分级标准也能达到A级。但玻璃棉的热荷重温度较低,一般不超过400℃。通过GB/T5464-2010方法检测,质量损失在30%左右,炉内温升在20℃上下,表面可能出现零星火焰。实验结束后,玻璃棉外观显著变化,从原来的淡黄色蓬松纤维状收缩变成灰白色固体,表面光滑,具有一定的脆性。1.3无机材料的应用无机保温砂浆是以无机类的轻质保温颗粒作为轻骨料,加入胶凝材料、添加剂及其它填充料等组成的干粉砂浆,其中轻质保温颗粒是一种内部多孔、呈球状体的非金属矿物质基轻质绝热颗粒。其主要成分都是无机材料,具有耐酸碱腐蚀,不易开裂脱落的特点,稳定性较高,且密度不大,实际应用中操作较为简易。但无机保温砂浆的保温性能较差,一般较有机类保温材料能量损耗约多15%。无机保温砂浆的防火性能也能达到A级,通过GB/T5464-2010方法检测,质量损失在15%左右,炉内温升仅在10℃上下,且表面不出现任何持续可见火焰。1.4优质的资本主义珍珠岩珍珠岩(又称珠光砂)是一种由火山喷出的岩浆经急剧冷却形成的酸性玻璃质岩石,因具有珍珠裂隙而得名。珍珠岩经破碎,被筛分成各种大小不等的颗粒,再经预热后,被瞬间加热至1000~1300℃高温,这时其体内所含水分变成蒸汽,使得已在高温下软化的岩石迅速膨胀4~30倍,形成轻质颗粒状白色或浅色的膨胀珍珠岩,是优质的绝热保温材料。珍珠岩内部成蜂窝状结构,密度在50~60Kg/m3之间,导热系数为0.04~0.075W/m·K,具有无毒害、耐酸碱等特性。珍珠岩的防火性能也能达到A级,与无机保温砂浆相仿。无机类保温材料具有优良的防火性能,基本上防火等级都能达到国标A级标准,且遇热不产生有毒气体,耐酸碱,符合安全环保要求。但相对而言,其保温效果不如有机类保温材料,且受地域限制较大,故尚且不完全满足外保温材料的要求。2可燃性温度nfm材料热系数无机有机复合保温材料主要是指胶粉聚苯颗粒保温砂浆。预混合型干拌砂浆为主要胶凝材料,加入适当的抗裂纤维及多种添加剂,以聚苯乙烯泡沫颗粒为轻骨料,按比例配置,在现场加以搅拌均匀即可。该材料导热系数低,保温隔热性能较好,具有强度高,粘接力强,附着力强等特点,且一般是现场抹灰成型,整体性能较好;但也有一定的缺点,如:对施工要求较高且厚度不易控制,影响保温性能。该材料的防火性能按照GB8624-97可达到B1级。以常见的试样为例,在燃烧竖炉试验中,其剩余长度能达到800mm以上;可燃性试验中,火焰尖端所达高度也在10mm左右,烟密度也很小,一般在10以下,均远远小于GB8624-97中B1级的要求。按照JG158-2004中的要求,对胶粉聚苯颗粒外保温系统进行对火反应性能测试,结果表明,开放试件和封闭试件均不被点燃,厚度变化也为1%,防火性能较好。3有机环保材料3.1阻燃涂层材料的性能聚苯板,全称聚苯乙烯膨胀泡沫塑料(EPS)板,是由含有挥发性液体发泡剂的可发性聚苯乙烯珠粒,经加热预发后在模具中加热成型的具有微细闭孔结构的固体;挤塑板,全称挤塑聚苯乙烯泡沫(XPS)板,是以聚苯乙烯树脂辅以聚合物在加热混合的同时注入催化剂,而后挤塑压出连续性闭孔发泡的硬质泡沫塑料板。这两种板材相比,EPS板密度较小,硬度也较小。两种材料都具有优良的保温效果,轻便耐用,并且价格低廉,一直是最受欢迎的外保温材料。虽然这两种材料具有优良的物理性能,应用范围广泛,但不可否认的是,这两种材料的防火安全性差,易老化,易燃烧,受热时易分解产生大量的有毒气体,并通常发生软化和熔化。通常认定该两种材料为B2级易燃材料。在实验室的检测中,这两种材料在接触到火焰的瞬间就会猛烈燃烧,迅速收缩并产生黑烟。但当样品燃烧部分脱离火焰后,根据样品制作工艺以及所加阻燃剂的不同,会有截然不同的结果。质量较差的样品会持续猛烈燃烧,并伴随大量的滴落物出现,甚至引燃滤纸,同时产生大量刺鼻的烟气;而质量较好的样品会持续收缩而离开火焰,在板材中段形成空腔,已燃部分发生玻璃化,从而停止燃烧。这样也可以达到GB8624-97中的B1级的要求。按照GB/T8627-2007方法进行检测,得到两种板材烟密度的数值为40~50,最大烟密度则能达到60~70。