硬泡聚氨酯复合板外墙外保温系统应用技术研究.doc

硬泡聚氨酯复合板外墙外保温系统应用技术研究邱军付，罗淑湘，孙桂芳，王永魁（北京建筑技术发展有限责任公司，北京，100055）摘要：通过实验研究，对聚氨酯复合板芯材的热稳定性、四种不同的外墙外保温系统构造的样板墙特点及保温系统的耐候性进行了分析，并将研究成果应用于工程实践。实验研究与工程应用实例表明：(1)聚氨酯复合板芯材的热稳定性相对较差；(2)在聚氨酯复合板系统中增设一层轻质砂浆层可以有效解决聚氨酯复合板外墙外保温系统的质量问题。关键词：聚氨酯复合板；热稳定性；外墙外保温；轻质砂浆中图分类号： 文献标识码： 文章编号： APPLIED RESEARCH OF POLYURETHANE FOAM COMPOSITE BOARD EXTERIOR THERMAL INSULATION SYSTEMQIU Jun-fu, LUO Shu-xiang, SUN Gui-fang, WANG Yong-kui(Beijing Building Technology Development Co., LTD, Beijing 100055)Abstract: In this paper, the thermal stability of polyurethane (core material of Polyurethane composite insulation board), model constructed walls and weather-ability of four different external thermal insulation system based on the polyurethane foam composite insulation were studied. The engineering application examples and research results showed that: (1) core material of polyurethane composite insulation board with poor thermal stability, (2) the quality problem could be solved effectively with an additional lightweight mortar layer in polyurethane composite panel system. Key words: polyurethane foam composite insulation board; thermal stability; external thermal insulation system; lightweight mortar1引言在建筑中，墙体在外围护结构中所占的比例最大，因此建筑墙体节能是实现建筑节能的一个重要环节，而高效墙体保温节能材料及其系统技术是实现墙体节能的关键产品技术之一。硬泡聚氨酯复合板是近两年发展形成的一类新的适用于外墙外保温工程的产品；该保温板以硬泡聚氨酯为芯材，用一定厚度的无机材料进行六面包覆处理，在工厂预制成型。该保温板不仅外表面包覆的无机材料具有高效阻燃性能，其芯材的燃烧性能也达到B1级，是一种有别于传统有机保温板（如聚苯板、挤塑板）的新型高效建筑保温材料1-5。近两年，该聚氨酯复合板在北京市老旧小区节能改造改造工程中得到了较大规模的应用6，但是，在工程交付使用满一年的应用质量调查中发现，沿用传统薄抹灰构造做法的硬泡聚氨酯复合板外墙外保温工程普遍存在板楞可见、变形、裂缝等突出问题，如图1所示。图1薄抹灰构造做法的硬泡聚氨酯复合板外墙外保温工程质量问题照片本文以目前北京市外墙外保温建材市场中应用较多的4款典型的聚氨酯复合板为研究对象（分别以a，b，c，d作为4款产品的代号），拟通过系统分析与研究，为提高聚氨酯复合板外墙外保温系统的工程质量，使其在北京市建筑节能工程，尤其是老旧小区建筑节能改造工程中得到合理应用提供技术依据。