幕墻工程保溫材料的選擇和應(yīng)用

何 星(西安建筑科技大學(xué)，陜西 西安 710000)

1 工程概況

廣州國際體育演藝中心是可容納18000余名觀眾的集籃球、冰球及演藝等多功能的綜合場館，是2010年廣州亞運(yùn)會籃球比賽的場館。工程的建筑設(shè)計由美國MANICA建筑設(shè)計事務(wù)所設(shè)計，場館的整個外立面均為幕墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)，幕墻面積約36300㎡，其中金屬板幕墻約29000㎡。工程的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)同時采用中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)體系、美國NBA籃球協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)體系和北美冰球協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)體系。該建筑設(shè)計對幕墻系統(tǒng)有很高的性能要求，在金屬板幕墻背面要求全部安裝保溫系統(tǒng)以確保整個金屬板幕墻具有良好的保溫性能。

工程的幕墻保溫系統(tǒng)是金屬板幕墻系統(tǒng)的組成部分，由于2009年的央視大樓大火和2010年的上海膠州路教師公寓大火都是由于引燃保溫材料導(dǎo)致火勢蔓延最終造成重大的人員傷亡和重大經(jīng)濟(jì)損失，所以保溫材料的選擇是保溫系統(tǒng)的一個重點。中心是人員大量聚集的公共場所，對防火的等級要求很高，因此對保溫材料的選擇必須符合防火等級的要求。

2 幕墻保溫材料種類和特點

常用的幕墻保溫材料主要分為無機(jī)和有機(jī)兩類：無機(jī)保溫材料有礦巖棉、玻璃棉等材料。礦巖棉為A級不燃材料，有優(yōu)越的保溫隔熱性能、技術(shù)成熟、但防水性能不好、容易脫落，且施工要求高。玻璃棉具有防火、保溫、易于切割等優(yōu)良特性，是建筑保溫最常用的保溫材料之一。但是由于玻璃棉表面無裝飾性，而且會有纖維灑落，防水性能不好，影響保溫效果，需要采用PVC或塑料薄膜包裹，皮膚接觸很癢，人體吸入致癌。有機(jī)材料有EPS(聚苯乙烯泡沫)、XPS(擠塑聚苯乙烯泡沫)和PU(聚氨酯泡沫)等材料，聚苯材料因其質(zhì)輕、保溫、隔熱效果好而被大量應(yīng)用。但其最大的缺陷是易燃燒，防火性能差，燃燒時煙霧大、毒性大、易老化、使用年限不如無機(jī)保溫材料。特別是EPS泡沫、XPS泡沫耐火性極差，在80℃就產(chǎn)生熔融變形滴落，給建筑帶來很大的安全隱患。雖然在聚苯材料中通常加入大量阻燃劑，但一方面會造成材料成本大幅度提高，另一方面因一般阻燃劑的沸點≦300℃，火災(zāi)發(fā)生時環(huán)境溫度可高達(dá)1000℃，阻燃劑會產(chǎn)生揮發(fā)導(dǎo)致防火性能仍不理想。

3 幕墻保溫板材的主要物理性能比較

在傳統(tǒng)常用的保溫材料當(dāng)中聚苯乙烯泡沫板材和聚氨脂、聚乙烯等泡沫材料其耐熱溫度低、遇火易燃燒，易放出大量熱量，產(chǎn)生大量煙毒氣，造成火災(zāi)，也造成環(huán)境污染，使其實際應(yīng)用中受到消防法規(guī)的限制。酚醛泡沫保溫板材作為一種新型的節(jié)能保溫材料，具有優(yōu)異的防火性能和保溫性能，該產(chǎn)品具有難燃、耐高溫性能、導(dǎo)熱系數(shù)低、強(qiáng)度好、吸水率低等特點，經(jīng)檢測產(chǎn)品的性能全部達(dá)到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)、美國UL、英國BS等標(biāo)準(zhǔn)。在生產(chǎn)加工上，酚醛泡沫保溫板材產(chǎn)品生產(chǎn)設(shè)備先進(jìn)，配方及工藝合理成熟，具有較強(qiáng)的創(chuàng)新性，能夠解決建筑保溫和防火安全的問題，相對于市場上其它傳統(tǒng)保溫材料具有較大優(yōu)勢。表1是三種防火保溫材料的主要性能對比。

表1 防火保溫材料的主要性能對比

表2 酚醛泡沫夾芯板性能與技術(shù)指標(biāo)

