新型外墙保温材料的研究进展及发展方向的探讨

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摘 要：近年来，我国因外墙保温材料引发的火灾事故持续增加，另外，生活水平的改善使得人们对住房安全性的要求不断提高，外墙保温材料及技术已成为建筑行业的重中之重。而全球日益变暖的气候使得我国对外墙保温材料的要求进一步升高，既要满足节能减排，又要关注居民的舒适度和安全性。本文简述了目前建筑节能新形势对我国外墙保温材料的新要求为外墙保温材料应具有更低的导热系数。此外，改变依赖阻燃剂提高保温材料燃烧性能以及目前的研究成果也做了阐述。

关键词：外墙保温 建筑行业 节能减排 发展方向

中图分类号：TU761.1 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）02（a）-0112-02

随着科学技术的发展和人们生活水平的提高，人们对外墙保温材料性能及技术的要求不断增加。第二次能源危机后，外墙外保温系统技术在欧美的应用得以迅速发展[1]。针对所在区域建筑结构状况及气候特点，我国建筑保温技术所应用的外墙外保温系统技术已相当成熟，所对应的各种标准也较为完善[2]。

早在20世纪60年代，欧美等一些国家就开始使用EPS、XPS聚苯板薄抹灰外墙保温系统，之后引入中国。中国保温材料行业的发展始于20世纪60年代，以科研研究为主，多为内保温技术。90年代初，建筑节能技术在我国逐渐起步，我国的建筑节能要求也从节能30%提高到50%，而后再提高到60%。加之外企大量涌入中国，一批有眼光的本土企业也开始技术研究，90年代末在北京、东北等地开始大面积使用。2007年10月，国家下达文件，要求全国各地新建建筑必须做建筑保温。至此，建筑保温材料在国内得到迅猛发展，并占领了大部分建筑市场。在自主研发的基础上，我国外墙保温材料及技术迅速发展，建筑外墙保温技术在新建筑及既有建筑中被大量采用[3]。因此，外墙保温材料及技术的发展已经成为我国建筑行业中最重要的研究课题之一。

1 外墙保温材料的认识

外墙保温技术就是采用一定方法把绝热材料与建筑物墙体固定在一起，增加墙体的热阻值，从而达到保温或隔热效果的一种工程做法。对于这一环节，合格的外墙保温材料是工程能否通过验收的关键所在。用于建筑保温系统的保温材料主要包括三大类：一是有机高分子类保温材料，如膨胀聚苯乙烯泡沫塑料板（EPS聚苯板）、硬质聚氨酯泡沫塑料、硬质聚苯乙烯发泡板（XPS挤塑板）等。二是有机无机复合类保温材料，以胶粉聚苯颗粒保温浆料为主。三是无机类保温材料，如岩棉、玻璃棉、膨胀玻化微珠保温浆料等，该类材料因性能不能完全满足外保温要求，目前尚不具备广泛应用的技术条件[4]。

目前国内外墙保温材料主要分为A级、B1级、B2级和B3级四个等级。A级无燃点，拒燃材料。主要是指玻化微珠、岩棉、矿棉、闭孔膨胀珍珠岩、玻璃棉、水泥基或石膏基无机保温砂浆及轻质砌块自保温体系等的无机保温砂浆。B1级为难燃保温材料，是根据该材料的耐火极限确定的，比较常见的如经过特殊处理加了阻燃剂的EPS/XPS保温板等。B2级为可燃保温材料，也就是我们常说的普板。这种材料燃点低，并在燃烧过程中会释放大量有害气体，有一定危险性。B3级易燃保温材料，这种多见为聚苯泡沫为主，已被淘汰。

保温材料应用于为内保温系统、夹心保温系统和外保温系统[5]。外保温系统是将保温材料置于建筑主体围护结构的外侧。这种保温系统具有对墙体的保护作用强、保温节能效率高、便于室内装修、增加使用面积等优点。相对于内保温和夹心保温系统，该系统具有明显优势，便于对旧建筑进行节能改造，代表了我国建筑节能保温技术的发展方向。

