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胶粉聚苯颗粒保温材料酌研究中文摘要 中文摘要 在能源日益紧缺的今天，建筑节能已经成为我国实施能源节约战略的重要措 施。外墙外保温技术是主要建筑节能手段，而外墙外保温技术的关键是节能效率高、 安全可靠、耐久性能好的保温材料。 ，胶粉聚苯颗粒保温材料综合利用回收破碎的聚苯乙烯颗粒，工业废弃物粉煤灰、 硅灰，并加入聚丙烯纤维，可再分散胶粉、纤维素醚等改性添加剂配制而成，具有保 温隔热、优良的抗裂性、环保节能且施工简单等特点i 改变了传统的保温材料( 如膨 胀珍珠岩保温砂浆) t 作性能差、节能效率低等缺点；该保温材料配制好后为均匀易 涂抹的浆体，施工方便，克服了聚苯板等板状保温材料在房屋的边棱角处无法旌工和 粘结力差的不足。 。 本文从优化胶粉聚苯颗粒保温材料配合比的角度研究了影响胶粉聚苯颗粒保 温材料的热性能和力学性能的主要因素及相互关系。研究表明，采用破碎的聚苯颗 粒配制的保温材料的工作性、导热系数均优于发泡聚苯颗粒，加入引气剂可以降低 保温材料的导热系数；掺入硅灰可以显著降低保温材料的干表观密度，从而降低导 热系数；在保温材料的各组份种类和掺量确定的条件下，干表观密度与导热系数存 在确定的数量关系，控制保温材料的干表观密度在1 9 0 , - , 2 3 0k g m 3 ，保温材料的导 热系数即在0 0 5 2 加0 6w ( m k ) 范围内。可再分散胶粉的加入对增强保温材料的拉 伸粘结强度有突出的作用；纤维素醚可以有效地改善保温材料的工作性，并提高保 温材料的柔韧性，但是会增加线性收缩率。其掺量应控制在0 5 1 ；引气剂的掺入 会降低保温材料的抗压强度和拉伸粘结强度，综合考虑保温材料的保温性能和力学 性能，其掺量应不大于0 。8 ；聚丙烯纤维可以显著提高保温材料的力学性能，在纤 维分散均匀的条件下，长纤维的增强作用优于短纤维。 经过配方优化的保温材料的热性能和力学性能均达到著超过国家有关指标。本 文还研究了与保温材料配套使用的界面剂、抗裂砂浆、玻纤网格布的组成配比及性 能，介绍了该体系的施工程序及注意事项。此外，通过对胶粉聚苯颗粒保温材料的 技术先进性、经济性和功能性方面的评价，说明该材料是绿色环保的生态建筑材料。 胶粉聚苯颗粒保温材料的研究 中文摘要 希望本研究可以推动胶粉聚苯颗粒外墙外保温材料在我国建筑节能工程中大 量应用，为我国节能事业做出积极贡献。 关键词：聚苯颗粒保温材料可再分散胶粉导热系数 作者：寇秀蓉 指导老师：周竹发 墨型￥塑墅婴垒! 坠坚! 茎迪些塑型垡堕；壁纽里! 量型! ! 塑呈业竺垒望墨塑! 垒 垒垒墅堕 a b s t r a c t n o w a d a y se n e r g yd e f i c i e n c y i sm o r ea n dm o r e s e r i o u s ，b u i l d i n ge n e r g y c o n s e r v a t i o nh a sb e c o m ea ni m p o r t a n ts t r a t e g yf o ro u rc o u n t r yt oc a r r yo u tt h ep l a no f e n e r g ye f f i c i e n c y e x t e r n a li n s u l m i o nt e c h n i c si st h em a i nm e a s u r eo fb u i l d i n ge n e r g y c o n s e r v a t i o n , a n dt h ek e yt ot h et e c h n i c si sak i n do ft h e r m a li n s u l a t i o nm a t e r i a l 晰t h 1 1 i 曲e n e r g yc o n s e r v a t i o ne f f i c i e n c y , g r e a ts a f e t ya n dg o o dd u r a b i l i t y t h e r m a li n s u l a t i o nm a t e r i a lw i t he m u l s i o np o w d e ra n de p sp e l l e t si sc o m p o s e do f r e c l a i m e de p sp e l l e t s ，c e m e n t , f l ya s h , s i l i c af u m e ，a d d i t i o na g e n ts u c ha sr e - d i s p e r s i b l e e m u l s i o np o w d e ra tar a t i o n a lm i x t u r er a t i o t h em a t e r i a lo v e r c o m et h ed r a w b a c k so fb a d w o r k a b i l i t y , l o we n e r g ye f f i c i e n c y , w h i c he x