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建筑节能是一项基本国策,大势所趋。在建筑节能中,墙体保温是一个重要方面。在墙体保温过程中,外保温优于内保温和夹层保温。因此,在外墙外保温技术体系中,有多种方法,如EPS(聚苯板)外墙外保温体系;XPS(挤塑板)外墙外保温体系;聚氨酯和聚苯颗粒保温浆料复合外墙外保温体系。当然,各种外墙外保温系统各有利弊,由于我国外墙外保温技术近年来才开展起来,时间短,而且还不完善,人们在探索中不断前进。因此,哪种方法能达到优异的保温性能、优异的耐候性和合理的经济成本是我们关注和讨论的焦点。
通过分析和讨论,证明聚氨酯聚苯颗粒复合外墙外保温体系具有很大的优越性。它具有保温性能好、耐候性好、施工方便、经济成本高等优点,特别适用于北方地区的外墙保温。
聚氨酯是目前最好的保温材料。2005年10月10日,在北京举行的“聚氨酯墙体节能技术国际交流会”上,建设部决定从今年起全面推广建筑节能新技术,推广聚氨酯,推广聚氨酯替代传统材料。
据国际建筑节能专家大卫·A·C·埃文斯博士介绍,聚氨酯是世界上最好的保温材料。硬脂酸聚氨酯具有重量轻、导热系数低、耐热做外墙保温的视频性好、耐老化、易与其他基材粘结、燃烧时无溶液滴等优异性能,广泛应用于欧美等国家的建筑。欧美发达国家约有49%的建筑保温材料是聚氨酯材料,而我国这一比例不足10%。
过去,我国经济技术条件还比较落后,聚氨酯材料只能用于飞机、船舶、冰箱等产品,经济成本较高。由于受经济技术条件的限制,在建筑工程中很难应用。目前,由于经济技术条件的改善,聚氨酯可用于建筑。工艺的改进解决了聚氨酯施工工艺和耐候性问题。发挥聚氨酯材料在建筑工程中优异的保温性能。因此,国家政策的重点是促进聚氨酯材料在建筑中的应用。最新消息(网上查询“能源建设网”温州市建委下发文件《建筑节能保温材料综合利用,限制使用其他保温材料》)。
在众多的保温材料中,聚氨酯材料的保温性能最好,其导热系数为0.022w/m·K;EPS(聚苯板)导热系数为0.042w/m·K;XPS(挤塑板)导热系数为0.028w/m·K;聚苯乙烯颗粒保温浆料导热系数为0.059w/m·K
A、 聚氨酯与聚苯颗粒保温浆料复合外墙保温技术体系,其结构为聚氨酯高压喷涂在外墙上。由于聚氨酯的特性,很容易与其他基材粘结。是一种天然的粘合材料,附着力强,与外墙100%粘合,无空腔和粘墙现象。特别是高层建筑非常有利于抵抗负风压。聚氨酯喷雾和泡沫在外表面形成一层薄膜(硬壳),不仅使聚氨酯具有良好的隔热性能,而且是一种良好的防水层。通过喷涂一层界面剂,然后配制(橡胶)聚苯乙烯颗粒保温浆料,两者可以很好地结合,聚苯乙烯颗粒保温浆料不仅用作辅助保温层,还作为聚氨酯的抗老化保护层。抹灰厚度为25mm,且有一定的水泥强度,所以保温层增强了外力的抗冲击能力,这是其他外墙外保温系统难以达到的。在聚苯颗粒保温浆料上,采用一布两涂聚合物砂浆和耐碱玻璃纤维网格布相结合的方法,提高外墙表面的平整度,便于刷漆或粘贴面砖。而且,这一层具有良好的防水功能,使外墙的保温结构不会因水膨胀而损坏,从而影响外墙的保温性能和表面装饰效果。
系统技术结构采用逐层渐进应力释放的技术路线。整个附墙,聚氨酯材料柔韧性好,表面不易开裂和粉碎,温度变形小,不易造成系统损坏,因为聚氨酯的导热系数为0.022w/m·K,聚苯乙烯颗粒保温浆料的导热系数为0.059w/m·K,两者的导热系数相差2.7倍,可以相互适应;而聚苯乙烯颗粒保温砂浆与表面聚合物砂浆(导热系数为0.93w/m·K)的导热系数相差16倍,不会因温差变形而造成表面损伤。(注:聚苯板导热系数为0.042,是聚合物砂浆导热系数的22倍。因此,由于温度变形,很容易对外表面造成损伤。