2实验研究2.1实验室研究2.1.1聚氨酯复合板芯材（聚氨酯）热稳定性研究由于外墙外保温系统是建筑的最外围部分，其与环境直接接触、受环境条件变化的直接影响；多年的工程实践表明，在诸多的环境影响因素中，温度变化是影响保温板产品性能及其系统性能的重要因素之一。本文选取-18、23、70和80这4个温度点，测试不同温度条件下4款保温板芯材的尺寸稳定性（参照GB/T 8811-2008），结果如表1所示。表1. 不同温度下尺寸稳定性测试结果温度/样品尺寸变化率，%稳定性长宽厚23（常温）a0.100.9相对较好b0.0300.1相对较好c0.10.10.1相对较好d0.10.10.1相对较好80a0.4 0.6 12.8 相对较差b0.5 0.5 2.5 相对较差c0.5 0.4 0.3 相对较好d0.3 0.3 0.4 相对较好70a0.2 0.2 8.0相对较差b0.3 0.2 2.1 相对较差c0.4 0.3 0.3 相对较好d0.3 0.3 0.4 相对较好-18a0.10.11.4相对较差b0.10.10.3相对较好c0.20.030.1相对较好d0.030.12.7相对较差从上述测试结果可见，4款聚氨酯复合板的芯材在常温（23）条件下，尺寸稳定性都满足要求。在80条件下，编号a和b产品的芯材虽然在长度和宽度方向尺寸变化率均小于1%，但其在厚度方向尺寸变化率大于1%，尺寸稳定性较差；其它两款产品的芯材尺寸变化率均小于1%，尺寸稳定性相对较好；70条件下聚氨酯芯板的热稳定性与80的相似，差别仅为变形量的不同，80的变形量更大；在-18条件下，编号a和d两款产品的芯材在厚度方向尺寸变化率大于1%，其余两款产品的芯材尺寸变化率均小于1%，尺寸稳定性相对较好。聚氨酯复合板芯材在80下的尺寸变化率比在-18的尺寸变化率要大的多。虽然在80和-18条件下，均有两款产品的芯材不满足工程应用技术要求，但高温条件下聚氨酯复合板芯材的尺寸变化率明显大于低温条件下的尺寸变化率。同时，虽然4款产品在长度和宽度方向的尺寸变化都介于标准范围之内，但是，当温度由70增大到80时，有3款产品的长度和宽度方面尺寸变化都呈明显加剧现象（产品a、b和c），这在实际工程应用中将可能导致板楞明显等工程质量问题。2.1.2外保温系统的耐候性分析系统耐候性测试条件为（执行标准JGJ 144-2004）：80次热/雨循环和5次热/冷循环。图2为经过耐候性试验后剖开试验墙面的照片，2种采用轻质砂浆作保护层的构造做法中保温板自身状况良好，板与板之间的缝隙很小。通过耐候性测试结果可见，轻质保温砂浆抹灰层对聚氨酯复合板的尺寸稳定性确实有作用，采用轻质保温砂浆抹灰做法的外保温系统构造的板缝很小，轻质保温砂浆层可有效阻断板缝的扩展与延伸，避免裂缝产生，利于确保工程质量。图2 不同构造做法的板缝差异2.2外保温系统的样板墙研究图3. 样板墙预埋测温片以上述4款聚氨酯复合板为保温材料，分别进行四种不同构造做法的样板墙实验研究；四种构造做法分别为： 聚氨酯复合板薄抹灰外保温系统构造做法（简称薄抹灰做法）； 聚氨酯复合板双层网格布外保温系统构造做法（简称挂双网做法：在的做法中多做一次网格布施工工序）； 聚氨酯复合板胶粉聚苯颗粒抹灰外保温系统构造做法（简称胶粉聚苯颗粒浆料抹灰做法：与的做法不同的是，在保温层和抗裂层之间增加一层胶粉聚苯颗粒层）；胶粉聚苯颗粒浆料层厚度为10mm； 聚氨酯复合板玻化微珠保温砂浆抹灰外保温系统构造做法（简称玻化微珠砂浆抹灰做法：构造同，用玻化微珠砂浆替代胶粉聚苯颗粒）。玻化微珠砂浆层厚度为10mm。在样板墙施工过程中分别在四种构造做法的不同构造位置预埋了测温片，测温片埋设位置为：保温板内侧、保温板外侧、网格布外侧和外保温墙外表面（图3），采用温度热流巡检仪对厂房西墙的测温片进行了温度测试，测温时间2013.08.302013.09.04，表2为四种外保温系统各构造层最高温度的均值。