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外墻外保溫系統的保溫材料與技術工藝研究

[日期:2014-09-20]  [閱讀:1334次]

   建筑節能,不僅可以降低能源消耗、減少環境污染,還能提高建筑工程的整體質量和裝飾裝修水平,因此,建筑保溫節能是一個專業性強、涉及面廣、系統性強、科學嚴謹的行業。我國的建筑外墻保溫節能技術在推廣與應用方面,已經取得了成效,但在工程實踐中,外墻外保溫系統包括材料體系、工藝體系、標準體系、應用技術等科學研究方面,還存在不少需要解決的問題,如材料科學技術、保溫節能效率、工藝技術水平、質量保障與保溫層的壽命問題、保溫層的安全與承重問題、生態環保問題、以及標準體系問題等。本文理論與實際相結合,重在實際應用,對外保溫的技術現狀,存在的問題,解決問題的方法、今后發展趨勢等方面進行探討。

  二、保溫材料與保溫層結構
  建筑保溫節能系統,無論是內保溫、還是外保溫,其保溫節能效率,主要取決于保溫材料本身的保溫隔熱性能和保溫層的厚度,這也是能否達到保溫節能的關鍵因素。保溫材料又分有機保溫材料和無機保溫材料,有機類保溫材料如發泡聚苯板(EPS)、擠塑聚苯板(XPS)、噴涂聚氨酯(SPU)、聚苯顆粒等,無機類保溫材料如中空;⒅、膨脹珍珠巖、閉孔珍珠巖、復合型無機保溫隔熱材料等。保溫隔熱層與墻基層和外墻裝飾是融為一體的,保溫層下面是建筑主體外墻壁,中間是保溫層,保溫層上面是抗裂砂漿、加強網、外墻抗裂膩子、外墻涂料或飾面磚。
  北方寒冷地區以發泡聚苯板、擠塑聚苯板等為主,氣候相對暖和的南方地區以聚苯顆粒、膨脹珍珠巖、閉孔珍珠巖、復合型無機保溫隔熱材料等顆粒類保溫漿料為主。
  三、輔助材料與施工工藝
  輔助材料是聚合物粘結砂漿、界面處理劑或界面砂漿、專用膨脹螺釘、耐堿玻纖網或鍍鋅鋼絲網、抹面砂漿、裝飾面磚等。
  保溫層采用板材(聚苯板、擠塑板)的施工工藝一般是先粘后釘、貼網、界面處理或專用處理劑、抹面砂漿、貼飾面磚或刮膩子、刷涂料;如保溫層采用顆粒類漿料(聚合物砂漿與聚苯顆粒、中空;⒅、膨脹珍珠巖、閉孔珍珠巖等的混合物),其施工工藝一般是先作基層處理、抹界面砂漿、保溫漿料、再貼玻纖網格布、抹抗裂砂漿、粘貼飾面磚或刮抗裂膩子、經打磨平整后刷涂料。
  四、保溫材料與技術工藝研究
  保溫系統的首要問題是其保溫隔熱效率和使用壽命兩個方面,其防火、生態環保、成本等也很重要。保溫隔熱效率主要靠優質高效安全的保溫材料來實現,用科學嚴謹、合理、過硬的工藝技術來確保建筑保溫層的安全穩固性,使保溫層與建筑物的使用壽命同步,達到最佳化,因此,保溫材料和工藝技術水平是關系我國建筑節能事業成敗的關鍵。
  1、保溫材料
  有機保溫材料質輕、致密性高、保溫隔熱性好、但缺點是:不耐老化、變形系數大、穩定性差、安全穩固性差、易燃燒、生態環保性很差、施工難度大、成本較高;而無機保溫材料比有機保溫材料容重稍差、致密性和可加工性較差、保溫隔熱性稍差,但防火阻燃、變形系數小、抗老化、性能穩定、生態環保性好、與墻基層和抹面層結合較好、安全穩固性好、使用壽命長、施工難度小、成本較低。