i s t i nt r a d i t i o n a li n s u l a t i o nm a t e r i a l ， e x p a n d e dp e a r l i t ei n s u l a t i o nm o r t a r , e g t h et h e r m a li n s u l a t i o nm a t e r i a li sah o m o g e n e o u s f l u i dm e d i u mw h i c hi se a s yt os m u d g ea n dc o n v e n i e n tt o c o n s t r u c ta f t e ri ti sw e l l p r e p a r e d , t h u s i to v e r c o m et h e s h o r t c o m i n g o f p l a t e - t y p e t h e r m a li n s u l a t i o n m a t e r i a l ，e p sb o a r d ，e g w h i c hi su n a b l et oc o n s t r u c ti nt h ea n g l e so fah o u s ea n dh a s w e a kt e h s i l eb o n ds t r e n g h t h i nt h i sp a p e r , t h ep r i m a r yf a c t o r sw h i c hh a v ea l le f f e c to nt h e r m a lp r o p e r t i e sa n dt h e p h y s i c a lm e c h a n i c sp e r f o r m a n c eo ft h et h e r m a li n s u l a t i o n m a t e r i a la sw e l l a st h e i r r e c i p r o c i t ya r es t u d i e di no r d e rt oo p t i m i z et h em i x t u r er a t i oo ft h em a t e r i a lf a c t o ra n dt h e i ti sf o u n do u tt h a tt h et h e r m a li n s u l a t i o nm a t e r i a la d d e d 、) i ，i ms t a v e de p sp e l l e t si s s u p e r i o rt h a nt h em a t e r i a lw i t ho r i g i n a l l yf o a m e de p sp e l l e t si nw o r k a b i l i t ya n dt h e r m a l c o n d u c t i v i t y t h et h e r m a li n s u l a t i o nm a t e r i a l sd r yt r a n s p a r e n td e n s i t yc o u l db er e d u c e d o b v i o u s l yb ya d d i n gw i t hs i l i c af u m e ，t h u si t st h e r m a lc o n d u c t i v i t yc o u l da l s ob er e d u c e d a f t e rt h ev a r i t y & q u a n t i t yo ft h er a wm a t e r i a la r ed e t e r m i n e d ，t h er e l a t i o nb e t w e e nt h e t h e r m a lc o n d u c t i v i t ya n dt h ed r yt r a n s p a r e n td e n s i t yc o u l da l s ob ed e s t i n e d t h et h e r m a l i n s u l a t i o nm a t e r i a l st h e r m a lc o n d u c t i v i t yc o u l db ei nt h es c o p eo f0 0 5 2 - - 0 0 6w ( m 。k ) f li t sd r yt r a n s p a r e n td e n s i t yi s19 0 2 3 0k g m 3 r e - d i s p e r s i b l ee m u l s i o np o w d e rp l a y sa l l i l l 墨鲤! 塑墅! 翌型! 垒竺! 壁垫垒坚! 丝燮妄婴墅墅墨坚兰型! 壁塑呈! 璺竺垒望墨呈璺! 