建筑外墙保温技术及XPS节能材料.doc

武汉理工大学研究生课程论文建筑外墙保温技术及XPS节能材料（武汉理工大学 材料学院）摘 要： 随着能源短缺的日益严重，如何节能降耗成为整个社会共同关注的话题。在建筑领域，国家强制性要求建筑物要达到一定的节能标准，这就对建筑材料提出了更高的要求。近年来我国保温技术水平已有很大提高 ,保温材料的品种及生产能力不断扩大 ,但整体保温节能效益较发达国家还有相当大的差距。针对目前外墙内保温的缺点 ,介绍了外墙外保温的发展和特点 ,归纳了外墙外保温技术的优势 ,并展望了建筑外墙外保温技术的发展前景 ,对建筑外墙外保温节能技术的推广具有一定的指导意义 ,并介绍了建筑外墙外保温节能材料的类型和特性。XPS板外墙外保温系统的组成材料有)XPS板、界面处理剂、专用粘结剂或聚合物胶泥、耐碱玻纤网格布、机械锚固件和饰面材料等。工程中采用XPS外墙外保温技术，可提高建筑物的节能和保温效果，并具有防水效果佳、缩短工期、施工便捷等优点。关键词：绝热保温材料；外墙内保温；外墙外保温；挤塑聚苯乙烯泡沫板【中图分类号】TU551.3 文献标识码：BEnergy-saving Technique and Material of External Wall in the BuildingHou wei（ Wuhan University of Technology Institute of Materials ,Wuhan 430070,China ）Abstract：As the shortage of energy is becoming increasingly serious，how to save energy has been a problem that all the people have to pay close attention toIn the construction field，energy-saving standards regulated by the state have to be metwhich make still greater demand on the building materialsThermal insulating technology in China has been developed and the s ort and production scale have been enlarged in recent years. According to the shortages of internal thermal insulation of external wall . The development and their characteristics of outer thermal insulation techniques of external wall were introduced. Some advantages of exterior insulation technology of external wall were summarized. The development prospect of exterior insulation technology of external wall was anticipated in order to promote the application of this technology in building engineering. Expatiated the energy - saving material of exterior insulation system of external wall .The outer insulation system of external wall with XPS plate is composed of XPS plate，boundary finishing agent，special bonding agent or polymer plaster ,alkaliresistant glass fabric，mechanical anchorage and finishing materialsWhen used in the engineering，this technology can not only improve the energysaving and