2 我国外墙保温的现状及其存在的问题

2.1 几种常见外墙保温材料

2.1.1 矿物棉

矿物棉简称矿棉，由矿物原料制成的蓬松状短细纤维，包括岩石棉和矿渣棉。它是天然岩石或冶金矿渣在冲天炉或池窑等设备内熔化后，用喷吹法或离心法制取，具有不燃、不霉、不蛀等性能，包括岩棉和玻璃棉。岩棉是采用玄武岩、白云石等为主要原料，经高温熔融后，由高速离心设备制成的人造无机纤维，是一种无毒无害的绿色产品。其防火性能好、耐久性好，能够做到与结构寿命同步，价格较低，在满足保温隔热性能的同时还能够具有一定的隔声效果。但岩棉的质量优劣相差很大，保温性能好的密度低，其抗拉强度也低，耐久性比较差。从原材料上来说玄武岩的岩棉是最好的，它生产出来的岩棉不但纤维细，而且导热系数和抗拉强度都能达到国内一般工程的设计要求。玻璃棉是将熔融玻璃纤维化，形成棉状的材料，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、保温绝热、吸音性能好、耐腐蚀、化学性能稳定。玻璃棉与岩棉在性能上有很多相似之处，但其手感好于岩棉，可改善工人的劳动时间，但它在价格上较岩棉高。

2.1.2 聚苯乙烯泡沫塑料板

聚苯乙烯泡沫塑料板是以聚苯乙烯树脂为主要原料，经挥发性液体发泡剂发泡处理而制成的内部具有封闭微孔，经加热预发后在模具中加热成型的一种保温材料。其质量轻、导热系数小、隔音性好、吸水率低，且尺寸精度高，在外墙保温行业中占有较高的市场份额。

该保温材料具有以下几点优势：第一，对建筑物主体结构进行保护，延长建筑物寿命。第二，有效防止热桥的产生。第三，有利于室温保持稳定。但是，这些塑料制品体积庞大，消耗量大，其回收利用是人们应该重视的一个问题。目前，聚苯乙烯泡沫塑料回收利用主要途径有：减容后造粒、粉碎后用作各种填充材料、裂解制油或回收苯乙烯和其他。

2.1.3 聚苯颗粒保温料浆

聚苯颗粒保温料浆是由聚苯颗粒物和保温胶粉料分别按配比包装组成。胶粉料采用预混干拌技术在工厂将水泥与高分子、引气剂等各种添加剂混匀后包装，使用时按规定比例加水进行配比，搅拌均匀成浆后再加聚苯颗粒，充分搅拌后形成塑性良好的膏状体。将其抹于墙体，干燥后便形成保温性能良好的保温层。这种材料施工方便，原料来源广泛。其中聚苯颗粒可以采用工业品，也可以采用废旧聚苯保温板，这对于防止白色污染，保护环境十分有益。但此种保温材料吸水率较其他材料高，使用时须要做抗裂防水层。

2.2 外墙保温的现状

在我国目前的经济及技术条件下，聚苯乙烯泡沫塑料等可燃有机保温材料因其导热系数小、表观密度小、隔音性能好、机械强度高、尺寸精度高、生产工艺简单、施工安装方便等特点在建筑外墙保温系统中被广泛使用，同时，也产生了一系列的安全事故。保温和防火间的矛盾（越是保温效果好，越是防火性能差）如何打破，任重而道远。

本文通过有机、无机保温材料的性能比较来说明我国外墙保温材料的应用现状。

从保温性能方面来说，有机材料优于无机材料。对于保温材料的保温性，导热系数越低，保温性能越好。无机材料的导热系数相对较高，因此保温效果比有机材料的保温效果差。从吸水率与透气性方面来说，有机材料的吸水率较低，具有很好的防水性能。无机材料则具有较大的吸水率和水蒸气渗透率，因而保温效果不够稳定。从防火性能方面来说，无机材料的优势明显，对有机材料来讲，防火性能是致命伤。从保温材料的使用寿命方面来说，无机材料也有很大的优势，可与其基层墙体同寿命。然而有机保温材料的使用寿命则相对较短，以聚苯板为例，其使用寿命为15～20年，无疑会增加资金和工程量的投入。

综上可知，有机保温材料的最大优点是保温、隔热性好，加之施工经验丰富，所以应用广泛。但其安全性和耐久性均不如无机保温材料，易老化，易燃烧，且燃烧时会产生大量的有毒气体是其使用的最大缺陷。

对于有机保温材料而言，达到防火B1级甚至A级有很大的技术难题。现阶段只有岩棉等无机材料可以达，但普通岩棉抗压强度又达不到国家要求的0.1 MPa。这说明外墙保温材料对材料的综合性能要求较高，因此，我国正加大对防火、耐久性等基础理论的研究，以期提高整体技术的研发实力。