  筆者認為,有機保溫材料其安全穩固性差、壽命短暫,不如多使用無機保溫材料,如果使用聚苯板、聚氨酯等一切與塑料有關的保溫材料做的保溫層,遇到火災或幾年后、十幾年后意外脫落,再或幾十年后保溫層被廢棄,不僅難以回收利用,造成極大的資源浪費,使我們付出極大的經濟代價,而且會嚴重污染環境。而無機保溫材料雖然保溫效率稍差,但可以通過增加保溫層厚度的辦法來解決這個問題,由于無機保溫材料與基層和抹面層的粘附力、相容性較好,保溫層的強度、安全穩固性也是很可靠的,其長期使用壽命是完全可以達到與建筑物的使用壽命相一致。在保溫業界,無機保溫材料在建筑保溫上的應用從未停止過,在北京、天津、河北、上海、江蘇,經過一些有識之士不懈努力,在研究與應用上取得了一些成果,但這還遠遠不夠。一個好的保溫材料,不僅需要有較高的保溫節能效率,而且還需要在生態資源、環境保護、節約成本、工藝技術水平等方面具有可比性和較強的實用價值。因此,開發優質高效、低成本的無機保溫材料,特別是以粉灰煤為主的復合型的低成本、高效保溫材料,實現產業化,來替代現有保溫系統,提高建筑保溫節能效率和工藝技術水平、確保工程質量、降低成本和保護生態環境,是今后保溫建材研究與發展的趨勢,這一研究領域如能取得成功,將會產生巨大的經濟效益和社會效益,前景十分看好。
  2、聚合物砂漿
  聚合物干混砂漿,是建筑外保溫系統是重要的輔助材料之一,不僅可以增加保溫層的強度、穩固性,具有保護保溫層的作用,而且對于外墻裝飾質量、裝飾效果也是至關重要。保溫工程與外墻裝飾工程是連為一體的,相互間的影響極大,無論是粘結砂漿還是抹面砂漿,有人認為水泥砂漿粘結強度不高,往里面加些乳膠粉、建筑乳液、107膠,來提高水泥砂漿的強度,保水不好,往砂漿中加些纖維素,以此來提高水泥砂漿的粘結強度和防止砂漿干縮而產生裂縫,這些認為是技術上的誤解,真正意義上的聚合物砂漿在性能和應用上并不只這么簡單,如何正確認識和理解聚合物砂漿的材料性質、作用機理、相關應用技術問題等。筆者認為,首先要了解水泥,充分去認識水與水泥的關系,其次要了解水泥的微細孔的作用,水泥的微細孔具有獨特的生態功能,它不僅對生態環境有很大的益處,而且對于砂漿本身也具有重要的養護作用,是砂漿后期質量穩定的關鍵。
  水泥在建筑上的應用有很長的歷史,應用十分廣泛。水泥屬于無機水硬性膠凝材料,本身具有很高的粘結強度,抗壓強度(水泥就是很堅硬的人造石),幾十年、上百年,粘結性能很穩定,并具有相當強的適應能力,能適應各種復雜的自然環境(地上、地下、空中、水下)和各種氣候條件(日曬、高溫、低溫、雨露、冰雪、風吹、酸雨、紫外線等),其經濟實用性,施工性也很好。
  水泥的強度是通過水來實現的,即先水化、后凝結,而且水化、凝結是一個連續過程,水泥的凝結和最終強度如何,要取決于水化條件、水養護條件,水化越充分、水養護越好、水養護時間越長,水泥的強度越高。換言之,水泥的最佳強度只能是靠水的作用,而不是靠其它的粘性很強的膠粘劑,水泥的微細孔具有超強的生態環保功能,對于生態環境、墻體結構、特別是對于砂漿本身有很多的益處,墻體材料大多呈堿性,其微細孔有助于墻體吸收利用環境中的水氣(如雨、露、潮濕空氣等)進行自我保養(養生),而墻體中多余的水份與潮氣也可通過微細孔向外界釋放,在釋放水份與潮氣的同時,還可將從墻體中水解、氧化出來的鹽堿類物質通過微細孔晰出,能吸能放,自動平衡,研究表明凡能自動養生的建筑,會更加結實牢固、經久耐用。此外,建筑物砂漿的淺表微細孔具有吸收一定量雨水的能力,對于補充城市空氣中水氣、凈化空氣和改善生態環境都有很大的作用。而現代建筑材料,特別是化學合成材料,如溶劑類油漆、乳膠類涂料、乳膠類和聚乙烯醇類膠粘劑等,在建筑裝飾工程上廣泛應用,因這些材料成膜后膜質較密實,具有很強的封閉性,能完全封閉水泥砂漿的微細孔,容易使墻體中水氣生成結露,建筑物喪失了上述生態功能,還會使砂漿層形成“硬殼”,加劇水泥的干縮性,與基層形成強度差,使抹面砂漿層因張力過大而產生較大的變形系數,導致產生大量的建筑質量通。ㄈ缒ɑ覍赢a生裂縫、裂紋、空鼓、起皮、脫落等)。對砂漿的后期質量,乃至建筑物的使用壽命有很大影響。另外,關于建筑防水問題,其實,水泥砂漿的微細孔根本不會引起建筑物發生滲漏水的,發生滲漏水的直接原因一般都是跟建筑物產生的裂紋、裂縫和建筑物的排水不暢有關。因此,建筑墻體材料的微細孔對于墻體本身乃至整個生態環境的益處,是不容忽視的,應該得到我們的足夠重視。