insulating effects of the building，but also has the advantages of good water proof ,short construction period，easy construction and etcKey Words：thermal insulating material ;internal thermal insulation of external wall;exterior insulation of external wall ;squeezed polystyrene foam plate1 引言建筑建材业是耗能大户，建筑物在使用过程中的能耗占总能耗的3040，同时排放出大量的C02、NOx、悬浮颗粒物和其它污染物。因此，在这一领域内降低能耗，提高能源利用率显得尤为重要。随着人们生活水平的提高，对室内环境的舒适程度要求越来越高，相应的建筑能耗(包括空调采暖能耗)也随之增加，造成能源消耗严重。在热的舒适度、能耗、环境三者中找到合理的平衡点已成为建筑设计及建筑节能领域工作者的永恒主题。众所周知， 节约能源是我国的一项基本国策。目前，建设节能型建筑已被建设部纳入今后城市建设的重点发展方向，建筑节能设计已成为今后建筑设计的重要组成部分。1节能材料属于保温绝热材料。绝热材料是指用于建筑围护或者热工设备、阻抗热流传递的材料或者材料复合体,既包括保温材料,也包括保冷材料。绝热材料的意义,一方面是为了满足建筑空间或热工设备的热环境,另一方面是为了节约能源。随着世界范围内能源的日趋紧张, 绝热材料在节能方面的意义日显突出。仅就一般的居民制冷的空调而言,通过使用绝热围护材料, 可在现有的基础上节能30%50%。据日本的节能实践证明,每使用1吨绝热材料,可节约标准煤3吨/年,其节能效益是材料生产成本的10倍。因此,有些国家将绝热材料看作是继煤炭、石油、天然气、核能之后的第五大“能源”。外墙保温隔热主要是靠保温绝热材料作为建筑围护,开发和应用高效的保温绝热材料是保证建筑节能的有效措施。目前世界各发达国家,均对绝热材料的生产和应用十分重视, 之所以建筑节能工作做得好,与他们重视和发展保温绝热材料是分不开的。2 建筑节能是执行国家环境保护和节约能源政策的主要内容, 是贯彻国民经济可持续发展的重要组成部分。但我国目前的建筑节能水平, 还远低于发达国家, 我国建筑单位面积能耗仍是气候相近的发达国家的3倍5倍。南方炎热地区的建筑制冷能耗已占当地全社会能耗的15%以上, 其中相当一部分是采用火力发电和燃煤锅炉, 同时给环境带来严重的污染。所以建筑节能还是本世纪我国建筑业的一个重要的课题。22 建筑节能保温隔热施工技术分类2.1内保温隔热技术及其特点外墙内保温是在墙体结构内侧覆盖一层保温材料,通过粘结剂固定在墙体结构内侧,之后在保温材料外侧作保护层及饰面。目前内保温多采用粉刷石膏作为粘结和抹面材料,通过使用聚苯板或聚苯颗粒等保温材料达到保温效果。外墙内保温主要存在的缺点有:保温隔热效果差,外墙平均传热系数高。热桥保温处理困难,易出现结露现象。占用室内使用面积。不利于室内装修,包括重物钉挂困难等,在安装空调、电话及其他装饰物等设施时尤其不便。不利于既有建筑的节能改造。保温层易出现裂缝。由于外墙受到的温差大,直接影响到墙体内表面应力变化,这种变化一般比外保温墙体大得多。昼夜和四季的更替,易引起内表面保温的开裂 ,特别是保温板之间的裂缝尤为明显。2.2外保温隔热技术及其特点外保温是目前大力推广的一种建筑保温节能技术。外保温与内保温相比,技术更合理,有其明显的优越性。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。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冷空调建筑,既可用于新建工程,又适合旧建筑物的节能改造工程。外保温材料要求科技含量高,材料配套齐全,施工工艺先进合理。推行建筑外保温技术将带动我国高新技术产业节能材料的发展。保护主体结构,延长建筑物寿命。采用外墙外保温方案,由于建筑物围护结构外侧,缓冲了因温度变化导致结构变形产生的应力,减少了空气中的二氧化碳、水对混凝土的碳化以及导致钢筋结构的锈蚀,减少了空气中有害气体和紫外线对围护结构的侵蚀。消除了“热桥”的现象,较好地发挥了材料的保温节能功能。减少内墙面裂缝,方便在室内装修及墙面上悬挂、固定物件。目前,凡采用内保温技术的工程普遍面临着面层开裂的难题。