3 外墙保温材料及技术的发展方向

由于A级防火保温材料市场还不成熟，加之其生产能力和供应量远不能满足市场要求，所以目前市场上A级外墙保温材料价格较高。以岩棉为例，全国每年产能不超过10万吨，严重的供不应求造成了其价格飞涨。2007年，我国二氧化碳的排放量超过美国，位居世界第一，因此节能减排已成为当今可持续发展的迫切需求。而建筑行业所带来的环境污染占主要地位，这就需要我国研发出节能减排效果更好的外墙保温材料。因此，通过改进保温材料满足建筑节能的需求成为今后很长时间外墙保温材料行业需要关注的关键问题之一。笔者认为，发展保温材料及技术应该从制度完善、科技投入和实践总结等几方面多管齐下，多部门协同合作，实现高性能外墙保温材料的快速发展，具体表现有以下几点。

3.1 政府完善制度，加速安全性高的保温材料的使用

根据目前我国由外墙保温材料而引发重大火灾事故的次数很多，造成的损失也非常大。如2009年央视大楼火灾、2010年上海静安高层住宅大型火灾和2011年沈阳皇朝万鑫国际大厦火灾等。因此，国家相应的职能部门应该制定更加严格的保温材料防火要求和规定，出台相应的行业标准规范。同时政府监管部门在材料使用的各个环节上进行严密把关，提倡使用氧指数高的保温材料以增加安全性。比如，规划、城建、消防等部门应该对施工现场进行实际勘察，工商、质监等部门应对施工单位所选用的材料进行严格把关，确保材料的质量安全、可靠。施工时，监理、城建、质检、消防等部门要严格要求，对不按国家标准选用的不达标材料应禁止使用到工程上，消除可能发生火灾的先天患。

3.2 提高科技研发力度，促进产品升级改性

众所周知，材料的导热系数越低，保温性能越高。但是如何降低外墙保温材料的导热系数一直困扰着广大的科研工作者，原因之一就是政府、企业不重视新型保温材料的研究，科研开发的力度不够。为保障人民群众的生命财产安全，2009年9月由公安部和住建部联合了《外保温系统及外墙装饰防火暂行规定》（公通字[2009]46号），2011年3月公安部了《进一步明确民用建筑外保温材料消防监督管理有关要求的通知》（公消[2011]65号）。此外，从1986年的节能30%，至现今的65%，北京等城市已经施行节能75%的标准，虽然我国建筑节能标准不断提高。因此，在建筑节能标准上，我国急需降低热导系数来提高保温材料的性能指标。

值得欣慰的是，我国的一些科研工作者已经意识到了上面的问题，因此纷纷对高性能的保温材料进行了研究。如亓波[6]等人以酚醛泡沫保温板为研究对象，对酚醛板的基本性能及其外墙保温应用进行了系统研究和测试。结果显示，酚醛板具有良好的阻燃性和保温性，其应用系统通过了大型耐候性试验检测，性能完全达到要求，可以用于外墙保温。

3.3 总结实践经验，达到科研与应用的完美结合

通过对多起火灾事故的深刻反思，我国已经认识到建筑防火问题的重要性。预计今后，难燃材料必将得到广泛的应用。保温材料中所含的阻燃剂大多数情况下都是对人体有害的物质，该问题已经引起国际社会的广泛关注。因此，研发一种阻燃剂的替代品也成为研发者的研究方向。

此外，降低保温材料的生产成本，增加市场的接受度也是今后外墙保温材料的发展方向之一。

4 结语

在目前的经济、技术条件下，我国要大力提倡和加快不燃性材料、新型耐火高效节能材料的开发和利用，以提高系统的防火安全性能。保温节能是执行“节约能源保护环境”的基本国策的必要组成部分，并且，随着社会的不断发展和人们生活水平的普遍提高，节能、不燃、保温性好的建筑外墙保温材料正在快速发展并成为新型材料研究的热点。

参考文献

[1] 吴少飞.完善外墙保温技术切实推行建筑节能[J].四川建材，2009，1（35）：17-19.

[2] 马宝联.外墙保温技术现状及像过眼问题探讨[J].Construction&Design for Project，2009，56（5）：47-50.

[3] 郭，陈少松，朱国庆.建筑外墙保温防火问题探讨[J].消防科学与技术，2009，28（4）：170-173.

[4] 曹永兵.建筑外墙保温系统的防火安全隐患解析[J].安全，2009（8）：21-23.

[5] 刘建平.关于外墙保温的类型和应用研究[J].科技信息，2009（27）：241-302.

[6] 亓波，郑超，吕虎，等.酚醛树脂在外墙保温防火方面性能研究与应用[J].工程塑料应用，2012，40（2）：28-30.