表2 四种外保温系统各构造层最高温度均值构造做法不同位置温度，系统外表面网格布外侧保温板外侧保温板内侧玻化微珠保温砂浆抹灰做法68.8569.80 66.60 28.30 胶粉聚苯颗粒浆料抹灰做法69.3569.15 64.60 29.40 挂双网做法70.1072.30 71.35 28.15 薄抹灰做法67.2570.00 70.70 29.95由表2可知，四种外保温系统各构造层中，最高温度出现在网格布外层，这是因为在网格布的内、外两侧分别是导热系数较低的保温层和导热系数较高的饰面层，饰面层快速导入热量而保温层低热导率且具有蓄热功能，因此网格布层成为整个系统中温度最高位置所在。薄抹灰和双网做法都不能降低保温板外侧的温度，而增设了轻质保温砂浆层（玻化微珠保温砂浆和胶粉聚苯颗粒浆料）的聚氨酯保温板外侧的温度均有明显降低，降低幅度为3.2（玻化微珠保温砂浆）4.55（聚苯颗粒浆料），可使保温板的表面温度低于70，降低由热应力造成的板材尺寸变型几率。外保温系统的保温板内侧温度均处于24.2529.95范围内，昼夜最大温差仅4.65，即：保温板内侧温度相对稳定，从而可以保证主体墙体处于一个比较稳定的温度环境内，保护了整个保温系统主体结构的稳定性。图4. 样板墙效果实测图4为样板墙效果实际观测结果；采用薄抹灰做法的聚氨酯复合板外保温系统表面均有明显的板缝与变形现象，挂双网做法的系体次之，而采用轻质保温砂浆抹灰做法的体系，无论采用的轻质保温砂浆是聚苯颗粒浆料还是玻化微珠保温砂浆，均未观察到板缝及收缩现象。3 工程应用北京市海淀区某小区在既有建筑节能改造工程中采用聚氨酯复合板玻化微珠保温砂浆抹灰外保温系统，应用面积达5.4万，工程自2012年10月竣工至今，工程质量良好，保温系统外表面未出现板楞可见、变形、裂缝等质量问题，如图5所示。图5聚氨酯复合板玻化微珠保温砂浆抹灰外保温系统工程应用实例4机理分析由于聚氨酯复合板的热稳定性相对较差，实际工程中若简单沿用传统的薄抹灰系统构造做法，热量可快速传递至聚氨酯复合板的外表面，使板材在厚度方向产生温度形变，从而使板材的板楞和板缝明显可见，引发工程质量问题。此外，六面包覆的复合保温板处于六面受约束状态，其应力易于集中，应力释放较易传递到抗裂层与饰面层，从而导致墙体保温系统表面层出现沿板缝的裂缝。挂双网的系统构造做法中，双网对抗裂层起到了一定的强化作用，限制了聚氨酯复合板在厚度方向的形变，但是该系统做法仍不能解决在板材的水平方向的形变问题，使得系统存在板缝较大的工程隐患。与薄抹灰系统相比，增设了轻质砂浆层的系统做法可以有效保障工程的质量，轻质砂浆层的作用主要体现在：(1) 过渡作用：轻质砂浆层可以有效减少传递到聚氨酯复合板外表面的热量，使聚氨酯复合板的表面温度从最易产生热变形的温度点降低到较稳定的温度范围，从而对聚氨酯复合板的温度形变起到一定减缓作用8。(2) 渐变作用：轻质砂浆层的导热系数介于聚氨酯复合板和抗裂砂浆之间，使冷、热传递到聚氨酯复合板表面的速度减慢，对保温板的应力释放起到有效的缓解作用，从而提高了整个外保温系统的稳定性，可有效抑制因板缝引起的表面开裂。(3) 找平作用：利用轻质砂浆层进行找平，无需对聚氨酯复合板进行打磨找平，对基层墙体的平整度和板材粘结的平整度的要求降低，且可降低由于抗裂层厚度不均导致表面开裂的可能性。5结语实验研究与工程示范应用实例的结果表明，聚氨酯复合板芯材的热稳定性相对较差，在实际工程应用中容易产生温度形变并导致工程质量问题。采用增设轻质砂浆层的外墙外保温系统构造做法可以有效解决聚氨酯复合板工程质量问题；通过增设的轻质砂浆层的过渡、渐变和找平作用，使得聚氨酯复合板处于一个相对缓和的温度环境中，在很大程度上降低了该板材发生温度形变的几率，利于保证工程质量。当聚氨酯复合板应用于外墙外保温工程时，应采用轻质砂浆抹灰做法，其系统构造中设置轻质砂浆层的做法符合国标建筑设计防火规范GB 50016-2014设置防护层的要求。参考文献1 沙丰,刘刚.硬泡聚氨酯板薄抹灰系统在外墙外保温中的应用J.住宅产业,2011(10):58-62.2 邱建华,钱中秋,许霞等.高性能聚氨酯复合保温板制备及其性能研究J.新型建筑材料,2012(12):24-26,51.3 李晓明,沙丰,唐志勇.硬泡聚氨酯板外墙外保温系统应用分析.建设科技,2013(19):39-41.4 杜晓东,肖藤.硬泡聚氨酯复合板施工技术浅谈J.建设科技