由表1可見，酚醛泡沫保溫板材的阻燃性、導(dǎo)熱性能等均優(yōu)于其余兩種傳統(tǒng)防火保溫材料。

4 酚醛泡沫夾芯板的技術(shù)指標(biāo)及各項性能分析

酚醛泡沫夾芯板屬硬質(zhì)泡沫，泡沫密度低、導(dǎo)熱系數(shù)低、使用溫度范圍大、尺寸穩(wěn)定性好，與聚苯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫相比，具有難燃、自熄、低煙、高耐火焰貫穿等優(yōu)點。工程選用的酚醛泡沫夾芯板各項性能與產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)的比較見表2。

由表2可知，工程選用的酚醛泡沫夾芯板的各項性能均滿足技術(shù)指標(biāo)的要求，且符合《屋面工程質(zhì)量驗收規(guī)范》GB50207-2004的表A.0.4-2板狀保溫材料的要求。

酚醛泡沫夾芯板的性能特點如下：

1)導(dǎo)熱系數(shù)低，保溫隔熱效果好

酚醛泡沫材料由無數(shù)“封閉式發(fā)泡”組成，對于溫度所形成的熱對流現(xiàn)象有良好的阻隔，酚醛泡沫具有極低的導(dǎo)熱系數(shù)(0.020W/M.K)，熱工性能優(yōu)越。達(dá)到65%的保溫效果時，PU需3㎝，EPS需7㎝，XPS至少5㎝以上，而酚醛泡沫只需2㎝厚度。酚醛保溫材料良好的保溫隔熱效果使建筑耗能降低，使建筑的絕熱保溫性能得到大幅度提高，節(jié)省建筑物空調(diào)系統(tǒng)的耗電量，為建筑墻體厚度的減少，擴(kuò)大建筑可利用空間創(chuàng)造了條件。更重要的是它的使用可為減緩能源緊張、節(jié)約資源利用開辟新的途徑。

2)防火不燃

有機(jī)材料如EPS、XPS、PU，其最大的缺陷就是防火、安全性差，易老化、易燃燒，燃燒時煙霧大、毒性大。特別是EPS泡沫、XPS泡沫，耐火性極差，在80℃就產(chǎn)生熔融變形滴落。給建筑帶來很大的安全隱患。即使加入大量阻燃劑，因一般阻燃劑的沸點≦300℃，火災(zāi)發(fā)生時，環(huán)境溫度可高達(dá)1000℃，阻燃劑揮發(fā)，所以防火性能仍不理想， 且成本大幅度提高。外墻外保溫系統(tǒng)是否具有防火安全性，應(yīng)考慮兩個方面的問題：一是點火性，在有火源或火種的條件下，材料或系統(tǒng)是否能夠被點燃或引起燃燒，系統(tǒng)自身的燃燒性能要求；二是傳播性，當(dāng)有燃燒或火災(zāi)時，材料或系統(tǒng)是否具有傳播火焰的能力，系統(tǒng)對外部火源攻擊的抵抗能力或防火性能要求。酚醛保溫材料防火性能達(dá)到B1級，氧指數(shù)高達(dá)42%(一般26%)。在高溫下不熔滴、不軟化，材料過火使材料表面只會產(chǎn)生碳化。酚醛特有的分子結(jié)構(gòu)決定了不需添加任何阻燃劑就能達(dá)到最優(yōu)的防火等級，尤其是火災(zāi)時煙霧少，耐火焰穿透，可用于耐火等級3～4級的建筑。

3)防水透氣，良好的自呼吸性

酚醛泡沫獨特的多孔結(jié)構(gòu)和一定比例的開孔結(jié)構(gòu)，使產(chǎn)品具有良好的自呼吸功能。墻體在各種氣候條件下能夠保持水氣平衡，防止墻體積水發(fā)霉變黑等現(xiàn)象。

4)“三合一”結(jié)構(gòu)，施工方便，節(jié)省工時

復(fù)合型酚醛建筑保溫板在工廠以100%自動化機(jī)械作業(yè)的模式完成，實現(xiàn)了保溫產(chǎn)品生產(chǎn)的工業(yè)化。施工時一次上墻，一次成形，不僅大大縮短工期，降低工程造價，同時也解決了傳統(tǒng)墻體保溫多次復(fù)合、工程質(zhì)量穩(wěn)定性差等問題。

