我国建筑节能外墙技术创新

我国建筑节能外墙技术创新

中国广泛使用的涂料主要包括hp、xps、pu等有机材料和岩棉、气混凝土、有机浆砌石、有机砂浆等有机材料。有机保温材料具有热导率低、节能效果好和施工工艺成熟等优点,但其防火性能较差,一般为B2级,约占有80%的市场份额。无机保温材料虽然防火等级为A级,但其保温性能稍差,约占有20%的市场份额。由于施工现场管理、材料管理及有机保温材料本身难以克服的防火性能差等原因,导致施工现场屡屡发生火灾事故。而现有的无机保温材料由于生产能力、生产技术、施工技术及材料性能等方面的原因还满足不了市场的巨大需求,促使相关技术人员在外墙结构构造及保温材料方面进行技术改进和创新。本文对这些材料的性能和应用加以介绍。1无机保温材料现在应用的保温材料能满足A级防火要求的主要有加气混凝土制品(砌块和板材)、岩棉板、泡沫混凝土及其制品、泡沫玻璃和无机保温浆料等无机保温材料。这些材料的生产技术水平、技术指标逐步提高,配套产品及施工技术也完全或基本成熟。近年来,由于建筑防火的要求,又开发或完善了如下保温材料。1.1泡沫统计分析酚醛保温板是以酚醛树脂和阻燃剂、抑烟剂、固化剂、发泡剂及其他助剂等多种物质为原料,经科学配方制成的闭孔型硬质泡沫塑料。最突出的优势是防火和保温。目前我国酚醛泡沫板材的生产技术已达到工业化生产水平,各项技术性能指标达到或接近国际先进水平。酚醛泡沫在建筑业的应用技术已逐步成熟,已越来越多地应用于公共建筑和住宅建筑保温节能工程中。1.1.1抗火焰能力测试酚醛泡沫保温板的防火级别为B1级,虽然不能达到A级,但通过实际燃烧试验来看,是完全不会引发火灾的。100mm厚酚醛泡沫的抗火焰能力可达1h以上而不被穿透。在火焰的直接作用下具有结碳、无滴落物、无卷曲和无熔化现象,火焰燃烧后其表面形成一层“石墨泡沫”层,可有效保护内层的泡沫结构。1.1.2对复合酚醛保温板的应用酚醛泡沫的热导率一般为0.025W/(m·K),与聚氨酯相当,优于EPS板、XPS板及其他无机保温材料。酚醛泡沫也存在一些缺点,如脆性、易粉化等,因此限制了它的应用范围。相关企业开发出了复合酚醛保温板。复合酚醛保温板主要结构为采用酚醛泡沫为芯材,表面复合一层聚合物砂浆以及玻璃纤维网格布。聚合物砂浆及网格布在酚醛泡沫表面的复合过程在工厂一次预制成型。由于酚醛泡沫表面复合了一层聚合物砂浆及网格布,所以复合板的整体抗压抗折性能都得到了极大的改善,弥补了单体酚醛泡沫板的脆性,也就更易施工,同时防火性能进一步提高。1.1.3外墙保温系统(1)太原万国城MOMA酒店、公寓、商业用房项目共有4栋楼,建筑高度分别为99.13,30.73,23.99和99.25m,总建筑面积为107926.83m2。外墙保温系统的保温材料采用厚度为120mm的EPS板,每层设置宽度为300mm、厚度为120mm防火隔离带,防火隔离带采用复合酚醛保温板,使外墙保温系统达到建筑节能和经济安全的要求。(2)北京华侨城A2-6号住宅楼。全现浇剪力墙结构,地上30层为住宅,地下2层为自行车库、机房,建筑高度88.20m。外墙保温采用50mm厚复合酚醛保温板,采用涂料作为外墙饰面层。外墙保温系统采用粘钉结合系统。