坐坐堕 i m p o r t a n tr o l ei ne n h a n c i n gt h et h e r m a li n s u l a t i o nm a t e r i a l st e n s i l eb o n ds t r e n g t h & f l e x u r a ls t r e n g t h m h e cc o u l di m p r o v et h et h e r m a li n s u l a t i o nm a t e r i a lw o r k a b i l i t ya n d f l e x i b i l i t ye f f e c t i v e l y ；b ya d d i n ga i r e n t r a i n e da g e n t ，t h et h e r m a li n s u l a t i o nm a t e r i a l s c o m p r e s s i v es t r e n g t ha n dt e n s i l eb o n ds t r e n g t hw o u l db er e d u c e d ，s ot a k i n gb o t ht h e t h e r m a li n s u l a t i o np r o p e r t ya n dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e so ft h et h e r m a li n s u l a t i o nm a t e r i a l i n t oc o n s i d e r a t i o n , t h eq u a n t i t ys h o u l db el e s st h a n0 g ；t h ep o l y p r o p y l e n et e x t i l ef i b e r m a yo b v i o u s l ye n h a n c et h et h e r m a li n s u l a t i o nm a t e r i a l sm e c h a n i c a lp r o p e r t i e s ，i nt h e c o n d i t i o no ft h ef m c fc o u l dd i s p e r s e se v e n l y ，t h el o n gt e x t i l ef i b e f se n h a n c e m e n t f u n c t i o ns u r p a s s e st h es h o r tf i b e r s t h et h e r m a li n s u l a t i o nm a t e r i a lp r e p a r e da tt h eo p t i m i z e dm i x t u r er a t i oa c h i e v e sa n d s u r p a s s e st h en a t i o n a lr e l a t e dt a r g e t si nt h e r m a lp r o p e r t i e sa n dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e s t h em i x t u r er a t i oa n dp r o p e r t i e so ft h ec o n t a c ts u r f a c em e d i c i n a la n da n t i - c r a c km o r t a r m a t c h 、析也t h et h e r m a li n s u l a t i o nm a t e r i a li nt h et h e r m a li n s u l a t i o ns y s t e ma r ea l s o s t u d i e d , t h ep a s sf i b e rf i l a m e n tg r i dc l o t h sr e l a t e dp e r f o r m a n c e sa l ei l l u s t r a t e d a n dt h e t h e r m a li n s u l a t i o ns y s t e m sc o n s t r u c t i o ns c h e d u l ea n dt h em a t t e r sn e e d i n ga t t e n t i o ni n c o n s t r u c t i o na l ea l s oi n t r o d u c e d i na d d i t i o n , t h r o u g ha p p r a i s a l - i n gt h et h e r m a l i n s u l a t i o nm a t e r i a l sp r o p e r t i e si nt e c h n i c a ls o p h i s t i c a t i o n , e c o n o m i c sa n df u n c t i o n a l i t y , ，i ti sc o n c l