其主要原因之一是外墙直接暴露在大气中 ,温度变化不断引起变形应力,易导致强度较低的内保温层及其层面开裂。此现象在高层建筑及东西朝向的条形建筑物上尤其明显。在做外保温的内墙上避免了因外墙温度和湿度变形而导致的开裂,同时方便墙面施工和室内装修。便于旧建筑进行节能改造。20世纪80年代以前建造的工业与民用建筑一般都不满足节能要求。因此,对旧房进行节能改造,已提上议事日程。与内保温相比,采用外保温方式对旧房进行节能改造,其最大优点是基本不影响用户的室内活动和正常生活。3外保温隔热是目前大力推广的一种建筑保温隔热节能技术。外保温隔热与内保温隔热相比,技术合理,有其明显的优越性,使用同样规格、同样尺寸和性能的保温隔热材料,外保温隔热比内保温隔热的效果好。外保温隔热技术不仅适用于新建的结构工程,也适用于旧楼改造,适用于范围广,技术含量高;外保温隔热包在主体结构的外侧,能够保护主体结构,延长建筑物的寿命;有效减少了建筑结构的热桥,增加建筑的有效空间；同时消除了冷凝,提高了居住的舒适度。23 外墙保温节能材料外墙保温主要是靠保温绝热材料作为建筑围护，开发和应用高效的保温绝热材料是保证建筑节能的有效措施。目前世界各发达国家，均对绝热材料的生产和应用十分重视，之所以建筑节能工作做得好与他们重视和发展保温材料是分不开的。3.1 绝热材料的性能所谓的绝热材料就是要最大限度地阻抗热流的传递，因此要求绝热材料必须具有大的热阻和小的导热系数。从材料的组成上看，一般有机高分子的导热系数都小于无机材料；非金属的导热系数小于金属材料；气态物质的导热系数小于液态物质，液态物质小于固体。所以在条件允许的情况下，应尽量使用有机高分子材料或无定形的无机材料，这对于保温绝热是有利的。从材料的结构上看，当材料的表观密度降低、孔隙率增大，材料内部的孔隙为大量封闭的微小孔时，材料的导热系数是比较小的。对于泡沫塑料制品，要满足保温绝热材料的要求其最佳的表观密度为1640kg/m3。由于孔隙的存在，材料在潮湿的环境下，不可避免地要吸水，而水的导热系数（0.5815W/ ( m2K )）比静止空气的导热系数（0.0233 W/( m2K)）要大很多，因此，当环境湿度增大时，材料的平衡含水率增大，材料的导热系数将会降低。所以作为保温绝热材料，材料自身的吸湿率要尽量低，如不可避免时，要对材料进行憎水处理或用防水材料包覆。另外，保温绝热材料还必须能抵抗一定的冲击荷载，具有与使用环境相一致的机械强度。其粘结性能要好，还得有小的收缩率及与环境相适应的耐久性。43.2 常用的保温绝热材料能满足上述性能要求而用于建筑外保温的节能材料主要有：聚苯乙烯泡沫塑料板（EPS 及XPS）、岩（矿）棉板、玻璃棉毡以及超轻的聚苯颗粒保温料浆等。以上各种材料所具有一个共同的特点就是在材料内部都有大量的封闭孔，它们的表观密度都较小，这也是作为保温隔热材料所必备的(性能对比见表 1)。表 1 常用保温绝热材料的主要性能材料名称表观密度最高使用温度抗压强度导热系数吸水率(Kg/m3)()（MPa）(W/m2K)（%）岩棉保温板80-150-238-3500.047-0.052玻璃棉毡40-60-120-4000.035聚苯乙烯泡沫塑料板16-30-80-750.12-0.180.033-0.0440.1聚苯颗粒保温料浆220-50-750.010.07岩(矿)棉和玻璃棉有时统称为矿物棉，它们都属于无机材料。岩棉不燃烧，价格较低，在满足保温隔热性能的同时还能够具有一定的隔声效果。但岩棉的质量优劣相差很大， 保温性能好的密度低，其抗拉强度也低，耐久性比较差。玻璃棉与岩棉在性能上有很多相似之处，但其手感好于岩棉。但它的价格较岩棉为高。聚苯乙烯泡沫塑料是以聚苯乙烯树脂为主要原料，经发泡剂发泡而制成的内部具有无数封闭微孔的材料。其表观密度小，导热系数小，吸水率低，隔音性能好、机械强度高，而且尺寸精度高，结构均匀。因此在外墙保温中其占有率很高。硬质聚氨酯泡沫塑料具有非常优越的绝热性能，它的导热系数之低 0.025 W/m2K是其他材料所无法与之相比的。同时其特有的闭孔结构使其具有更优越的耐水汽性能，由于不需要额外的绝缘防潮，简化了施工程。5聚苯泡沫板由于价格低廉，绝热性能好而成为外墙绝热及饰面系统的首选绝热材料。 根据生产工艺的不同，聚苯泡沫板分为挤塑聚苯板及普通聚苯板种。前者强度高，吸水率低，价格贵，目前仅有极少数跨国公司在生产，后者以其价格优势而得到广泛的使用。