B、 EPS(聚苯板)外墙外保温系统要求容重大于18kg/m3,具有阻燃性和自吸性。聚合物砂浆粘结(粘结面40%以上)、聚合物砂浆及耐碱玻璃纤维网格布薄抹灰面层(一布二层)
这种外保温材料通常通过粘贴(也有锚栓辅助锚固)固定在基础墙上,然后在保温板上抹上抹灰砂浆,在抹灰砂浆中铺设并压入钢筋网。这种保温系统在国外有着悠久的应用历史。据来华的德国专家介绍,1993年德国一家行业协会调查的14个外保温工程中,除一栋建筑轻微裂缝小于0.2毫米外,其余13栋建筑几乎没有裂缝。在这13栋建筑中,除一栋建筑外,其他建筑均已重新刷过漆,然后涂上抗裂保护层,甚至加上保温层等,达到不低于25年的使用寿命。目前,我国保温系统的使用情况远比国外差。做这种保温工程的厂家有上千家。除了少数企业的保温工程外,相当一部分工程在3个月后出现裂缝。这种系统的结构设计有以下原因:
聚苯板薄抹灰外保温系统一般采用纯点粘结或篮点粘结。当采用纯点连接时,系统具有一个完整的通孔。即使篮子卡住了,也要预留出风口,每块板的空腔仍要通过出风口和板缝。当建筑物垂直度偏差由粘结点粘结砂浆厚度调整时,特别是墙体偏差较大时,空腔尺寸不确定,整个贯通空腔正负风压可能挤压或拉扯保温墙,这很容易导致板的接缝处出现裂缝,在极端情况下,负风压甚至可能会将绝缘板掀开。
从保护层的热应力系数来看,它只是一层3mm厚的砂浆复合网格布保护层。由于聚苯板保温层的热阻较大,保护层的热量不易通过传导扩散。在阳光直射下,南方部分地区地表温度将高达50℃—70℃,甚至80℃。如遇突发性降雨,气温将降至15℃左右,温差可达40℃~65℃。温差的变化以及昼夜和室外温度的季节性影响,对抹灰砂浆的柔韧性和网布的耐久性提出了相当高的要求。另外,当聚苯乙烯板的温度超过70℃时,会产生不可逆的热收缩变形,特别是在高温干燥地区,会引起更严重的开裂变形。
① 从受力情况看,外保温用聚苯板一般采用点粘结法,粘结面积为40%,而聚苯板本身存在应力变形,必然导致蠕变,短期内可能不会造成严重事故,但长期来看变形会导致应力不平衡,导致开裂甚至脱落。整个面砖层粘贴在抹灰砂浆复合玻璃纤维网形成的抗裂层上,但与基层没有连接,面砖的荷载不能传递到结构上,有面砖层和抗裂层整体脱落的危险。
② 从风压阻力方面看,胶粘聚苯板外保温系统存在空腔。风压阻力特别是负风压阻力性能较差。北京一居民区的聚苯板被大风刮掉了。面砖面层粘贴在其上,不能保证整个保温系统的安全。
③ 在耐火性方面,系统本身有一个整体连通的空气层,迅速形成一个“火风道”,使火蔓延。聚苯板外保温系统在高温辐射下迅速收缩融化,在明火下燃烧,即在发生火灾(明火或高热辐射)时,聚苯板外保温系统很快就会被破坏。从这个意义上讲,在聚苯板外保温系统的表面粘贴面砖是非常危险的。在火灾条件下,聚苯板受热后严重变形,使面砖面层失去支撑,导致整个面砖层脱落,造成人身伤害。这一课在国外发生过。
发泡聚苯乙烯板。外墙保温用聚苯板主要为阻燃发泡聚苯板,密度18.0-22.0kg/m3,尺寸稳定性≤0.30%。材料因素引起的开裂原因如下:
(1) 聚苯板密度过低:采用15kg/m3以下聚苯板作为墙体保温材料,密度低,易变形,抗冲击性能差,导致保温墙体开裂。
(3) 材料粉化:由于施工周期长或明年施工,聚苯板表面粉化,导致聚苯板粘结性差或抹灰砂浆粘结性差,导致保温层脱落,抹灰砂浆开裂等事故。