u d e dt h a tt h i st h e r m a li n s u l a t i o nm a t e r i a li sg r e e ne n v 证o n m e n t a lp r o t e c t i o n e c o l o g i c a la n ds a f eb u i l d i n gm a t e r i a l w eh o p et h a tt h i sp a p e rm a yi m p e lt h em a s s i v ea p p l i c a t i o no ft h et h e r m a l i n s u l a t i o nm a t e r i a lc o n s i s t i n go fe m u l s i o np o w d e ra n de p sp e l l e t si no u rc o u n t r y ，a n d i n a k e sp o s i t i v ec o n t r i b u t i o ni nt h ee n e r g yc o n s e r v a t i o np r o j e c t s k e yw o r d ：e p sp e l l e t s ，t h e r m a li n s u l a t i o nm a t e r i a l ，r e - d i s p e r s i b l ee m u l s i o n p o w d e r t h e r m a lc o n d u c t i v i t y i v w r i t t e nb y ：k o ux i u r o n g s u p e r v i s e db y ：z h o uz h u f a 苏州大学学位论文独创性声明及使用授权的声明 学位论文独创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进 行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含 其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得苏州大学 或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人承担本声明的法律 责任。 研究生签名：磊吕事答日期：，兰哆f 学位论文使用授权声明 苏州大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、清华大学论文 合作部、中国社科院文献信息情报中心有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本 人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文 外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分 内容。论文的公布( 包括刊登) 授权苏州大学学位办办理。 研究生签名： 导师签名： 日 日 期：易州分，加 第一章综述 第一章综1 述 1 1建筑节能的目的及意义 随着现代工业文明的快速发展，石油、煤炭、天然气等自然资源被大量消耗， 能源供给已经出现了相对紧张的局面，1 9 7 3 年第一次世界性石油危机导致石油价格 飞涨，此时，全世界已经普遍关注能源问题，并将其列为影响入类生存的四大问题 之一【1 1 。据统计，建筑用能约占全球消耗能源的1 3 2 t ，在建筑用能的同时，向大气 排放大量污染物c 0 2 、t s p 、s 0 2 、n o x 等酸性气体导致大面积的酸雨、温室气体 的过度排放正在引起地球变暖，将危及人类及生物界生存，在这样的历史背景下， 建筑节能问题被正式提出t 3 - 4 1 ，并逐渐被世界各国重视并当做重大课题来研究。 建筑节能的概念发展到今天，它是指在不影响人们感觉舒适度的前提条件下( 即 居住室温冬季不低于1 8 c ，夏季不高于2 6 ) ，采取积极有效的措施在建筑物中合理 地使用能源，有效地利用能源，从而提高建筑物的能源利用率【5 一。积极地采取各种 措施推动建筑节能的发展对世界及我国具有多方面深刻的意义。 ( 1 ) 建筑节能是关系到世界各国经济社会可持续发展的重大问题 目前世界经济的飞速增长对能源需求不断增加，但价格无法降低。根据美国能 源部能源资讯署2 0 0 2 年3 月出版的“i n t e r n a t i o n a le n e r g yo u t l o o k2 0 0 2 , 1 9 9 0 - - - - 2 0 2 0 年全球能源消费形势如下【7 l ： 全球能源总消费量将增加6 0 。其中亚洲等发展中国家将增长1 倍( 每年增长 4 ，相比发达国家每年增长1 3 ) 石油：石油预计增长5 9 ( 年增长率为2 2 ) 。此外，石油将维持占全球能源 总消耗量4 0 以上的比例。天然气占全球能源消费量比重也将由2 3 升至2 8 。 煤：由于空气污染及c 0 2 排放等问题，煤炭占全球能源总消费量的比重将由 2 2 降至2 0 。 