淺談建筑節(jié)能保溫材料及其發(fā)展前景

(青海大學(xué)土木工程學(xué)院 青海 西寧 810016)

一、外墻保溫材料的類型

(一)無(wú)機(jī)保溫材料。無(wú)機(jī)保溫材料是采用無(wú)機(jī)類輕質(zhì)保溫顆粒作為輕骨料，添加添加劑及其他填充料，由膠凝材料粘結(jié)而成的干粉砂漿，主要用于建筑物外墻粉刷，是一種新型、節(jié)能的保溫材料。

無(wú)機(jī)保溫材料具有保溫隔熱、性能穩(wěn)定、防火阻燃性好、變形系數(shù)小等特點(diǎn),市場(chǎng)需求量大，如膨脹珍珠巖,巖棉,中空化微珠珍珠巖等。與有機(jī)保溫材料相比，無(wú)機(jī)保溫材料的容重較大,且保溫效果稍差。

(二)有機(jī)保溫材料。有機(jī)保溫材料主要是以人工合成的有機(jī)高分子材料,如擠塑聚苯板(XPS)、發(fā)泡聚苯板(EPS)、聚苯顆粒等。有機(jī)保溫材料是具有質(zhì)輕、保溫隔熱效果好、致密性高、可加工性好的特點(diǎn),但它同時(shí)具有安全性差、不耐老化、施工難度大、難以循環(huán)再利用。

(三)復(fù)合保溫材料。復(fù)合保溫材料以經(jīng)過(guò)處理的秸稈、經(jīng)過(guò)無(wú)害化處理過(guò)的有保溫效果的垃圾、防輻射吸熱材料以及由發(fā)泡技巧生產(chǎn)的空心材料等材料為原料,進(jìn)一步將各種材料組合起來(lái)形成新的材料,包括有機(jī)與有機(jī)復(fù)合、有機(jī)與無(wú)機(jī)復(fù)合、金屬與無(wú)機(jī)復(fù)合等多種復(fù)合方式。復(fù)合材料的保溫隔熱效果較好,防火阻燃性能好、生態(tài)環(huán)保性好,同時(shí)克服了有機(jī)材料自重大、不防火,無(wú)機(jī)材料不保溫、耐火的難題,而且施工難度小、工程成本較低,資源可循環(huán)再利用。

二、常見(jiàn)的墻體保溫材料

(一)巖棉。在歐洲,巖棉已經(jīng)有幾十年的發(fā)展歷史,作為建筑保溫材料的技術(shù)已經(jīng)十分成熟。目前巖棉、礦渣棉及其制品是使用量最大無(wú)機(jī)保溫材料。巖棉主要以石灰石、玄武巖為原料,原料來(lái)源廣,價(jià)格低廉,故巖棉深受保溫設(shè)計(jì)的人員的喜愛(ài)。另外,它具有不燃、耐久、不受蟲(chóng)蛀等優(yōu)良特點(diǎn)。這些缺陷加大了建筑的施工難度和建筑成本,因此巖棉使用受到了限制。

(二)膨脹珍珠巖。膨脹珍珠巖是一種傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)保溫材料,由珍珠巖礦渣經(jīng)過(guò)預(yù)熱、高溫膨脹后,內(nèi)部形成蜂窩狀結(jié)構(gòu)的一種材料。膨脹珍珠巖顆粒內(nèi)部存在很多孔隙的特點(diǎn),因此它具有保溫隔熱、質(zhì)量輕、不燃、吸聲效果好的特點(diǎn),同時(shí)膨脹珍珠巖還具有穩(wěn)定性能好、導(dǎo)熱系數(shù)低等特點(diǎn),因此在保溫墻體中，膨脹珍珠巖常作為保溫、輕質(zhì)的填充料摻入。但膨脹珍珠巖易吸水膨脹導(dǎo)致開(kāi)裂,而墻體溫度變化會(huì)使裂縫進(jìn)一步加大,這成為膨脹珍珠巖的致命缺陷。

