国内现有保温隔热材料的缺陷与提升技术

国内现有保温隔热材料的缺陷与提升技术叶瑾雯12011405摘要：国内现有保温材料中，矿物棉、膨胀珍珠岩、泡沫塑料、建筑保温砂浆等是较为常用的建筑隔热保温材料。

通过对几种常用的保温隔热材料的分析，结合对建筑保温体系的研究，发现国内现有的建筑保温隔热材料都存在易剥落、不防火、性能难以满足要求的现象。

提出开发新材料，加强对现有材料的研究，政府加强管理等措施改善保温隔热材料的现状。

关键词：保温隔热材料；缺陷；技术提升；措施l 、常用建筑保温隔热材料的分类及各种材料的缺陷建筑保温隔热材料种类繁多，根据保温隔热材料在围护结构的使用部位不同，可分为内、外保温隔热材料；根据保温隔热材料的形态可分为板块状和浆体状保温隔热材料；根据保温隔热材料的材质可分为有机和无机保温隔热材料等。

其中，矿物棉、膨胀珍珠岩、泡沫塑料等是较为常用的建筑隔热保温材料。

1．1矿物棉保温隔热材料矿物棉是一种优良的保温隔热材料，按照所用原料的不同，分为岩棉和矿渣棉两种。

矿物棉及其制品在建筑和其他工业上的应用，以其优良的保温隔热和显著的经济效益引起人们关注。

矿物棉类材料广泛用于早期的工业和建筑保温隔热。

但矿物棉类材料不同程度地含有沥青、胶或其它有机物，容易产生有害物质而污染环境，而且矿物棉材料强度低，作为维护结构的保温隔热层时易塌陷，而且生产加工工艺复杂，逐渐被其它材料所替代。

1．2膨胀珍珠岩保温隔热材料膨胀珍珠岩是一种天然酸性玻璃质火山熔岩非金属矿产，是我国发展较早、生产数量大、应用广泛的建筑保温材料。

由于在1000一l300℃高温条件下其体积迅速膨胀4—30倍，故统称为膨胀珍珠岩。

膨胀珍珠岩材料的容重小、导热系数低，耐火和隔音性能好，而且无毒，它是一种价廉的保温材料，主要用作建筑保温抹灰料、轻质砼骨料、墙体松散保温填料、制造纤维增强砼板、保温地板以及石膏珍珠岩砼整体屋面板、板材等。

但膨胀珍珠岩具有很强的亲水性，由于水的导热系数远高于膨胀珍珠岩材料，吸水后会导致其保温隔热性能急剧下降；同时膨胀珍珠岩为无机多孔物质，易破碎，在运输过程可能由于挤压或撞击而造成破碎，使其密度增加而导致保温性能下降。

因此在保温隔热应用时需要对膨胀珍珠岩进行疏水和增强处理。

1．3泡沫塑料保温隔热材料泡沫塑料作为一种重要的有机保温隔热材料，主要有聚苯乙烯和聚氨酯泡沫塑料两种。

其中聚苯乙烯泡沫塑料是目前使用最为普遍的一种保温隔热材料，具有保温隔热性能好、质轻、吸声等特性，尤其适合寒冷地区的保温。

当用聚苯乙烯泡沫板作为保温层、用聚合物砂浆作为面层时，应该使用玻璃纤维网络布或钢丝网作为外保温层的加强材料，但这样容易导致热桥产生且保温墙面容易产生裂缝；又因为聚苯乙烯泡沫塑料用作外墙保温时需要用特殊粘结剂和耦合剂将板材粘结在外墙上，再经过若干道工序处理，施工十分复杂。

而且有机材料与砖墙结合较为困难，施工中稍有疏忽就会造成空鼓、脱落而带来事故隐患。

另外泡沫塑料制品抗老化能力差，使用寿命在20年左右，废弃材料不能降解而造成白色污染。

需要注意的是，由于水的导热系数远高于保温隔热材料，保温隔热材料吸湿后导热系数会急剧升高而导致其保温隔热性能的下降。

因此，吸湿性能对保温隔热效果影响很大，在保温隔热应用时应注意防潮或者预先对保温隔热材料进行疏水处理。

1．3．1聚氨酯泡沫塑料聚氨酯泡沫塑料是一种低密度微孔材料，它的热导率小，隔热性能好，吸水率低，施工操作方便我国在屋面上使用聚氨酯泡沫时一般在现场直接喷涂发泡成型，可在任何复杂结构的屋面上作业。

