硬泡聚氨酯在外墻保溫系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

艾相仁

摘 要：20世紀(jì)以來，世界可再生能源大量開采，生態(tài)環(huán)境的惡化，隨之而來是能源危機(jī)的爆發(fā)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在全球總能耗中，建筑耗能占30%，而在建筑能耗中，通過外墻損失的熱量高達(dá)27%。外墻保溫已經(jīng)成為建筑節(jié)能的重中之重。硬泡聚氨酯（RPU）以其良好的保溫性、防水性及施工簡(jiǎn)便而備受關(guān)注。近年來硬泡聚氨酯復(fù)合材料層出不窮，通過性能改良，可使其抗壓、抗折強(qiáng)度及阻燃性大大提高。

關(guān)鍵詞：硬泡聚氨酯;保溫;外墻;節(jié)能

1.國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀

1937年德國(guó)Otto Bayer教授首次發(fā)現(xiàn)聚氨酯，其后英美等國(guó)取得聚氨酯制造技術(shù)并很快進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)。聚氨酯以其良好的可塑性、黏結(jié)性率先用于修補(bǔ)二戰(zhàn)破壞的房屋。其后人們發(fā)現(xiàn)聚氨酯具有良好的保溫性、防水性及施工簡(jiǎn)易，便迅速用于建筑外墻及屋頂?shù)谋亍?0世紀(jì)60年代，美國(guó)為達(dá)到50%～70%的節(jié)能率，對(duì)建筑的外墻及屋頂大量使用聚氨酯外保溫處理，主要采用噴涂和外貼的工藝，減低能耗，施工效率也得到了提高。

德國(guó)是較早研究聚氨酯技術(shù)的，經(jīng)過在實(shí)際應(yīng)用中的不斷發(fā)展，成功地提高了發(fā)泡材料的閉孔率，使保溫材料同時(shí)具備了防水功能。聚氨酯硬泡體防水保溫一體化材料在外墻和屋面上的使用，構(gòu)成了可靠的防水保溫系統(tǒng)。一些早期的聚氨酯防水保溫一體面系統(tǒng)工程時(shí)至今日任然保持良好的保溫與防水性能。60年代末，英國(guó)已將硬泡聚氨酯用于外墻保溫系統(tǒng)并得到大力推廣。

目前，硬泡聚氨酯復(fù)合材料在歐美各國(guó)廣泛用于外墻保溫改造與新建建筑的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)中。這種復(fù)合保溫板構(gòu)造為兩面貼OSB板材，中間用硬泡聚氨酯泡沫做夾心層，不僅提高了抗壓、抗折強(qiáng)度，防火性和耐用性也穩(wěn)步提升。

我國(guó)是能源消耗大國(guó)，外墻和屋面保溫隔熱工程在我國(guó)建筑節(jié)能的重要性不言而喻。自20世紀(jì)80年代以來，我國(guó)在各大城鄉(xiāng)大力推廣建筑保溫與節(jié)能技術(shù)。90年代后，硬泡聚氨酯保溫材料逐漸用于嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)，節(jié)能性能顯著。以其導(dǎo)熱系數(shù)小，防水性強(qiáng)，便于施工等優(yōu)勢(shì)逐漸形成了中國(guó)特色的硬泡聚氨酯外墻保溫系統(tǒng)。在應(yīng)用上我國(guó)主要采用外墻噴涂、現(xiàn)澆成型、聚氨酯復(fù)合板等形式。

2.硬泡聚氨酯的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

2.1熱工性能良好。硬質(zhì)聚氨酯導(dǎo)熱系數(shù)低，熱工性能好。當(dāng)硬質(zhì)聚氨酯密度為35～40kg/m3時(shí)，導(dǎo)熱系數(shù)僅為0.018～0.024w/（m.k），約相當(dāng)于傳統(tǒng)保溫材料的10%，是目前所有保溫材料中導(dǎo)熱系數(shù)較低的，也是目前最理想的保溫材料之一。聚氨酯可澆注成型，能預(yù)制成各種形狀的保溫型材，可用于各保溫節(jié)點(diǎn)和構(gòu)件交接處，提高墻體保溫性能。在墻和樓層、混凝土圈梁以及構(gòu)造柱等連接處能實(shí)現(xiàn)連續(xù)噴涂，從而減小熱橋效應(yīng)，大大增強(qiáng)保溫性能。由于聚氨酯板材具有優(yōu)良的隔熱性能，在達(dá)到同樣保溫要求下，可使減少建筑物外圍護(hù)結(jié)構(gòu)厚度，從而增加室內(nèi)使用面積。

2.2硬泡聚氨酯自重輕，減小負(fù)荷。Pu硬泡密度小、質(zhì)量輕，其密度約為35～60kg/m3。相當(dāng)于巖棉的一半。用在屋面保溫時(shí)，能減小屋面的荷載，與傳統(tǒng)的保溫屋面比，能減小屋面承重層上部荷載的四分之一，這對(duì)改善房屋整體結(jié)構(gòu)降低工程造價(jià)十分重要，因而也更適合用于大跨度、薄殼屋面建筑。硬泡聚氨酯具有較強(qiáng)的自粘性，用于外墻保溫時(shí)，不僅能減小自重，還能提高保溫構(gòu)造的致密性，保護(hù)承重結(jié)構(gòu)。