5)粘結(jié)性良好

抗剝離強(qiáng)度高，采用粘錨結(jié)合的固定模式，為高層建筑的外立面裝飾提供安全保障。

6)耐候性及化學(xué)穩(wěn)定性好

可抵抗大多數(shù)化學(xué)溶劑，對于酸性和堿性有良好的抵抗性；酚醛泡沫使用溫度范圍-190℃－+180℃，尺寸安定性好，抗老化佳，使用壽命可達(dá)到20-30年。

7)性價比顯著

工期可縮短至傳統(tǒng)作業(yè)的1/3到1/4，施工綜合成本低，質(zhì)量穩(wěn)定可靠；保溫系統(tǒng)使用年限長，長達(dá)20～30年的使用壽命，一次投入，長期受益。

8)綠色環(huán)保

無毒無味無害，無刺激性，符合環(huán)保要求。不使用鹵元素及氟氯碳化物，不破壞臭氧層，能夠很好地保護(hù)環(huán)境。

經(jīng)過對擠塑聚苯乙烯保溫板、玻璃棉、和酚醛連續(xù)發(fā)泡保溫板三種材料性能的綜合比較，本工程決定采用酚醛連續(xù)發(fā)泡保溫板，但是由于酚醛連續(xù)發(fā)泡保溫板大規(guī)模用在建筑上的不多，使用前對酚醛泡沫保溫板進(jìn)行相關(guān)試驗，以驗證其性能。

5 防火保溫材料的現(xiàn)場實驗

酚醛泡沫保溫板(20mm厚)在乙炔焊槍火焰噴射之下，表面溫度在800～1000℃時不燃燒，無煙、無滴落、無火焰蔓延，只有炭化點，火焰背面的人的臉部和手無熱感。

擠塑聚苯乙烯板乙炔焊槍火焰噴射之下迅速燃燒并快速蔓延、穿透、滴落并放出大量有毒黑煙。實驗表明這種材料的防火性能較差，極易在施工過程中被高溫焊渣點燃，迅速燃燒快速蔓延、穿透、滴落并放出大量有毒黑煙。

普通玻璃棉(50mm厚)在火焰噴射之下雖然煙量少，但火焰可以穿透普通玻璃棉，表明這種材料需要比較厚的施工厚度才能達(dá)到設(shè)計要求，并且一旦發(fā)生火災(zāi)，還是會產(chǎn)生煙霧，對人群產(chǎn)生傷害。

工地現(xiàn)場的實驗表明，酚醛泡沫保溫板在三種材料中的防火保溫性能是最佳的。因此工程最終確定了采用100mm厚酚醛泡沫保溫板作為屋面的防火保溫材料。

6 酚醛材料在工程中的應(yīng)用

酚醛保溫板安裝示意見圖1。

圖1 酚醛保溫板安裝圖

此處為金屬幕墻外保溫構(gòu)造節(jié)點，箭頭標(biāo)注為酚醛保溫板安裝區(qū)，該構(gòu)造充分利用了酚醛保溫板易于加工及可切割等特性。

圖2 金屬幕墻保溫構(gòu)造節(jié)點圖

酚醛保溫板收口密封節(jié)點處理外敷鋁箔內(nèi)部切口位密封膠黏結(jié)。

圖3 酚醛保溫板收口密封節(jié)點圖

項目大體積弧形屋面保溫系統(tǒng)采用酚醛保溫板，達(dá)到很好的保溫、節(jié)能效果。通過對絕熱用鋁箔面硬質(zhì)酚醛泡沫夾芯板保溫材料的技術(shù)指標(biāo)分析以及對比目前常用的各種保溫材料的技術(shù)指標(biāo)，其優(yōu)異的防火性能和保溫性能在保溫材料領(lǐng)域應(yīng)用對于保溫材料防火性能提高起到促進(jìn)作用，其在項目實例中的應(yīng)用，較好的解決了大體積建筑幕墻的保溫和防火安全問題，滿足節(jié)能的標(biāo)準(zhǔn)要求。

7 結(jié) 語

我國建筑材料技術(shù)發(fā)展很快，但是在傳統(tǒng)的防火保溫材料不能完全滿足建筑防火使用要求的情況下，應(yīng)鼓勵采用滿足國家相關(guān)規(guī)定要求的新型材料。對于現(xiàn)階段的建筑工程來講，幕墻防火保溫材料必須嚴(yán)格執(zhí)行公安部消防局［2011］65號文的規(guī)定，這樣才能確保群眾的安全及公共財產(chǎn)安全。

[1]《建筑幕墻》

[2]《建筑設(shè)計防火規(guī)范》GB 50016-2006

[3]《屋面工程技術(shù)規(guī)范》GB 5345-2004