  聚合物產品究竟在水泥砂漿中應該起什么樣的作用,水泥砂漿需要什么類型的聚合物產品來確保水泥砂漿具有優良的品質和長期穩定的效果?在這一方面,北京環益美高分子聚合物研究所作為專業研究機構,對于聚合物產品、干混砂漿、保溫材料及保溫系統的理論與應用技術研究上,獨樹一幟,其新產品――多聚膠粉及其系列研究成果,經過多年在建筑工程上的廣泛應用,已經得到保溫業界越來越多的認同。該膠粉屬于樹脂類、功能性、可再分散的新型共聚物,只要粘結砂漿、抹面砂漿、顆粒類保溫漿料等產品使用了多聚膠粉,就完全可以不再使用羥丙基甲基纖維素、可再分散乳膠粉、木纖維、甲酸鈣、無水硫酸鈉等其它產品。多聚膠粉可以有效改善聚合物干混砂漿的綜合性能,降低產品原材料成本,它的主要性能和特點有:可再分散性好、水溶解快、成膜快、保水性好(其保水能力比纖維素類產品更強、持久、更科學;砂漿遇水到初凝時,多聚膠粉可完全封閉砂漿微細孔約12~48小時,阻止砂漿中水份過快散發,有利水泥砂漿充分水化,提高初粘力和后期強度,在砂漿表干、表硬以后,其膜由強變弱,砂漿微細孔便處于半封閉狀態,此后多聚膠粉中的有效成份便可幫助水泥砂漿吸、放和平衡內部水份,并利用自然生態環境條件(如雨水、露等),進行良性養護、防護,低溫穩定性好(按技術要求,在不加任何防凍劑的情況下,5 ℃至-5 ℃氣候條件,可進行有效外墻施工)。研究與試驗表明,多聚膠粉具有一定的蓄集水份能力,可較長時間向砂漿提供自養護所需要的水氣,幫助水泥砂漿適應和有效地利用自然生態環境條件、控制和降低干縮性、減少干縮引起的變型系數,抗裂、防裂等,其有效作用會一直保持到它完全被自然降解,在其作用過程和被降解后,不會產生任何不良生態環境問題。多聚膠粉對于水泥砂漿的水化、凝結、后期穩定、后期強度提高、以及改善施工容易性、打磨容易性等諸多方面,具有很強的技術優勢,已引起國內外同行的廣泛關注。作為干混砂漿、外墻膩子、保溫建材等專用優質高效聚合物產品,多聚膠粉共有三種類型:多聚膠粉(粘結砂漿專用)、多聚膠粉(抹面砂漿專用)、多聚膠粉(顆粒類保溫漿料專用)。
  3、材料與工藝技術分析
  保溫層采用板材類(聚苯板、擠塑板)的施工工藝,一般是:泡沬板下面是粘結砂漿,面層是抹面砂漿,中間是泡沬板保溫層。從材料性質和實際狀況表明:粘結砂漿與水泥墻或紅磚墻的粘結不會有任何粘結不牢固或大面積空鼓和脫落問題,抹面砂漿與鍍鋅鋼絲網、瓷磚、水泥基的外墻抗裂膩子的粘結也不會出現粘結不穩固的現象發生,多個工程質量案例分析表明:無論是保溫層結構發生空鼓、變形、脫落,都是發生在泡沫板正反兩面的表面與砂漿的界面上,這一點是無一例外的。
  從材料性質上分析,塑料板材屬于油性材料,具有重量輕、強度低、易彎曲變形、易降解和難以粘附牢固,即使粘住了,其本身強度和耐久性也會有問題。砂漿主要是以水泥為主要粘結材料,砂漿本身屬于無機粘結材料,用它粘結石材類,無論是瓷磚、地磚、甚至是石頭、磚頭等無機材料,只要砂漿水化充分、養護條件良好,都會是粘結的非常牢固;而用砂漿來粘貼塑料類等有機油性材料,還要保證長久的效果,這就是個難題。眾所周知,水泥砂漿與木質類、紙質類、塑料類是不易粘牢的,更何況是低強度的發泡塑料,即使是全用乳膠類聚合物,也是難以用冷粘的辦法長久、牢固地粘牢塑料類物質,關于這一點,北京保溫業同行們最有切身體會的。