核能：在政治问题影响下，全球核能发展情势尚难确定，但保守估计全球核能 消费量将比现在略微增长。 可再生能源：预估将增长5 3 ，但由于现阶段数量过少、成本高、能源密集度 胶粉聚苯颗粒保温材料的研究第一章综述 低且供应不稳定，所以占全球能源总消耗量的比重将由9 下降到8 。不过预计更远 的未来，随着技术进步，比重将上升较快。 对于我国，能源形势严峻，建筑节能是发展国民经济的需要。我国能源总量丰 富，但入均能源可采用储量1 0 7 4 m s ，入均煤炭可采储量9 0 吨，分别为世界平均值的 1 1 1 、4 3 和5 5 4 。排名上，人均石油可采用储量只居世界第4 1 位，可见，一旦 平均到个入消费，我国的能源并非地大物博。 面对如此严峻的能源危机，世界各国都积极实施建筑节能计划，实践证明，建 筑节能是提高经济效益的重要措施，选择适合当地条件的节能技术，使用扣7 的建 筑造价嗍，可达到3 0 - - 5 0 的节能指标。建筑节能的回收期一般为3 “年，与建筑物使 用周期6 0 - , 1 0 0 年相比具有良好的经济效益。 ( 2 ) 建筑节能是关系人类命运的全球性课题 人类在建筑和居住过程中产生大量的废气，上世纪初，由于c 0 2 排放量的增 加，使得全球大气浓度增加，气候急剧变暖，在有全球气温平均统计的1 4 0 年中1 0 个全球平均气温高峰年8 个出现在1 9 0 0 年以后；此外，c 0 2 浓度的增加，导致两极 融缩、冰川消失、海面升高、洪水泛滥、干旱频发、土地沙化、风沙肆虐、疾病流 行、物种灭绝；全球气候异常，灾害频繁，n o x 排放带来灾难性后果。n o x 容易引 起化学污染、破坏臭氧层、形成酸雨，对人类生活环境造成了较大的损失。 ( 3 ) 建筑节能是我国经济发展战略的重点 据统计，我国近几年g d p 维持了8 以上的高速增长，但是平均每万元的g d p 能量消耗指标是o 7 1 吨，比发达国家多3 一1 1 倍，可见，我国的g d p 增长是建立在 大量消耗能源的基础上，这是一个非常严峻的问题【9 】。能源短缺问题在我国尤为严重， 已经成为制约我国经济社会可持续发展的重要因素。2 0 0 4 年全国电荒、煤荒集中爆 发，上半年，2 7 个省份全面告急，国家电网被迫拉闸限电8 0 多万次。下半年，北方 供暖的城市无一例外都面临能源紧张的考验。为此，政府制订了单位g d p 增长需降 低2 0 0 4 的能源消耗的指标，但是，2 0 0 6 年首次发布的g d p 与能耗的关系统计数据显 示，2 0 0 6 年我国的单位g d p 增长所消耗的能源仍比去年增长了0 8 。问题依然严峻， 必须采取更多的节能措施来节约能源。 ( 4 ) 建筑节能是改善空间环境的重要途径 建筑节能可改善大气环境。我国建筑采暖能源以煤炭为主，约占7 5 。目前我 2 胶粉聚苯颗粒保温材料的研究第一章综述 国采暖燃煤排放c 0 2 每年约为1 9 亿吨。同时，排放s 0 2 近3 0 0 万吨，烟尘约为3 0 0 万吨，采暖期城市大气污染指数标准普遍超标，造成严重大气环境污染。建筑节能 可改善室内热环境，室内热环境是对室内温度、空气湿度、气流速度和环境热辐射 的总和【1 0 1 。适宜的室内热环境可使人体易于保持体温平衡，从而使人产生舒适感。 节能建筑可做至i j 冬暖夏凉，改善室内热环境。 我国在现阶段的社会经济结构中，建筑用能已经达到全社会能源消费量的 2 7 6 ，并且将随着人民生活水平的逐步提高和对住宅舒适度要求的提高，采暖和空 调设施的增加而大幅度增加，建筑耗能占总耗能标准的比重将快速上升到3 3 以上， 而且我国是世界上房屋建筑量最大的国家，建筑面积逐年增长，近些年我国的城乡新 建房屋建筑面积近2 0 亿平方米，其中8 0 以上为高耗能建筑。既有建筑近4 0 0 亿平 方米，9 5 以上是高能耗建筑。目前，我国单位建筑面积能耗是发达国家的猢倍【1 1 1 。 面对如此严峻的现实，积极运用多种措施开展建筑节能是一项极为迫切的巨大工程。 1 2 建筑节能的措施， 目前，建筑能耗主要由以下四个方面构成【1 2 j ：为维护适宜的居住环境运行的采暖 空调系统的能耗；照明系统；热水供应系统；各种设备用能。其中，用于居住建筑的 采暖能耗占的比重最大，采暖空调系统的能耗约占建筑能耗的5 0 7 0 。在发达国家 中，建筑能耗一般占总能耗的3 叫o 【1 3 l 。 针对以上四方面的耗能情况，对于功能、地点和建筑体形已经确定的建筑，通常 使用提高维护结构( 外墙外窗外门，j 也面屋面等) 的热工性能、合理采用自然采光和 通风朝向透光面积( 窗墙比) 、设定合理的室内环境参数、设定合理的系统、设 备运行方式和时间、合理设计t t v a c 热水供应系统，提高系统效率、使用高效率的 节能设备等措施来提高能源利用率，降低能耗。其中，提高外围护结构的热工性能是 建筑节能的基础，因为它为减小采暖空调系统的型号和配置提供了基础从而可以减少 电力设备的初始配置。在运行使用时，良好的维护结构又可以很好地将采暖空调系统 设备的热量冷量很好地维持在室内，从而降低系统的运行费用，对最终用户产生很 好的经济效益。同时，对维护结构恰当的热工设计又可以很好地控制室内各个表面的 温度，增强人体舒适感。 