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有机和无机保温材料的研究与应用

发布者:永大机械 发布日期:2011-11-18

    随着世界能源危机的加剧和生态环境的进一步恶化,我国能源与环保问题因经济继续高速发展而矛盾更加突出,建筑保温节能工作对于生态环境的影响已引起业内关注,要求建筑外墙都要做保温层,其保温材料的使用量会大的惊人,不仅要消耗大量的资源,还有可能引发新的环保问题。建筑保温节能应该与社会经济可持续发展、资源(循环)综合利用、生态环境保护等协调发展,这是我国建筑保温节能工作必须认真考虑的长远之计,具体地讲,我们要对保温材料的保温隔热性能及实用价值、材料的稳定性和使用寿命、工艺技术的可靠性、生态环保性和可循环利用等方面进行重点研究,我们可以借鉴西方发达国家的成功经验,但不能盲目地跟进,必须结合我们的国情和建筑保温的实际需要,否则,我们付出的不仅是经济代价,而且还有环保代价。    

一、保温材料
    保温材料从应用上可分为有机、无机、复合型三大类。
    1、有机类保温材料。如发泡聚苯板(EPS)、挤塑聚苯板(XPS)、喷涂聚氨酯(SPU)、以及聚苯颗粒等。有机保温材料具有质轻、可加工性好、致密性高、保温隔热效果好,但缺点是:不耐老化、变形系数大、稳定性差、安全性差、易燃烧、生态环保性很差、施工难度大、工程成本较高,其资源有限,且难以循环再利用。
    2、无机保温材料。如中空玻化微珠、膨胀珍珠岩、闭孔珍珠岩、岩棉等。无机保温材料容重稍大、保温隔热效率稍差,但防火阻燃、变形系数小、抗老化、性能稳定、与墙基层和抹面层结合较好、安全稳固性好、保温层强度及耐久性比有机保温材料高、使用寿命长、施工难度小、工程成本较低,生态环保性好,可以循环再利用。
    3、复合型材料。以防辐射吸热材料、岩棉、甚至是经处理过的农作物秸杆、可以利用的具有保温性并进行无害化处理过的垃圾、以及通过发泡等技术手段生产的空心材料等。复合材料的保温隔热效果较好,它具有无机保温材料的很多优点:防火阻燃、变形系数小、抗老化、性能稳定、生态环保性好、保温层强度高、使用寿命长、施工难度小、工程成本较低,其原材料来源广泛,能耗低,生态环保性好,可以节约资源,提高资源的循环再利用效率。
  其它保温材料如隔热涂料、防辐射涂料等,这些材料有一定的保温隔热效果,应用上也取得了一些进展,但其性能和应用上存在局限性,一是材料成本较高,二是涂层老化快,使用寿命有限。