(三)聚苯乙烯泡沫塑料板。聚苯乙烯泡沫塑料板是以聚苯乙烯樹(shù)脂為原料,加入發(fā)泡劑,發(fā)泡制成內(nèi)部有無(wú)數(shù)封閉微孔的材料,主要分為擠塑聚苯乙烯泡沫板(XPS)和模塑聚苯乙烯板(EPS)。

EPS是聚苯板是一種常見(jiàn)的外墻保溫材料,內(nèi)部有大量的封閉氣泡,使空氣不能產(chǎn)生對(duì)流,導(dǎo)熱系數(shù)小,是一種保溫隔熱性能非常好的材料。擠塑聚苯乙烯泡沫板(XPS),簡(jiǎn)稱擠塑板。XPS板的內(nèi)部是封閉的蜂窩結(jié)構(gòu),蜂窩狀結(jié)構(gòu)使得XPS板質(zhì)量輕、熱傳導(dǎo)率低、保溫隔熱效果好。與EPS相比,XPS板在保溫、強(qiáng)度以及抗?jié)B透等性能上都有較大的提高,但是XPS板和EPS聚苯板兩者材質(zhì)相同,所以XPS板的耐火性能也很差,而經(jīng)過(guò)改性之后的XPS板也只能夠勉強(qiáng)能夠達(dá)到耐火等級(jí)的要求。

(四)聚氨酯。聚氨酯自20世紀(jì)30年代發(fā)明之后就得到了迅速發(fā)展。在建筑行業(yè)中,主要應(yīng)用聚氨酯硬質(zhì)泡沫塑料。它的導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)低于其他傳統(tǒng)保溫材料,具有極好的保溫性能,此外,該材料還具有質(zhì)量輕、吸水率小、耐腐蝕等特性。

三、幾種新型保溫材料介紹

(一)酚醛樹(shù)脂發(fā)泡保溫材料。酚醛樹(shù)脂是由人工合成的高分子材料,主要用于保護(hù)涂層、膠粘劑、泡沫材料。在建筑行業(yè)中,主要應(yīng)用于建筑物保溫系統(tǒng)。有機(jī)保溫材料的耐火等級(jí)很難達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),但是經(jīng)改性之后的酚醛樹(shù)脂的耐火等級(jí)可達(dá)到A2級(jí),而且酚醛泡沫具有質(zhì)量輕、無(wú)毒等特點(diǎn)。因此酚醛樹(shù)脂保溫材料是目前公認(rèn)的最有前途的新型保溫材料,將成為建筑保溫材料的主流。

(二)泡沫玻璃保溫材料。泡沫玻璃是以碎玻璃為主要原料,加入發(fā)泡劑,經(jīng)研磨、發(fā)泡、退火、切割而成的一種新型的、綠色的保溫材料。泡沫玻璃內(nèi)部是有上百萬(wàn)個(gè)全封閉氣泡組成的輕質(zhì)剛性材料,導(dǎo)熱性能差,是良好的建筑保溫材料。同時(shí),泡沫玻璃具有強(qiáng)度高、質(zhì)量輕。

(三)真空絕熱板。真空絕熱板是近幾年出現(xiàn)的一種高效的,新型的絕熱板材,主要由芯材、阻隔膜和吸氣劑三部分組成,有效的控制了空氣引起的熱對(duì)流,導(dǎo)熱系數(shù)極低,僅為2-4mW /(m·K)。耐火等級(jí)為A級(jí),使用壽命長(zhǎng)。雖然該種材料作為墻體保溫材料的生產(chǎn)成本較髙,但它屬于一次性投資是一種高效環(huán)保的新型保溫材料,因此有著廣闊的應(yīng)用前景。