据有关资料介绍建筑物约有三分之一的热量是经外墙传向室外【1 4 】，可见经外墙 胶粉聚苯颗粒保温材料的研究 第一章综述 损失的热量占了相当大的份额，因此，提高墙体的保温性能，改善室内热环境质量和 节约采暖能耗无疑是一项十分重要的工作。 墙体保温技术发展到今天，出现了多种形式的墙体保温系统 z 5 - 1 6 ，根据墙体保温 系统的构造和所处位置的不同分为：外墙内保温系统、墙体夹心保温系统、墙体自保 温系统、外墙外保温系统。 1 2 1 外墙内保温系统 外墙内保温系统是在外墙内表面设置保温层，起到保温效果。在墙体保温系统中 外墙内保温系统出现较早，在一定时期内和一定范围内起到了保温节能作用。它的优 点在于对饰面和保温材料耐候性技术指标要求较低，并且由于内保温材料被楼层所分 隔，施工范围小，不需另搭设脚手架。但外墙内保温系统在长期的使用和工程实践中 存在性能和质量通病： ( 1 ) 在建筑体中存在热桥现象，会造成保温效果下降，容易产生结露现象。在外 墙内保温系统施工过程中，往往只对墙体内侧进行保温层的设置，而内外墙的结合处、 墙体与楼板的交界处、梁柱、门窗等都没有保温处理，在这些地方就形成热桥，即成 为热量进出的通道，造成保温效果的下降，而一旦这些部位周围温度较低，而室内湿 度较大时，就会形成结露现象。内墙的潮湿现象严重，周围的墙体装饰层便会受到影 响，产生发霉现象。 ， ( 2 ) 由于墙体内外两侧处于不同的温度应力场，建筑物结构由于受热不均，产生 温度应力，容易使内部保温层结构出现裂缝，造成保温效果的下降，使保温系统的使 用寿命减少。 ( 3 ) 外墙内保温系统由于保温层处于室内，会占室内空间，造成使用面积的减少； 由于保温层处于室内，不利于室内装修，例如钉挂物品等，也形不成对外侧墙体的保 护，例如防止水的渗入、墙体的开裂等。 ( 4 ) 由于保温层位于外墙内侧，在进行既有建筑的节能改造时，施工严重扰民， 不利于既有建筑的改造。 由于以上种种原因，外墙内保温系统的使用己逐年减少，但在墙体的一些特殊部 位还存在保温材料内贴的现象，例如在外墙内侧窗台下的暖气槽内抹保温砂浆，阳台 栏板内侧抹保温砂浆或粘贴聚苯板，除此之外，还较多地应用于一些有历史价值的建 筑，还有就是一些实验用房，外墙内保温有利于实验性房屋对温度升降的速度要求。 4 胶粉聚苯颗粒保温材料的研究 第一章综述 1 2 2 墙体夹心保温系统 该系统最大的优点就是将保温材料置于墙体的内、外两部分墙体之间，从而具有 自身的一些优点： ( 1 ) 系统有效地保护了保温材料。由于保温材料被夹在两部分墙体之间，所以 能够有效地防止外界因素的破坏，例如夏天的太阳辐射。 ( 2 ) 两个墙体的施工可以采用传统的普通砖、混凝土空心砌块，也可以采用现 浇混凝土墙。它对保温材料要求不高，可采用聚苯板、挤塑板、聚氨酯硬泡保温板、 岩棉等材料。 ( 3 ) 对施工季节和施工条件的要求不十分高，不影响冬季施工，并且技术较易 掌握。 ， 由于它的一些特点，所以该体系在南方和北方都有较多的使用，但在使用过程中 也出现了下列一些较难处理的问题： ( 1 ) 此类墙体与传统墙体相比，由于中间夹了保温层，所以偏厚，并且内外两 部分墙体为保证系统的安全性，需要有连接件连接，构造较传统墙体复杂。 ( 2 ) 存在热桥现象。由于连接件的设置以及梁柱的原因，尚有热桥存在，以致 造成保温效果的降低，保温材料的效率仍然得不到充分的发挥。 ( 3 ) 如果外侧墙体开裂，那么不可避免地会引起水分的入侵，造成保温材料的 失败。 ， ( 4 ) 由于采用两部分墙体需要进行夹心保温技术，所以不适合于高层建筑。 因此，墙体夹心保温体系近年来的使用也开始减少。但由于该系统自身的一些优 点，所以随着技术的进步，夹心保温系统的部分缺点被解决后，应该还有较大的使用 余地。 1 2 3 外墙外保温系统 与前两种保温系统相比，外墙外保温系统的发展最为迅速。随着建筑节能技术的 不断完善和发展，外墙外保温技术逐渐成为建筑保温节能形式的主流。从科学的合理 性而言，外墙外保温形式是一种先进的、有应用前景的保温节能技术。它在保温等各 方面都有着明显的优势： ( 1 ) 适用范围广，技术含量高 外保温不仅适用于寒冷地区的民用建筑及工业采暖建筑，也适用于温暖地区的制 胶粉聚苯颗粒保温材料的研究第一章综述 冷空调建筑，既可以用于新建工程，更适合于旧建筑物的节能改造工程。采用外保温 的墙体外部热能损失低，节能效率高。由于内部实体墙热容量大，室内能蓄存更多的 热量，使诸如太阳辐射能或间歇采暖造成的室内温度变化减缓，室温较为稳定，生活 环境较为舒适；也使太阳辐射得热、人体散热、家用电器及炊事散热等因素产生的“自 由热得到较好的利用，有利于节能。而在夏季，外保温层能减少辐射热的进入和室 外高气温的影响，使外墙内表面温度和室内空气温度得以降低。可见，外墙保温有利 于使建筑冬暖夏凉。 ( 2 ) 保护主体结构，延长建筑物寿命 采用外墙外保温方案，由于保温材料在建筑物围护结构外侧，因此缓冲了因温度 变化导致结构变形产生的应力，因此，外保温既可以减少围护结构的温度应力，又对 主体结构起保护作用，从而有效地提高了主体结构的耐久性，更加科学合理。 ( 3 ) 基本消除了“热桥 现象，较好地发挥了材料的节能保温功能 采用外保温在避免“热桥 方面比内保温更有利，外保温既可防止热桥部位产生 结露，又可消除“热桥造成的附加热损失。 此外该系统还具有便于既有建筑进行节能改造、有利于室内装修等特点。 