二、应用研究
    1、专业范围
    建筑保温是专业性较强的系统工程,从设计、构造、选材、施工、资源与环环保等各方面,要根据当地的气候特点和保温效率的实际需要、建筑设计风格和建筑主体材料构成特点、门窗材质及保温隔热性能、屋顶的保温隔热措施、资源状况和资源利用水平、保温层的防火与安全保障和使用寿命,保温层是否会对人居和生态环境产生不利影响,以及拟选择的保温系统的技术工艺上的可行性等多方面。
    2、南方、北方气候条件与室内温度
    我国气候复杂多变,温差变化较大,显著的气候特点是北方地区空气干噪、冬寒、风大、少雨,北方冬季供暖时间在120-150天,主要的要求是保温效果,从保温性能上选择,以发泡聚苯板(EPS)、挤塑聚苯板(XPS)、喷涂聚氨酯(SPU)或高效复合型保温材料较多;而南方地区空气湿度大,多雾、多雨、寒冷天气较少、湿热天气较多,除星级宾馆、饭店有中央空调外,一般建筑没有暖气,当冬季室外阳光充足时,室外温度反而要比室内高,在此情况下,如果采用聚苯板薄抹灰外墙外保温系统,室内温度不仅不会感到暖和,反而会感觉更加阴冷。所以,南方地区的建筑保温应是以阻隔热空气为主要目的,隔热的保温材料应以无机材料或复合型高效保温材料较为合适。
    3、材料与工艺
    有机发泡类保温材料如:发泡聚苯板(EPS)、挤塑聚苯板(XPS)、喷涂聚氨酯(SPU)、以及聚苯颗粒等,辅助材料是聚合物粘结砂浆、界面处理剂或界面砂浆、专用膨胀螺钉、耐碱玻纤网或镀锌钢丝网、抗裂抹面砂浆等。塑料板材类保温材料的施工工艺一般是先粘后钉、界面处理或专用处理剂、贴网、抹抗裂砂浆。发泡板材保温工程的施工难度较大,工艺技术比较复杂,在我国建筑保温工程上的应用有十年左右的历史,从开始到现在,业内对系统的稳定性、安全性、使用寿命、生态环保等方面争论最多,容易产生工程质量与安全隐患,主要因素有保温板的强度低、承重力差、易变形、易燃烧、易降解等,再者,这些油性的有机发泡材料是很难用砂浆冷粘的办法与墙体牢固结合,保持几十年至上百年不变,虽然有报道称国外某某粘在墙上有三四十年,但从材料与专业技术上分析,缺乏理论依据,美国哥伦比亚航天飞机在起飞过程中保温层脱落,就是一个例证。
    聚苯颗粒、闭孔珍珠岩等颗粒类保温浆料在建筑保温工程上的应用,因其工程造价低、施工简单,技术工艺不复杂,在建筑保温工程上用量也很大,特别是近几年,南方一些省市广泛采用它。就颗粒类保温浆料的保温性能和保温层的强度与施工性而言,其基本关系是:保温浆料中颗粒类保温材料含量越多、聚合物砂浆含量越少,则保温层的保温效率越高、保温层的强度越低、施工性越差;与之相反,如保温浆料中颗粒类保温材料含量越少,聚合物砂浆含量越大,则保温层的保温效率越低、强度越高、施工性越好;在工程质量与施工技术方面,应充分重视墙基层与保温层的界面处理,可先用聚合物界面砂浆将墙基层“拉毛”或者在墙基层上抹一层界面砂浆,不等界面砂浆表干,接着抹保温砂浆,这样会有利于发泡聚苯颗粒保温浆料与墙体的粘附,能防止保温层因粘附力差,出现空鼓、脱落。有些墙基层特别干燥,又特别是红砖墙、空心砖等,可以在施工前喷水润湿基层,以减弱其吸水能力,因为这些材料的吸水性较强,吸水率较高,会影响保温层的附着力。如果要在颗粒类保温层上贴瓷砖,除了施工从严要求外,颗粒类保温材料在浆料中的比例应适当减少些,适当增加保温层的厚度(增加保温系数),提高保温层的强度及承重能力,确保安全稳固性。
    以上也适用于中空玻化微珠保温浆料、膨胀珍珠岩保温浆料、高效无机复合类等保温节能工程。从材料系统分析,保温系统中的任何一种材料的功能及特性都是有限的,如何加深对各种相关原材料的性质、作用机理、相互间关系的分析与研究,科学选材、合理用材这一点是很重要的,其次是工程技术上的研究,产品质量再好,如工艺不合理、工艺上不完善、工程质量管理不到位,都会影响整个保温系统的稳定性及其功能的正常发挥。
    在工程质量管理方面,各地应开展一些针对性强的技术研究会、技术交流会、技术培训班,包括施工单位、施工人员的技术培训与资格认证管理。

三、资源与环保
    保温层的保温节能效率主要靠保温材料的作用,我国建筑保温节能对保温材料的需求量是十分巨大,但任何一种保温材料的资源都是有限的,我国面临的最大难题是经济发展和资源与环保问题,保温节能事业也不例外。有机和无机保温材料在性能与作用上也是有一些明显差异,在资源与环保方面,无机保温材料优于有机保温材料,通过科技手段研制的一些可以循环利用的新型高效复合型无机保温材料,还有利用具有保温效果的废弃物等,这些材料与技术的开发与应用,会促进我国建筑保温节能事业的科学发展。

四、创新与发展
    我国的建筑保温节能工作将继续向前发展,这是一项长期的任务。笔者认为,保温节能工作必须面向实际需要,应当根据当地的环境气候特征、建筑物的用途、建筑主体材料构成、资源优势及资源循环利用、安全保障、人居与环保的需要等,来选择针对性、适用性较强的保温材料及系统,不能盲目发展。
    在保温材料的发展方面,虽然会有更多的新型材料涌现出来,但现有的一些保温材料不会很快被淘汰,如利用粉碎后的废弃泡沫塑料来生产保温砂浆等一切与资源利用和环保相关的保温材料和系统等,不应该被淘汰。天津、上海等一些省市在新型保温材料推广与应用上,进展比较快。
    保温材料和技术的发展,重点在于创新,要重点研发能耗低、保温效率高、可以循环利用、生态性好、系统稳定性好、成本低的复合型保温材料,又特别是利用废弃物方面,很有发展前途。

    建筑保温节能重在实效,也要讲绿色保温,防止产生新的环境污染,要与我国的资源利用、生态环境保护、经济建设协调、稳步发展,走循环经济发展之路,不能守旧,在实践总结、充分调研的基础上,不断探索与创新。

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