以上为在实验室特定条件下对特定样品的测试数据,而在实际施工操作中,目前使用EPS和XPS板都是采用薄抹灰保温系统,在材料表面采用聚合物抗裂砂浆,虽然表面的无机砂浆能够增加整个苯板保温系统的防火性能,但潜在的危险性仍然极高。无论是在施工过程中出现明火,或者是保温主体遭到破坏引发火灾,EPS板和XPS板就容易剧烈燃烧,并产生大量的有毒气体,给逃生带来极大的危险。同时,两种材料产生大量的滴落物可能继续引燃其它易燃物,造成火灾的扩大。甚至,两种板材受热产生的热熔缩变形而导致墙面物体脱落也有可能砸中逃生人员,造成二次伤害。因此,在安全性能上,两种板材材料还是不足以令人放心。3.2聚氨酯的性能聚氨酯(PU)全称为聚氨基甲酸酯,是主链上含有重复氨基甲酸酯基团的大分子化合物的统称。聚氨酯制品目前的使用范围极为广泛,在石油化工、制造业、合成革等多个领域都起着重要作用。而随着聚氨酯泡沫塑料的问世,它在外墙保温材料方面的使用也极速增加。聚氨酯材料是目前世界上公认的最佳保温绝热材料,导热系数仅为0.018~0.023W/m·K,其保温效果超过EPS板、XPS板,远超岩棉等无机保温材料。聚氨酯泡沫本质上属于高度易燃材料,未做阻燃处理时氧指数仅为16.5%。作为热固性材料,其在受热时通常分解出易燃气体,受火后形成炭化层,热分解和燃烧的产物主要有氰化氢、CO、异氰酸酯等可燃挥发性气体,容易引起火灾事故;并且,聚氨酯泡沫塑料的燃点很低,一般为90℃左右,燃烧速度极快,在燃烧过程中产生熔滴现象。在实验室检测数据中,聚氨酯的热释放速率和热释放总量高于EPS板和XPS板,说明其发生火灾的几率也较大。而且聚氨酯的烟密度最大,按照GB/T8627-2007方法检测,其烟密度平均值在60~70左右,最大烟密度甚至可达90。同时,烟毒性试验中,其烟气毒性也高于EPS板和XPS板。在实际应用中有厂家对聚氨酯产品进行加工,如加入阻燃剂,以增强其防火性能。也有厂家在聚氨酯材料外附上金属等,如安徽某企业生产的板材,外表层为近1mm厚的铝板,中间为40mm厚的聚氨酯泡沫,内层为薄薄的一层铝膜。作为一种复合材料,其防火性能等级可达到GB8624-1997中B1级要求。但在实际火灾中,仍存在隐患。由于聚氨酯本身的性质,在400℃下可以发生自燃,从而在复合材料内部发生燃烧并持续下去,同时释放出大量有毒烟气。而且由于外部金属材料的阻挡,反而限制了从外部进行的救援行动。但由于聚氨酯材料的特殊化学结构,通过添加相应功能基团,具有对其进行改性的很大空间。因此,虽然聚氨酯材料防火性能不能令人信服,但其还是拥有很大的发展空间。3.3可扩张性和在一般机械设备中的应用酚醛板,即酚醛泡沫板,由酚醛泡沫材料(PF)制成,属高分子有机硬质铝箔泡沫产品,由热固性酚醛树脂发泡而成,为苯酚和甲醛缩聚而成的长链结构。它具有轻质、防火、遇明火不燃烧、无烟、无毒、无滴落、使用温度范围广(-196~+200℃),低温环境下不收缩、不脆化的特点。导热系数低于0.030W/m·K,隔热性能好,并具有一定的抗水性和水蒸气渗透性,是较好的保温节能材料。它的保温性能是传统无机保温材料的一倍,而且防火性能远远高于苯板材料和聚氨酯材料,属第三代保温材料。但其也有局限性,如价格高昂,不利于大规模推广;质脆易粉化;酸性较强,限制其在钢结构建筑领域的应用;生产原料苯酚和甲醛毒性较大,对人体有害。酚醛板的防火性能较好,包括两个方面:一是遇到火焰时能迅速碳化,从而阻止火焰的进一步扩散;二是材料本身具有绝热性能,即使在材料的一侧着火燃烧,另一侧温度也不会升得太高而引起火灾扩大。单体材料能达到GB8624-1997中B1级的要求。其燃烧竖炉实验(GB/T8625-2005)后剩余长度为300~500mm左右,而可燃实验(GB/T8626-2007)的结果为火焰尖端达到40mm处,且无燃烧滴落物。而该材料的烟密度实验中,烟密度非常小,仅为5~8,且不产生有害气体。同时对其进行氧指数实验,其氧指数可达40%左右。各项指标均远高于其他有机高分子保温材料。而在实际