(3)沂水县人民医院病房综合楼工程,总建筑面积21000m2,建筑总高度56m,外墙保温采用50mm厚复合酚醛保温板,采用涂料作为外墙饰面层,外墙保温系统的连接采用粘钉结合方式。1.2纳米多孔材料显著性产品在建筑保温领域的应用安徽某新材料科技有限公司研发的AB无机复合纤维保温板,是由包含铝、钙等金属元素的高聚硅酸盐纤维、玻璃纤维等超细无机纤维为主要原材料加入纳米无机粘合剂、憎水剂及其他添加物,充分水溶并搅拌均匀后,经脱水压制后呈板状,再经烘干切割而成的高效保温板材。它是一种基于纳米微孔原理的绝热保温材料,综合性能比显著超过传统的保温材料,其密度不大于300kg/m3,热导率不大于0.040W/(m·K),燃烧性能等级为A级,可应用于建筑内外墙保温、屋面保温、冷库、船舶、汽车和新能源房屋等领域。AB无机复合纤维保温板外墙外保温系统构造如图1所示,由外到内包括饰面层、抗裂胶浆防护层、耐碱玻纤网格布、AB无机复合纤维保温板、粘结胶浆增强层、砂浆找平层、基层墙体和外加连接件锚栓(选用)。1.3保温板外墙外保温体系发泡水泥保温板是采用物理或化学方法将发泡剂、水泥基胶凝材料、骨料、掺合料、外加剂和水,经混合、搅拌、发泡和切割等工艺制成的轻质气泡状绝热材料。其优点是:热导率低,保温效果好,不燃烧,与墙体粘结力强,强度高,无毒害放射物质,环保。其体积密度大多在180～200kg/m3,热导率不大于0.06W/(m·K),有的可达到不大于0.045W/(m·K),防火等级达到A级。发泡水泥保温板属于水泥基材料,与水泥基及砖、砌体等建筑基层墙体及抗裂抹面砂浆相容性好,粘结可靠,施工时采取粘结砂浆满粘,并辅以膨胀锚栓锚固,有效保证了保温板应用的安全性及耐久性。发泡水泥保温板外墙外保温体系由界面砂浆、发泡水泥保温板、抹面层、玻纤网格布和锚固件等构成。目前,国内外在此领域的技术发展水平基本相当。1.4stp板保温装饰系统相关节能技术STP超薄绝热板是由无机纤维芯材与高阻气复合薄膜通过抽真空封装技术制成的(图2)。其中,芯材的主要作用一是作为支撑骨架,二是芯材本身具有一定的热阻,可起到一定的保温效果。高阻气薄膜是由铝箔和其他材料复合而成的,它的好坏对成品板的影响最为明显。吸气剂的主要作用是保证STP板与建筑物同寿命,为防止在使用过程中有小部分空气渗漏到STP板的内部,通过在STP板内部放置吸气剂,可将这部分气体吸收掉,进一步保证STP板的使用寿命。青岛某材料有限公司生产的STP板材外部采用多层材料复合的高强度复合阻气膜,具有高阻气性,其单位面积重量不大于10.0kg/m2,热导率试验结果为0.0067W/(m·K),燃烧等级为A级。STP超薄绝热板保温装饰系统保温效果优异,居住建筑工程一般用15mm厚就能达到65%的节能要求,并且保温材料为无机材料,防火不燃,可用作基层墙体的保温材料和防火隔热带。由于STP板超薄质轻,可直接用粘结砂浆粘贴上墙,无须锚固。另外还可把保温材料和装饰材料有机结合起来,作为保温装饰一体化进行施工,比传统的保温系统施工工序更简单。国外真空绝热板的研究自1972年就已经开始,主要集中在日本、欧洲国家,在冰箱、制冷行业已普遍应用,在日本90%以上的冰箱采用了该种保温材料保温。目前欧洲国家在建筑业上也开始应用。国内真空绝热板的应用主要集中在出口型的冰箱、远洋运输冷藏箱,在建筑行业目前有部分大学、科研院所开展了研究工作,在实际工程中也有应用。