从以上可以看出，无论从机理上或实际效果来看，外保温做法是最佳的选择。近 年来，外保温技术在我国也得到了迅速的发展，相继建成一批批外保温建筑，取得了 良好的效果和经验。外墙外保温正在成为我国的一项重要的基本的建筑节能技术【1 7 】。 1 3 外墙外保温技术在国外的发展和研究现状 外墙外保温是将保温材料设置在外墙一侧的保温方式，通常采用外墙外保温系统 来实现。外墙外保温系统是多层外墙复合体系，它能够将水和湿气阻挡在复合墙体外 表面之外，不容许水通过垂直墙体表面或任何洞口和接缝处渗入系统，从而保证系统 的长期可靠性，它是集节能、保温、隔音、装饰效果为一体的轻质、环保型非承重性 外围护建筑墙体系统1 8 】i 6 胶粉聚苯颗粒保温材料的研究第一章综述 。7 莰j潞 。l 钐! 黼 j 黯 魏， 。1 笏i 觳l - 叫 一 嚣 、 l 一基层；2 一胶粘莉；3 一e p s 板；4 一玻纤网；5 一薄抹面层；6 饰面涂层；7 一锚栓 图1 1e p s 板外墙外保温系统构造图 f i g 1 - 1s t r u c t u r eo fe x t e r i o ri n s u l a t i o na n df i n i s hs y s t e mw i t he p sb o a r d 如图1 1 所示，常见的外墙外保温系统构造由保温层、薄抹面层和饰面涂层构成， 保温层( 如e p s 板) 佣胶粘剂固定在基层( 可以是普通混凝土墙、钢筋混凝土墙、 加气混凝土墙、砖砌体墙、木板墙等) 上，薄抹面层中满铺玻纤网( 以增强保温层 的抗裂性能及抗冲击性) ，饰面层可以是彩色饰面砂浆、涂料、饰面砖等；系统在受 负风压作用较大的部位应使用锚栓辅助固定【1 9 1 。 欧洲是开发和使用外墙外保温系统的发源地。早在18 世纪4 0 年代瑞典就开发 了一种保温系统，将钢丝网增强的水泥一石灰抹灰砂浆批在密度较高的矿棉板上对 外墙进行保温，当时的研究结果表明，3 4 英寸的保温层可以节约大约3 0 的住宅 取暖能耗。 第二次世界大战期间及以后，外墙外保温材料技术问题在德国获得了突破性的进 展。1 9 4 7 年，德国开发了膨胀聚苯板( e p s ，这种轻质材料与水泥砂浆具有优异的 匹配性。用这种材料开发的外墙外保温系统可以迅速和容易地应用于被战争破坏了的 建筑物和未进行隔热处理的砌筑物。6 0 年代初期，外墙外保温系统产品和市场开始 在欧洲获得了增长。7 0 年代，由于石油危机引起的能源短缺，外墙外保温系统用量 开始增加。8 0 年代中期，欧洲一些国家对外墙保温工程实施了政府补贴减税等政策， 德国和瑞士约4 0 的建筑采用了外墙外保温技术，其中8 0 是翻新工程。9 0 年代， 外墙外保温系统的用量同8 0 年代相比增长了近四倍，在德国大量用于统一后对原东 德住房进行的改造。目前，欧洲的外墙外保温技术已经成熟，长时间以来并没有太大 变化。 7 胶粉聚苯颗粒保温材料的研究第一章综述 外墙外保温技术在6 0 年代后期从欧洲引入北美，当时在北美并没有对该系统在 较欧洲严酷得多的气候条件下会表现什么样的性能进行深入研究，也没有考虑到美国 的墙体较多采用对水非常敏感的木结构体系，而不是像欧洲那样是砌筑结构和混凝土 结构。7 0 年代d r y v i t ( 专威特) 进入美国市场。8 0 年代后期到9 0 年代初期，外墙外 保温系统出现了快速增长，美国成立了外墙外保温系统工业生产商协会( e i m ) 。9 0 年代中期，在一些地区发现“阻水型”外墙外保温墙体出现渗水现象。9 0 年代后期， 开发了“排水型的改进了的外墙外保温系统产品，在一些建筑规范中对“阻水型刀 的外墙外保温系统的使用做出了限制，要求使用第二防潮层崩 水系统。 2 0 0 0 年后，“新一代”的外墙外保温系统产品采用了排水体系，并在检验和进一 步改进细节，但“阻水型 的外墙外保温系统仍继续在商业建筑中使用。在北美，除 了一些重工业建筑如精炼厂和钢厂，外墙外保温系统几乎用于所有类型的建筑物；外 墙外保温系统不但广泛地用于商业建筑，而且在民用建筑上的应用增长非常迅速；最 高的外墙外保温系统建筑在四十到五十层的范围；外墙外保温系统几乎在所有的气候 带下都可以使用，但需要根据具体的气候条件做出适当的设计才能保证良好的性能。 ： 在美国的一些地区的技术规范中明确规定使用排水型外墙外保温系统。目前，外墙外 保温系统在美国商业外墙市场中占有1 7 的份额，在住宅墙体市场中约占有3 5 的 市场份额。从发展趋势上看，外墙外保温系统在商业和民用建筑两方面的增长均十分 强劲，特别是民用住宅，销售额以每年1 2 , - , 1 8 的速度递增。2 0 0 4 年，在北美大约使 用了2 3 0 0 万平方米的外墙外保温系统。 1 4 外墙外保温技术在国内的发展和研究现状 与国外相比，我国的外墙保温起步较晚，从1 9 8 6 年正式启动建筑节能计划以来 【2 1 1 ，我国科学工作者在学习和借鉴国外先进经验的基础上，研究和开发了多种外墙保 温材料t 2 2 - 2 4 1 ，同时也涌现出了多种外墙外保温形式，应用最为广泛的有五种：膨胀聚 苯乙烯( e p s ) 薄抹灰系统，胶粉e p s 颗粒浆料保温系统，e p s 板现浇混凝土外保温系 统( 包括有网和无网两种) ，机械锚固e p s 钢丝网架板外保温系统。 ( 1 ) e p s 板薄抹面外保温系统以e p s 为保温材料，玻纤网增强抹面层和饰面涂层 为保护层，采用粘接方式固定，厚度小于6 m a 的外墙外保温系统。 ( 2 ) e p s 保温灰浆外温系统以e p s 板保温灰浆为保温材料并以现场抹灰方式固定 胶粉聚苯颗粒保温材料的研究第一章综述 在基层上，以抗裂砂浆玻纤网增强抹面层和饰面层为保护层的外墙外保温系统。 ( 3 ) 现浇混凝土复合无网e p s 板外保温系统用于现浇混凝土基层，以e p s 板为 保温材料，以找平层、玻纤网增强抹面层和饰面层为保护层，在现场浇灌混凝土时将 e p s 板置于外模板内侧，保温材料与基层一次浇注成型的外墙外保温系统。 ( 4 ) 现浇混凝土复合e p s 钢丝网架外保温系统用于现浇混凝土基层，以e p s 单 面钢丝网架板为保温材料，在现场浇灌混凝土时将e p s 单面钢丝网架板置于外模板 内侧，保温材料与基层一次浇注成型，钢丝网架板表面抹聚合物水泥砂浆并可粘贴面 砖材料的外墙外保温系统。 ( 5 ) 机械固定e p s 钢丝网架板外保温系统采用锚栓或预埋钢筋机械固定方式，以 腹丝非穿透型e p s 钢丝网架板为保温材料，表面抹水泥砂浆并适于粘贴面砖材料的 外墙外保温系统。 在外墙外保温材料研究开发方面，我国传统用于外墙保温的材料是水泥膨胀珍珠 岩保温砂浆、膨胀蛭石、石棉等无机保温材料，这些材料具有吸水性强导热系数高等 缺点而被淘汰。近年来，有机类泡沫塑料被大量用于外墙保温工程瞄l ，干混砂浆技术 在我国的推广和应用为我国外墙外保温技术发展带来了新的契机 2 6 - 2 7 1 。 目前在我国应用最多的两种外墙外保温形式是膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温体 系和胶粉聚苯颗粒外墙外保温体系。聚合物在外墙外保温薄抹灰砂浆中的应用成功地 解决了不同面层间粘结力差、施工性能差、易开裂、空鼓的问题【2 飘。李建等入研究认 为可再分散胶粉可以有效改善砂浆对苯板的拉伸粘结强度，有效地降低砂浆的压折 比、提高横向变形量 2 9 - 3 0 l 。戴民华、陈明风等人对影响聚苯颗粒保温砂浆性能的因素 作了分析，设计了砂浆的配合比【3 l - 3 4 1 。 我国的许多科研院所和相关企业研究开发了多种外墙保温系统，针对系统中保 温材料及各种配套材料( 如粘结剂、抗裂胶浆) 的配比、相关性能影响因素、耐候 性及体系施工技术安全性、施工中常见通病及防治等方面作了大量研究工作1 3 s - 3 1 3 ， 例如，哈尔滨工业大学的乔国富配置了干粉型和乳液型两种聚合物改性粘结剂，通 过传热、传湿设计出合理的外墙外保温体系，而且证明在保温材料内部不会发生水 蒸气凝结【3 羽；同济大学的张永明分析研究了在外墙外保温系统上粘贴饰面砖做法的 安全问题和耐久性问题，并与普通墙体粘贴饰面砖做法进行了比较，提出了在外墙外 保温系统上进行饰面砖施工的建议1 3 9 1 。 9 墼鳖銎茎矍整堡里塑整箜翌塞翌二至堡垄 虽然我国在外墙保温技术研究上取得了可喜的成绩，但总体上还处于落后水平。 尤其在实际工程应用中还存在保温材料保温性能差、施工技术要求高、工序复杂、效 率低下等问题，而且国家“十五”规划提出实现全国单位g d p 能耗降低2 0 ，建 筑节能达到5 0 的目标【4 0 1 。可见，研究和发展我国外墙外保温技术的任务仍十分艰 巨，要求我们不断开发新型外墙保温材料、改进施工技术、设计出更为安全可靠、经 济合理的外墙外保温体系。 1 5 胶粉聚苯颗粒保温材料的研究意义及目的 保温材料在外墙保温体系中起到至关重要的作用，保温材料材质及内部结构直接 影响整个外墙保温体系的热工性能、强度性能、施工性能、耐候性、耐久性及经济性 等重要性能。可见，保温材料的发展是外保温技术不断推进的有力保证。 目前，使用最普遍的外墙保温方法是采用聚合物砂浆粘贴聚苯板( 图1 1 ) ，但是 这一做法存在以下不足和安全稳定性隐患： ( 1 ) 聚苯板不适合门窗等外形不规则的建筑部位保温； ( 2 ) 墙体与聚苯板之间粘结处容易开裂； ( 3 ) 聚苯板与抹面砂浆的亲和力差； ( 4 ) 聚苯板易受紫外线的照射而使表面强度下降，从而与粘结砂浆的粘结性能也 相应地降低； ( 5 ) 对基层处理及粘结砂浆的要求高( 聚苯板的粘结面积至少要在4 0 以上) ； ( 6 ) 锚栓的使用增加了施工强度和复杂程度； ( 7 ) 综合成本较高。 为了克服聚苯板薄抹灰保温系统的不足，本文研究的胶粉聚苯颗粒保温材料( 以下 简称保温材料) 是由无机胶凝材料( 水泥、粉煤灰和石膏等) 、改性添加剂( 纤维素醚、 可再分散胶粉等) 、短纤维和体积分数不少于8 0 0 , 4 的聚苯颗粒( e p s ) 以及多种j , i , ；b n 剂复 合而成的粉状材料，使用时加水搅拌成粘稠浆体，涂敷在工作面上，干燥固化后即成为 具有保温隔热性能和耐久性的保温材料。这种保温材料具有以下几方面的优点： ( 1 ) 由于其密度小，降低了建筑物的自重，同时其导热系数低，极大地提高了建 筑物地保温性能，降低了供暖空调的能耗，因而具有较好的经济效益和社会效益。 ( 2 ) 材料适应好，保温材料采用现场成型，在未硬化前是具有一定流动度的浆体， 1 0 胶粉聚苯颗粒保温材料的研究第一章综述