2.3硬泡聚氨酯綜合性能好，能防水。聚氨酯材料孔隙率結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，閉孔率達(dá)90%以上，屬憎水性材料，防水防潮性能優(yōu)良，而且抗凍融、吸聲性也好。硬泡聚氨酯保溫構(gòu)造的平均壽命，在正常使用與維修的條件下，能達(dá)到30年以上。能夠做到在結(jié)構(gòu)的壽命期正常使用條件下，在干燥、潮濕或電化腐蝕，以及由于昆蟲、真菌或藻類生長(zhǎng)或者由于嚙齒動(dòng)物的破壞等外因影響，都不會(huì)受到破壞。

2.4施工方便，工程進(jìn)度快。Pu硬泡屋面是現(xiàn)場(chǎng)發(fā)泡成型，工藝設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，可以噴涂也可以澆注，能夠在任何復(fù)雜的墻面施工作業(yè)，能減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善作業(yè)環(huán)境，減少對(duì)環(huán)境的污染。

3.硬泡聚氨酯在建筑外墻保溫系統(tǒng)的應(yīng)用分析

3.1硬泡聚氨酯外墻保溫系統(tǒng)綜合造價(jià)分析

截止至2014年，我國(guó)現(xiàn)有建筑面積達(dá)600億平方米，且每年以20億平方米的量增長(zhǎng)。根據(jù)我國(guó)建筑50%～70%節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，新型、高效的保溫材料和保溫系統(tǒng)的研究將是亟待解決的問題，建筑外墻保溫是建筑節(jié)能的重中之重。建筑使用壽命較長(zhǎng)，對(duì)外墻保溫體系的造價(jià)及維護(hù)成本，應(yīng)作綜合性、長(zhǎng)足性考慮。保溫材料的價(jià)格固然重要，但還需充分考慮施工工藝的難易程度、工人工時(shí)利用情況、交通運(yùn)輸成本、工程耐久性、安全性以及舒適性等因素。雖然硬泡聚氨酯在制止成本及其保溫系統(tǒng)的綜合造價(jià)上稍高于EPS、XPS等其他外保溫系統(tǒng)，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度和綜合效益考慮，硬泡聚氨酯保溫體系還是值得首肯的。

硬泡聚氨酯密度小，自重輕，據(jù)計(jì)算在達(dá)到同等保溫效果下60毫米厚的PU硬質(zhì)泡沫板的保溫效果相當(dāng)于100毫米厚的XPS、115毫米厚的巖棉板、130毫米厚的軟木。因此，如果用硬泡聚氨酯做外墻保溫材料，墻體的保溫層將變薄，建筑物的自重將減輕，房屋面積利用率也會(huì)增大，保溫材料的用量也將減少。

3.2硬泡聚氨酯外墻保溫各施工體系優(yōu)劣勢(shì)分析

從大的方面講，聚氨酯硬泡外墻保溫施工體系包括現(xiàn)場(chǎng)施工和工廠預(yù)制板材兩種典型工藝?，F(xiàn)場(chǎng)施工又可分為噴涂、拆模板澆注和免拆模板澆注三種;預(yù)制板材根據(jù)施工工藝不同分為連續(xù)板材、模塑板材、大塊泡。聚氨酯硬泡作為一個(gè)外墻外保溫體系要進(jìn)行大規(guī)模推廣應(yīng)用，應(yīng)首推預(yù)制板材，因?yàn)轭A(yù)制板材產(chǎn)品的質(zhì)量和規(guī)格便于控制，生產(chǎn)和施工不受氣候影響，能夠保證施工工期，對(duì)保溫施工人員的聚氨酯硬泡專業(yè)技術(shù)知識(shí)要求低，施工技能容易獲得。

目前，國(guó)家建設(shè)部大力推廣硬泡聚氨酯外墻保溫系統(tǒng)的技術(shù)應(yīng)用，在全國(guó)范圍內(nèi)全面開展聚氨酯墻體保溫的節(jié)能課題研究，至今已經(jīng)取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。預(yù)計(jì)在未來5年內(nèi)，硬泡聚氨酯保溫體系將在中國(guó)外墻外保溫體系中發(fā)揮舉足輕重的作用。

4.硬泡聚氨酯的改良

聚氨酯雖然導(dǎo)熱系數(shù)低、密度小、防水隔汽，但其阻燃性差，燃燒時(shí)有大量的煙霧并伴有毒氣體，不利于建筑內(nèi)墻內(nèi)保溫。但是在聚氨酯中添加阻燃劑便成了RPU保溫板，它一種難燃的自熄性材料，它的軟化點(diǎn)可達(dá)到250攝氏度以上，僅在較高溫度時(shí)才會(huì)出現(xiàn)分解。另外，聚氨酯在燃燒時(shí)會(huì)在其泡沫表面形成積碳，這層積碳有助隔離下面的泡沫。能有效地防止火焰蔓延。以硬泡聚氨酯為夾心層，兩邊或者單邊附上金屬或者非金屬面層，形成RPU復(fù)合板，這樣加大了材料的抗壓、拉強(qiáng)度能力， 吸水率≤4%，燃燒等級(jí)可以達(dá)到B1級(jí)。在聚氨酯泡沫兩面涂上防水涂料，或者用防水油氈、密封膠、防水卷材作面層，形成保溫材料，如此既能達(dá)到保溫隔熱作用也能很好的防水、防潮。

參考文獻(xiàn)

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[2]張雪芹.外墻外保溫技術(shù)及聚氨酯硬泡在建筑節(jié)能中的應(yīng)用研究[J].保溫材料與節(jié)能技術(shù)，2007（7）：12-17.

基金項(xiàng)目：本文系廣西科技大學(xué)鹿山學(xué)院2017年度科學(xué)基金項(xiàng)目：硬泡聚氨酯在建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫系統(tǒng)中的運(yùn)用探究（2017LSKY09）。