如:镇江润城国际花园工程,总建筑面积约10.5万m2,外墙和屋面保温材料采用STP超薄高效保温板。1.5性能及应用分析我国于1965年引进瑞典的西波列克斯技术,在北京市建立加气混凝土厂生产线至今,已有近50年的发展历史,先后又引进了伊通技术、海波尔技术和乌尼泊尔技术等,并在消化吸收国外技术的基础上,研究开发出适合我国国情的加气混凝土生产技术。总体来看,我国加气混凝土生产技术和应用技术已经成熟,产品质量能满足工程应用要求。加气混凝土制品按外观分为加气混凝土砌块和板材(包括外墙板、内隔墙板和屋面板)两种,按体积密度分为300,400,500,600,700和800kg/m36种,常用的是500～700kg/m3,按强度等级分为A1.0,A2.0,A2.5,A3.5,A5.0,A7.5和A10.0共7个级别,根据工程需要有多种规格尺寸。其防火等级为A级,热导率见表1。加气混凝土制品是一种热导率较低的无机保温材料,可用于墙体、屋面的保温及单一材料保温墙体,在全国各地得到广泛应用。我国加气混凝土制品质量和性能指标在逐步提高的同时,相关技术人员又开发出加气混凝土空心砌块,其热导率进一步降低,保温性能进一步提高。高效节能型多排孔蒸压加气混凝土砌块,在砌块本体上沿高度方向开有至少3排直径为8～15mm的竖向贯通孔或盲孔,盲孔距砌块本体底端面的距离为2～3cm。其中一种尺寸为600mm×300mm×200mm,其上开有3～4排贯通孔或盲孔,每排上的贯通孔或盲孔为6～20个。本技术由于在砌块本体上开设了贯通孔或盲孔,且盲孔的深度很大,进一步降低了蒸压加气混凝土砌块的热导率,提高了其保温隔热性能,具有更高的节能效果。北京某有限公司开发的ikoopo加气混凝土空心砌块,是在现有加气混凝土六面体实心材料上,根据建筑钢筋混凝土结构柱和板的构造需要,做出各种横向和竖向方形或圆形的贯通孔洞,形成一种空洞率最大值在55%以内的空心砌块。它有单排孔型、双排孔型、多排孔型构造,是一种性价比非常优良的绿色建筑节能墙体材料。该产品热导率可达到0.056W/(m·K),砌块自身砌筑成砌体后传热系数可达到K=0.44W/(m2·K),同时满足建筑结构强度与热工性能的要求(图3)。由图3可见,其空心砌块材料为蒸压加气和砂加气混凝土材料;砌块以砌块中心线为基准分布和排列的横向和竖向的贯通孔洞;砌块两侧外表面排列有竖向或横向的凹槽或浮雕图案。2外墙保温节能技术目前我国应用的外墙保温节能技术主要有外墙外保温、外墙内保温、外墙夹心保温和外墙自保温节能技术等。每一种外墙保温节能技术又各成体系,施工技术成熟。但随着防火的要求,各体系又有改进和创新。2.1外模板施工技术北京某节能环保科技股份有限公司开发出一种免拆模现浇EPS泡沫混凝土复合保温墙体,采用水泥硅钙板作为墙体内侧模板,采用掺聚苯颗粒的EPS泡沫混凝土作为轻质墙体,采用挤塑聚苯板(XPS)作为外模板。其中,内模板也可采用石膏板或纤维水泥板等;EPS泡沫混凝土是在泡沫混凝土中掺入由废弃聚苯板破碎成的聚苯颗粒制备而成,大大改善了泡沫混凝土坍落度和流动度,对模具的密封性要求低,将模板直接拼接即可,无须对拼接缝进行额外处理,避免了泡沫混凝土在现场浇筑过程中,一次浇筑高度过高造成的塌模现象和拼接缝隙处的跑浆现象,减少了泡沫混凝土浇筑前封闭拼接缝这一工序,提高了施工质量和效率;外模板用挤塑聚苯板上开有燕尾槽,并双面涂刷防火界面砂浆,且单面涂刷基层建筑界面砂浆;内外模板均作为免拆模板永久固定在保温墙体上(图4)。