四、保溫材料的發(fā)展方向及應(yīng)用領(lǐng)域

(一)發(fā)展方向

1.材料改性處理。目前保溫材料的種類繁多,但是有些材料一些缺陷,導(dǎo)致該材料的使用受到局限。比如有機(jī)保溫材料,它易燃且燃燒產(chǎn)生有毒氣體的缺陷,導(dǎo)致有機(jī)保溫材料使用大面積減少。但是可以通過(guò)對(duì)材料改性,改善材料的不足,創(chuàng)造出一種新型材料。

2.材料多功能集成化。最理想的保溫材料是集質(zhì)輕、保溫效果好、性能穩(wěn)定、不燃等特點(diǎn)于一身的材料,但是無(wú)論的有機(jī)材料,還是無(wú)機(jī)材料,沒(méi)有任何一種單一組分的材料能夠?qū)崿F(xiàn)。所以現(xiàn)在的研究應(yīng)充分考慮設(shè)計(jì)材料的組分,材料符合,材料改性,先從理論上實(shí)現(xiàn)材料之間的相容性,再應(yīng)用于實(shí)際工程當(dāng)中。

3.材料應(yīng)用系統(tǒng)化。保溫材料開(kāi)發(fā)和應(yīng)用系統(tǒng)化是保證了保溫材料質(zhì)量和性能,包括系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、系統(tǒng)應(yīng)用。系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要解決保溫材料多功能融合的問(wèn)題,系統(tǒng)開(kāi)發(fā)需要解決材料改性、工藝配方和制造加工生產(chǎn)過(guò)程中的工程技術(shù)問(wèn)題,系統(tǒng)應(yīng)用主要解決應(yīng)用過(guò)程中的施工難題。

(二)應(yīng)用前景

1.應(yīng)用于建筑保溫市場(chǎng)。建筑節(jié)能是我國(guó)建筑行業(yè)未來(lái)發(fā)展的大趨勢(shì)。外墻外保溫是我國(guó)建筑保溫的主要方式,而目前有機(jī)保溫在國(guó)內(nèi)仍占主要地位,如XPS和EPS仍是使用最多的保溫材料,而國(guó)外則大量使用無(wú)機(jī)類材料作為建筑保溫材料,作為建筑保溫材料的巖棉占巖棉總產(chǎn)量的80%,對(duì)有機(jī)類保溫材料的使用做了嚴(yán)格的規(guī)定。

2.應(yīng)用于工業(yè)保溫市場(chǎng)。隨著科技的發(fā)展,對(duì)溫度控制的要求越來(lái)越高,因此保溫行業(yè)得到了迅速發(fā)展,涵蓋了航天航空、鋼鐵行業(yè)、軍用設(shè)備、船舶、車輛等領(lǐng)域。電力、冶金和化工是保溫材料的三大行業(yè),其需求量占總需要量的四分之三。預(yù)計(jì)到2020年,我國(guó)工業(yè)保溫市場(chǎng)的需要量大約在280萬(wàn)噸,而電力、冶金和化工仍占主要位置,而國(guó)防工程、船舶保溫、隔聲降噪將成為保溫材料需求量迅速增長(zhǎng)的行業(yè)。

五、結(jié)語(yǔ)

保溫材料的應(yīng)用越來(lái)越廣泛,然而材料的缺陷卻限制了該材料的使用。有機(jī)材料保溫效果好,但是耐火等級(jí)達(dá)不到要求;無(wú)機(jī)材料屬不燃材料,但是容重稍大,保溫效果稍差。復(fù)合材料成為保溫材料發(fā)展的一個(gè)大方向。EPS、XPS、膨脹珍珠巖若不對(duì)材料加以改進(jìn)以后必將淡出建材市場(chǎng);酚醛樹(shù)脂、泡沫玻璃、真空絕熱板是目前最理想的保溫材料,但是它們的生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)成本成為要解決的兩大難題。所以,保溫材料的研究任重而道遠(yuǎn)。