4外墙外保温系统的组成与性能641系统组成78采用粘钉结合的XPs板外墙外保温施工方法是以XPS板为保温材料，采用粘钉结合的方式将XPS板固定在墙面的外表面上，聚合物胶泥作保护层，以耐碱玻璃纤维网格布为增强层，外饰面为涂料或面砖的外墙外保温系统。外保温系统的组成基本构造见图1。图 1 外保温系统组成基本构造示意图42组成材料与系统主要性能 910421 XPS板11XPS板是由聚苯乙烯树脂和添加剂在一定温度下采用模压设备挤压而成的绝热制品，具有连续均匀的表层和全闭孔的蜂窝状结构，蜂窝状结构互相紧密连接，没有空隙。因此，它不仅具有极低的热导率和吸水率，较高的抗压、拉伸和抗剪强度，更具有优越的抗湿、抗冲击和耐候等性能，在长期高湿或浸水环境下，仍能保持优良的保温性能。表2为XPS板的主要技术性能指标。表2 XPS板的主要技术性能项 目性能指标项 目性能指标密度/ (kg/m3)30吸水率（%）1.5热导率/ (W/m2K) 0.028透湿系数（ng/msPa）3.5抗压强度/ (MPa)0.30毛细作用无拉伸强度/ (MPa)0.50线性膨胀系数（mm/（mK）0.07剪切强度/ (MPa)0.25边缘、表面平口、毛面注：热导率为生产后90d、10时的值。422界面处理剂12用于XPS板粘贴面以及保护层抹灰面的界面处理剂，是以通过涂刷后XPS板与聚合物胶泥之间形成一种化学结合键，通过化学作用使两者表面成为一体，从而增强聚合物砂浆与XPS板的亲合粘结能力，有效地提高整体性。该界面处理剂为一种水性的乳液，含固量37-40，pH值7-10。423专用粘结剂或聚合物胶泥13专用粘结剂或面层聚合物胶泥是外保温系统的关键材料。专用粘结剂或聚合物胶泥分别用在基层墙面上粘贴,XPS板和翻包网以及在XPS板上粘结玻纤网布并找平外墙面(保护层)。而外保温系统的专用粘结剂或聚合物胶泥采用由可再分散性聚合物胶粉改性的干混砂浆料经加水搅拌制得，具有较高的粘结强度和良好的柔韧性(表3、4)。经检测结果表明，无论是粘贴砂浆或保护层的抹面胶泥，与XPS板的拉伸粘结强度均显著大于XPS板本身的拉伸强度，从而可确保不发生粘结界面的破坏。表3聚合物胶泥(专用粘结剂)性能项 目性能指标拉伸粘结强度/MPa原强度0.6(与水泥板)耐水强度0.4拉伸粘结强度/MPa原强度0.1(与聚苯板)耐水强度0.1可操作时间h2.00.5表4聚合物抹面胶泥性能项 目性能指标拉伸粘结强度/MPa(与聚苯板)原强度0.1耐水强度0.1耐冻融强度0.1柔韧性（抗压/抗折强度）3.0可操作时间h2.00.5注：耐冻融为25次循环僵。424耐碱玻纤网格布14耐碱玻纤网格布是保护层的增强材料，用于提高保护层的抗裂和抗冲击能力，并可缓冲由于墙体位移、开裂等原因引起的XPS板的轻微位移。而外保温系统网格布由耐碱玻纤网布涂覆抗碱高分子化合物制成，具有较高的拉伸断裂强力和耐碱能力(表4)。表5耐碱玻纤网格布性能项 目性能指标网眼尺寸/mm(经纬向)4O04单位面积质量/(g/m2)160可燃物含量/35耐碱断裂强力保留率(经纬向)/50耐碱拉伸断裂强力保留值/(N/50mm)750425机械锚固件采用机械锚固件对建筑物全部楼层外保温墙均实施XPS板与基层的辅助连接，是)XPS板外保温系统构造的又一特点，从而充分保证了保温层与基层的整体性、安全性和可靠性。在这方面，外保温系统充分考虑了负风压对建筑物外围护结构的影响，对不同的建筑高度设计了不同的锚固量，并采用带圆盘(直径50mm)的敲击式尼龙锚栓(包括敲击钉)或尾部有回拧机构的工程塑料胀管和有防腐镀层的高强度结构钢自攻螺丝。单个锚固件的实际拉拔和剪切承载力可分别达到24 KN和30 KN(设计值均取不小于06 KN)。426饰面材料15用于建筑物的外装饰，可美化外观、提高艺术品位与防水功能。由于挤塑板强度较高，与基层墙体的连接可靠，所以外保温系统的饰面材料可采用涂料、彩色砂浆、面砖以及单位面积质量不大于35 kgm2的其他面层材料，也可做出各种立面造型。所用材料的性能均符合相关标准要求。427 系统的性能指标由以上各项组成材料配套构成的外墙外保温系统，由于对材料及其构造方法的高要求，使系统具有优良的保温、防水和装饰功能，以及充分的安全性、耐久性、抗冲击性和耐候性。该系统的性能指标见表5。表6外保温系统技术性能项 目性能指标吸水量(浸水24h)/(g/m2)500抗冲击强度/J单层网布增强3无断裂双层网布增强lO无断裂加速冻融(循环20次)表面无裂纹、粉化、剥落和起泡起鼓现象不透水性试样最内层无水渗透水蒸气湿流密度/（gm2h）O855 结论总之，我国外墙外保温技术发展很快，是节能工作的重点。