缺点是防火性能差，燃烧时烟雾大、毒性大。

在胶粉聚苯颗粒保温浆料中，乳胶粉既是提高材料性能(保持较低的干密度和较高的强度)的关键材料，又是显著影响材料成本的重要因素。

大多数系统提供商采取了降低乳胶粉用量的措施。

在这种情况为了使材料保持适当的强度，不得不提高浆料干密度，降低保温隔热性能。

由于这种做法同时导致材料的保温层开裂，带来渗漏问题。

这足胶粉聚苯颗粒保温浆料外墙外保温系统应用中出现问题最多、最普遍的原因。

最终反映到外保温工程质量上，由于监管部门职能的不到位，使大量劣质外墙外保温系统顺利得以验收，导致，大量不合格的外保温工程，从而使这很好的建筑节能技术无法造福于社会，甚至走向产生“建筑垃圾”的反面。

表l 几种常用保温隔热材料的性能对比1．4粉煤灰泡沫水泥泡沫水泥是在水泥浆体中加入发泡剂及水等，经搅拌、成型、养护而成的一种多孔、轻质、绝热的混凝土材料。

其结构性能和加气混凝土相似，但生产投资少，工艺简单，施工操方便。

由于泡沫剂的使用，在高速制泡时产生均匀分布的微细闭合气泡，制品的密度较低，一般在1000k∥m3以下，导热系数低。

1.5建筑保温砂浆建筑保温砂浆绝大多数是冠以“玻化微珠无机保温砂浆”的名称，并以低成本优势与胶粉聚苯颗粒保温浆料外墙外保温系统相竞争而得到应用的。

玻化微珠是保温隔热的主体材料，一般资料上宣传或者检测机构的检验结果，都认为这种材料作为保温隔热材料具有极好的性能。

例如堆积密度低，保温隔热性能好，不吸水，圆球率高，漂浮性好，以及较好的耐火性等。

但从实际使用的多数商品来看，其圆球度很差，很少有圆形颗粒，多数足片状、多角、多棱状，有的产品检测发现其漂浮率只有80％(而普通膨胀珍珠岩的漂浮率检测结果为96．9％)，堆积密度也很高，甚至在200kg／m，以上。

据认为绝人多数是由闭孔膨胀珍珠岩冒充的。

2.现有外墙外保温体系缺陷分析随着建筑墙体节能技术的推广应用，现有的外墙保温体的技术缺陷凸现，质量纠纷也呈上升的趋势究其原因是现外墙外保温体系存在耐久性安全隐患和能效三方面问题2.1外墙外保温体系耐久性缺陷问题分析大部分外墙外保温体在使用几年后，都不同程度地产生表面裂缝，外墙外保温体系开裂不仅影响建筑物的美观，影响保温热性能，而且缩短了外墙外保温的使用寿命目前使用的温体系均是由有机泡沫保温层和防水饰面层组成，一旦外水饰面层开裂渗水，会导致有机保温层霉变空鼓起翘落等现象，保温效果大大降低，并且严重影响了耐久性和用寿命。

2.2外墙外保温有机保温节能材料安全隐患问题分析系统整体构造的防火性能是外保温防火安全的关键，外墙外保温系统中具有足够燃烧能力的材料主要是有机保温材料，有机保温材料的燃烧性能是影响系统防火安全性能的基本条件但是，在目前的技术条件下，过于追求有机保温材料的阻燃性能不仅要大幅度增加成本还可能加重火灾中诸如烟和毒气的危害。

有机保温材料最大的缺陷是防火，安全性差，且易老化，燃烧时的特点是火焰高规模大，并伴有有毒有害气体，烟雾弥漫，从而增加了消防人员施救和现场人员撤离的难度，容易造成人员的伤亡。

发生在美国的911 事件和发生在北京的央视新大楼北配楼突发大火事件就是典型的代表。

火灾一旦发生必将造成人员和资产的损失，尤其是对于外墙使用有机保温材料的建筑，由于有机保温材料不具有防火能力，并且在燃烧过程中会释放大量有毒有害气体，所以其火灾后果更具危害性如果火灾发生在已使用建筑中时，由于涉及的人员数量较大，在火灾现场周围存在大量有机保温材料火时释放出的大量有毒有害气体，将会造成更大的人员伤亡。