C、 在分析XPS(挤塑板)材料内在因素的基础上,以可膨胀聚苯乙烯为主要原料,加入发泡剂,经加热挤出而成。在生产过程中,直到成品出现,发泡剂(发泡剂是易燃物)的残留仍然存在。这样,就有两个危险的问题。一是挤塑板贴墙后,由于发泡剂残留量大,夏季外墙表面温度高达60-70℃,在高温作用下连续发泡破坏外墙;二是发泡剂是可燃材料有残值,不能满足消防要求。挤塑聚苯板具有闭孔结构好、吸水率低、导热系数高等优点,近年来得到了广泛的应用。但在已竣工的外保温工程中,开裂现象比较普遍,开裂程度也比较严重。除与膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温系统相似的原因外,还有以下原因:①整个系统材料不配套,未经大规模耐候试验验证。挤塑聚苯板虽然具有良好的保温性和耐水性,但由于其强度高、变形应力大、表面光滑、排水不易粘结,在国外主要用于地面±0以下的屋面和墙体保温。② 与聚苯乙烯泡沫塑料板相比,挤塑板由于自身的变形和温差变形,具有密度高、强度高、变形应力大等优点。与每个板缝相比,相邻两块板的应力变化相反,板缝受到挤压或拉扯,导致板缝出现裂缝。这种材料有许多问题需要解决。
从结构上看,除了挤塑板透气性差外,不易粘结牢固,锚杆的机械加固也存在许多缺陷。更重要的问题是挤塑板与聚合物砂浆的导热系数相差过大,也是导致外墙表面开裂的重要因素。结果表明,挤塑板的导热系数为0.028w/m·K,聚合物砂浆的导热系数为0.93w/m·K,两者相差33倍。由于温度变形和不协调,变形系数相差过大,导致外墙表面开裂的表面因素。
聚氨酯材料,进入外墙保温领域,虽然时间较短,但在欧美一些国家使用了49%,这足以证明其优越性和成熟性。2005年10月10日,建设部在北京召开聚氨酯外墙外保温座谈会,决定推动聚氨酯材料在我国建筑节能保温领域替代其他保温材料。在北京、青岛、烟台、济南等山东省城市,聚氨酯材料自2005年开始广泛应用于屋面和外墙保温。
2005年,东北师范大学南苑公馆共有高层剪力墙4栋,建筑面积6万多平方米。2006年,长电地产12号广场共有4栋高层建筑,建筑面积超过4.5万平方米。采用聚氨酯和聚苯颗粒保温浆料复合外墙保温体系。经过一个冬季采暖期,保温性能优良,平均进水温度38℃,平均室内温度18℃-22℃;耐候性优良,经秋、冬、春三季试验,外墙表面不脱落、不开裂,粉碎等现象。
2006年4月,吉林省建设厅技术处组织有关专家对我公司开发的“聚氨酯聚苯颗粒保温浆料复合外墙保温技术体系”进行了鉴定和充分肯定,并率先获得技术体系“鉴定”证书。
A、 聚氨酯聚苯颗粒保温浆料复合外墙保温系统直接喷涂在外墙表面,基础墙不需抹水泥砂浆找平,减少一道工序,聚氨酯喷涂速度快,养护时间短,仅需30分钟可以进入下一个施工过程。聚苯乙烯颗粒保温砂浆的应用与外墙抹灰无显著差异。在工艺控制方面,聚氨酯喷涂容易检查,不易泄漏,不会出现空腔问题和粘结问题。聚苯颗粒保温浆料逐步应用,无脱落、漏浆问题。因此,施工质量和工艺易于控制,不易出现漏洞。
B、XPS(挤塑板)外墙外保温系统需要在基础墙外墙上抹水泥砂浆找平,提高了粘结、锚杆安装、打磨、抹灰等工序的效率。此外,施工过程中技术和质量难以控制,操作人员能否达到工艺要求的标准也难以控制;结合层结合面应达到40%,如何控制和测量。由于胶接面隐藏在板后,板无法打开检查,只能信任操作人员。但是,没有办法追究经营者的责任。由于采用点粘结法,锚固时不可能保证每个锚杆都在粘结面上,只能估计。如果将锚栓放置在空腔上,它将失去其重要性。锚杆布置方法存在问题。系统实践要求,每平方米不得少于5个锚栓,600×600板面,四角各一角,与锚相邻,四角无水泥粘贴面,板内钻一、二个锚栓。从锚杆分布的位置来看,显然它们都是打在空腔部分,这基本上起不到作用。除了墙里的空心砌块,没有一点。
综上所述,聚氨酯与聚苯乙烯颗粒复合保温浆料复合外墙保温体系。在热工性能、技术结构、防火性能、抗外力冲击性能、施工方便性等方面,以及国家政策支持、工程实例、现场样品观察等方面,均优于其他外墙外保温技术体系