2.2由空气层组成的复合隔热墙2.2.1金特纤维水泥板面层外墙保温装饰复合体系安装结构形式:在外墙体安装锚固件、连接件及横纵方钢龙骨,并通过连接件的椭圆孔调节龙骨与墙的距离,通过龙骨对整个墙面的垂直和平整度进行调整,龙骨之间及龙骨与墙面之间钉岩棉板,外干挂金特纤维水泥板,金特纤维水泥板与岩棉板之间留有10mm缝隙(空气层),可提高保温性能,金特纤维水泥板外侧为涂料饰面(图5)。该体系完全采用燃烧等级为A级的不燃性材料,杜绝了火灾隐患。保温层和面层先后完成,面层施工时,对保温层几乎没有破坏。外墙龙骨既固定了岩棉板,又固定了金特纤维水泥板,能抵抗较大的风压。金特板面层采用金属漆涂刷,具有很强的美观效果,能达到幕墙的效果,投入却比幕墙施工要节省。本做法完成后有较长的耐久性,减少了后期维修费用。2.2.2复合外墙保温、隔热体系北京某建材有限公司生产的金邦板不仅可作为外围护结构非承重墙体独立使用,还可与保温材料配合构成复合墙体、复合外墙保温系统,使外围护结构具有保温隔热效果。金邦板复合外墙保温隔热体系,采用岩棉、隔热膜、断桥龙骨、石膏板和防潮层等材料构成复合外墙保温、隔热、通气结构体系,具有优良的保温、隔热性能。以厚度为100mm、密度为100kg/m3、热导率为0.044W/(m·K)的岩棉板、隔热膜、断桥龙骨、12mm厚的石膏板、15mm厚的金邦板及6mm厚的空气层构成的复合墙体,通过热工计算及实际测试其传热系数可以达到0.45W/(m2·K),满足北京地区建筑节能65%的要求,此种墙体结构可应用于寒冷地区、夏热冬冷地区等有建筑节能要求的外围护结构墙体(图6)。2.2.3建筑填充墙外至内的顺序清水混凝土空心砌块复合外墙与钢筋混凝土框架结构或钢结构体系,从外至内依次为:90mm厚装饰砌块外墙、20mm厚空气层、50mm厚聚苯板保温层和140mm厚混凝土砌块内墙。北京某办公楼工程外立面砌筑墙体全部采用清水混凝土空心砌块复合外墙,取得较好效果。2.3钢带陶粒板外墙北京某建材有限公司开发的钢带陶粒板复合保温外墙,其构成是墙的两面为陶粒板,用陶粒混凝土条作为连接块,内填憎水膨珠浆料保温,框架梁柱处填岩棉板保温,构成不燃材料外墙,可用于各类建筑填充外墙。在外墙拼装过程中,采用钢带立筋作为骨架,上锚固于混凝土梁,下锚固于混凝土楼板,用膨胀螺栓拧紧。其中陶粒板是以水泥为胶结料,以陶粒、浮石等为骨料,且双面加镀锌钢丝网等预制而成。钢带陶粒板复合保温外墙有如下特点:(1)工厂化生产、现场组装、集防水保温于一体,一次安装成型;(2)无可燃材料、防火不燃烧,燃烧性能A1级;(3)保温效果好、结构牢固、无热桥,且墙内可任意走管线,其热导率不大于0.050W/(m·K)。2.4无机纤维外墙外保温施工技术河南某建设有限公司开发的混凝土保温幕墙技术,由混凝土面层与保温板材组成,是附加在主体结构上的保温构造措施,不承担主体结构荷载与作用,受力明确可靠,设计方法可按照建筑幕墙的设计要点进行。其结构混凝土与保温面