2.3现有外墙保温体系节能效率需要提高国际范围的能源危机，促使世界各国纷纷制定了新的更的建筑节能标准，因此，许多传统的墙体保温材料性能已经不能满足新的要求保温隔热材料提升技术：3．1材料轻质化轻质化是建筑屋面保温隔热材料发展的必然趋势，因为同种材料密度越小其隔热性能越好，除此，轻质材料不会造成建筑结构的额外负担，减少了因结构变形造成渗漏的可能性。

随着轻型房屋体系的发展，近年来国外开发研制了多种轻型多功能组合结构材料，如以压型钢板、铝板、玻璃纤维增强塑料等为面板，泡沫塑料、矿物棉为芯材的轻型复合保温板、钢丝网水泥泡沫塑料板等。

3．2节能利废型近几年粉煤灰、废旧泡沫塑料、玻璃废弃品等固体废弃物得到了很好的开发应用，如已大面积应用的水泥聚苯板的主要成分就是废旧泡沫塑料。

节能利废型材料的特点之一是由于材料主要来源于固体废弃物，加上国家相关政策上的倾斜，具有较大的价格优势。

3．3 多功能型建筑屋面的形式多样化，如在屋顶种花养草、作活动场所等，这就要求屋面隔热保温材料除保温隔热功能外还应具有承重、结构自防水、防火等功能。

如国内最近开发出一种大掺量粉煤灰防水隔热材料就具有隔热、防水、高强等多种功能，其主要性能：密度630kg／m3，抗折强度1：6 MPa，抗压强度2．76MPa，顶面浸水7 d底面不渗漏，导热系数0．1 W／（m·K)。

当然，材料功能的多样化必然会带来生产成本的增加，如何使材料具有尽可能多的建筑功能的同时，降低工程造价，这也是目前要解决的问题之一。

总体来说，目前由于价格上的限制，多功能材料仅在一些有特殊要求的隔热防水建筑物上得到应用。

3．4产品生产与应用绿色化减少绝热材料产品生产过程中的生产能耗与污染物排放量，考虑产品的可回收再利用；尽量减少对天然矿物质的需求，采用废弃物为生产原料。

如有机质发泡保温制品不再采用氟里昂；继续完善、开发日用废塑料制品为主要原料的建筑保温隔热制品；液态渣的矿棉生产技术；开发以植物纤维为主要原料的纤维质保温材料；发展无石棉硅酸钙保温隔热制品等。

3.5开发新产品新型纳米气凝胶保温隔热材料的研究随着纳米技术的飞速发展，气凝胶作为一种新型的轻质纳米多孔性固态材料越来越引起人们的重视。

它被认为是目前质量最轻、隔热性能最好的固态材料，常温下热导率可低至0．013W／m·K，孔隙率可高达99％，比表面积高达l000m2／g，密度可低至0．003g／cm3，同时还具有良好的吸声和减震等性能，具有其他隔热材料不可比拟的优越性。

对于气凝胶等高孔隙率材料，其传热过程包含三种传热机理：通过气凝胶固体骨架和内部的热传导、对流传热和辐射传热。

气凝胶的网络胶体颗粒尺寸为3～20nm，孔径小于空气分子的平均自由程(50～60nm)，因而在气凝胶孔内没有空气对流；而且气凝胶具有极高的孔隙率，固体所占体积比很低，导热系数小；同时气凝胶的多孔网络结构对热辐射具有“无穷隔热板效应”，对热辐射的遮挡效率很高，这使得气凝胶成为目前世界上热导率最低的同体材料，是一种具有良好保温隔热性能和广阔应用前景的新型材料。

气凝胶材料具有非常高的孔隙率和多孔网络结构，但其强度低韧性差，制约了其广泛应用，对于气凝胶的增强和增韧处理成为亟需解决的问题。

Nicholas 使用异氰酸酯对SiO2气凝胶进行了修饰，修饰后气凝胶强度是纯SiO2，气凝胶的100倍。

张贺新等用碳纳米管作为添加物来改善SiO2气凝胶本身的脆性，研究发现碳纳米管在SiO2气凝胶中可起到骨架的支撑和桥联作用，在一定程度上改善了气凝胶的韧性。

董志军将短切莫来石纤维渗入SiO2凝胶网络，发现掺入3％的莫来石纤维，可有效提高气凝胶的弹性模量和机械强度。