如果只用粘的辦法來保證外保溫層質量達到數年、數十年不脫落,沒有足夠把握的,即使采用先粘后釘的“雙保險做法”也不能確保萬無一失,都還是心里沒有底。因為墻體材料與結構的因素,從泡沬板往里打釘孔,由于磚縫或基層強度較差,如空心磚、陶粒磚、輕質墻板等,很難確保每一個墻釘都發揮應有的作用;此外,外保溫層的承重能力也是一個很重要的問題,抹面砂漿層、抗裂膩子、涂料、甚至是瓷磚和粘結砂漿,所有的重量都承受在泡沫板上面,而且是下墜的重量,泡沫板屬于輕質的低強度材料,本身就存在冷熱橋、變形、氧化、降解等問題,而鉚釘加固,只起增加撥拉強度,對于承重并不起多大作用。
  對于塑料類有機發泡材料保溫層的施工技術工藝和標準體系問題,從其材料和工藝技術水平上,塑料類有機發泡材料保溫層是很難達到與建筑物的使用壽命相一致,要解決這類保溫系統的穩固性和使用壽命問題,我認為只有先將泡沫板粘牢并用鉚釘加固,再將鋼絲網牢牢地固定在建筑主體上,讓粘結砂漿和瓷磚下垂的重量全部承受在鋼絲網上,才會更安全和持久。但這又要取決于鋼絲網的強度、承重力和與建筑主體的固定情況,因此,要選擇鋼絲直徑大一些的、質量好的鋼絲網,在與外主體墻的固定技術上,要從上至下,即從最上端做起,上半部的固定接觸點要盡量多于下半部。這樣,只要鋼絲網發揮有效作用,鋼絲網不脫落,保溫板、砂漿層、瓷磚也不會脫落。最好在建筑設計時考慮到這個問題,在外墻砌筑或澆鑄時,預留好固定鋼絲網的螺紋鋼筋。只有在保溫層設計的承重能力大于保溫層的實際重量的情況下,塑料類有機發泡材料保溫層才會更安全可靠。美國的哥倫比亞號航天飛機發生大爆炸,其爆炸原因,根據攝像資料上顯示,從該機在升空過程中從機上掉下一塊板狀物,后經專家多方分析,結論是飛機上的一塊保溫隔熱層從機體上脫落后,釀成此嚴重事故,問題的起因是該航天飛機的保溫隔熱層所設計的承受風阻能力,大大低于實際所能承受風阻能力,飛機升空后,由于風速加大、阻力增加,保溫隔熱材料層承受不住便很快掉了下來。同樣的道理,建筑保溫層所承受的實際重量,一旦大于其本身所能承重的能力,也會不可避免地出現解體、脫落等質量問題與安全事故。特別是高層建筑的外保溫工程,一旦保溫層從上至下整體突發性脫落,極易造成人身安全事故,其責任重大,F有相關的標準體系和技術規程對保溫層的承重標準并沒有明確的規定。
  顆粒類保溫漿料的材料與技術工藝問題,與塑料類有機發泡材料相比,其保溫效率稍差,但技術工藝要簡單很多,安全穩固性和使用壽命均較好。但主要的技術上矛盾是:保溫層的強度和漿料中顆粒類保溫材料的含量與保溫效果。漿料中保溫顆粒料含量越多,砂漿料含量越少,施工性越差,保溫層的強度越低,而保溫效果就越好;如漿料中保溫顆粒料含量越少,砂漿含量就越多,保溫層的強度就越高,施工性越好,而保溫效果就越差,因此,選擇好的原材料、掌握好配料比例是關鍵。在施工工藝方面,施工前應視基層情況,做相應技術處理:如果基層強度差,應用聚合物砂漿加固增強,如果基層特別干燥且吸水性很強(如紅磚墻、石膏墻、砂灰墻),應先噴水將墻體淺表潤濕,以此辦法來減弱基層吸水能力,再抹一層界面砂漿(厚度為1 mm左右),這樣可以有效防止保溫漿料層出現空鼓、脫落和降低干縮引起的變形系數。
  五、綜 
  建筑節能技術的推廣,不僅要有政策法規上強有力的支持,而且要有過硬的產品和技術,要有遠見,科學、嚴謹和規范。從發展趨勢,開發生產優質高效無機保溫材料,又特別是以粉煤灰為主的復合型的優質高效保溫隔熱材料,符合節約能源、節約工程成本、保護生態環境和可持續發展的戰略,為我國的經濟建設和保護生態環境做出貢獻。

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