幾種常用的建筑外墻保溫材料的研究進(jìn)展1

1、幾種常用的建筑外墻保溫材料的研究進(jìn)展 一、前言 近幾年來，因建筑外保溫系統(tǒng)選用可燃性的保溫材料或外墻裝飾防火措施不當(dāng)導(dǎo)致火災(zāi)的案例屢有發(fā)生，不僅給國家和人民財產(chǎn)造成了一定程度的損失，還造成了嚴(yán)重社會影響。如：2009年2月9日，央視新址大樓火災(zāi)造成1名消防隊員犧牲，6名消防隊員和2名施工人員受傷，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)16383萬元。2010年11月15日，上海靜安區(qū)一高層住宅樓火災(zāi)造成58人死亡。2011年2月3日除夕夜，沈陽第一高樓皇朝萬鑫國際大廈發(fā)生火災(zāi)，造成巨大財產(chǎn)損失。 上述幾起高層建筑火災(zāi)都具有一個共同點，就是建筑物外墻均包覆可燃保溫材料，保溫材料助長了火勢的蔓延擴(kuò)大，從而造成重大損失。哈

2、爾濱雙子星大廈、北京大學(xué)體育館、濟(jì)南奧體中心等起火災(zāi)也與保溫材料密切相關(guān)。 2011年“11.15”上?；馂?zāi)后，公安部消防局朱力平副局長在接受新華社采訪時指出，大樓外墻大量包覆聚氨酯泡沫保溫材料，燃燒速度快，燃燒時產(chǎn)生劇毒氰化氫氣體，是導(dǎo)致大量人員傷亡的主要原因。因此，朱力平副局長建議，盡快禁止可燃性外墻保溫材料的使用，大力推廣不燃性、阻燃性建筑外保溫材料。 2009年9月20日，公安部和住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部聯(lián)合頒布民用建筑外保溫系統(tǒng)及外墻裝飾防火暫行規(guī)定(以下簡稱規(guī)定，公通字200946號文)，對民用建筑墻體保溫材料的燃燒性能級別和防火構(gòu)造提出了具體要求。規(guī)定指出：民用建筑外保溫材料的燃燒性能宜

3、為a級，且不應(yīng)低于b2級。非住宅類的高層建筑，外保溫材料的燃燒性能宜為a級，且不應(yīng)低于b1級。 二、外保溫材料的基本性能參數(shù) 現(xiàn)階段，市場建筑外保溫材料主要分為有機(jī)保溫材料和無機(jī)保溫材料兩大類。其中有機(jī)保溫材料主要為聚苯板（eps）、擠塑板(xps)、聚氨酯泡沫塑料(pu)、酚醛樹脂等，無機(jī)保溫材料主要有巖棉、玻璃棉、加氣混凝土、泡沫玻璃、泡沫混凝土等。附表1（見附件）是幾種主要的外保溫材料的性能指數(shù)對比 從附表1可以看出，無機(jī)保溫材料與有機(jī)保溫材料相比，應(yīng)用溫度范圍廣，不燃性能好。但泡沫玻璃價格高，不宜成為有機(jī)保溫材料的替代品；而巖棉、礦棉等纖維保溫材料雖然價格略低，但污染環(huán)境，且使人渾身剌

4、癢，不宜作為外墻保溫材料。玻璃纖維不是硬質(zhì)塊狀材料，應(yīng)用比較困難。膨脹珍珠巖、膨脹蛭石等顆粒狀松散保溫材料，吸水率高，制品不抗凍融，松散不易使用。加氣混凝土密度大，吸水率更高。泡沫混凝土保溫材料具有輕質(zhì)、保溫隔熱、防火、抗震、耐久、隔音、綠色環(huán)保、價格低等特點，但存在密度較大、韌性較差、保溫性較差、易碎、韌性不足等缺點，要想取代聚苯乙烯等有機(jī)外保溫材料需要在技術(shù)上有所突破，解決其不足。有機(jī)保溫材料，如聚氨酯硬泡塑料pu、酚醛樹脂泡沫塑料雖然不燃性較eps、xps略好，但成本的造價較高。目前，關(guān)于外墻保溫材料的研究，國內(nèi)集中在提高聚苯乙烯膨脹泡沫塑料(eps)、擠塑聚苯乙烯泡沫材料(xps)的阻

5、燃性能，提高泡沫混凝土材料的保溫性能。 三、幾種常用的外保溫材料的發(fā)展趨勢 (一) 聚苯乙烯膨脹泡沫塑料eps 我國eps阻燃建材的防火等級定在b2級，在“絕熱用模塑聚苯乙烯泡沫塑料”(gb/t10801.1)中有明文規(guī)定。 聚苯乙烯膨脹泡沫塑料(eps)，通常含有93%的聚苯乙烯及6-7%的發(fā)泡劑，廣泛應(yīng)用于電器電子包裝/食品容器/輕質(zhì)墻體及道路堤壩軟土基處理等。 近期國內(nèi)關(guān)于eps的研究主要集中在通過添加阻燃劑納米化工藝處理、設(shè)計聚合物的分子量、選擇特定比例組成的發(fā)泡劑及篩選具有調(diào)節(jié)聚合物分子間作用力的添加劑，將eps的防火等級提高到b1級。 主要工作原理有四個方面：一是阻燃劑納米化工藝處

6、理。超細(xì)粒度的阻燃劑再經(jīng)表面活性處理，能夠大大增強(qiáng)阻燃劑與聚合物鏈結(jié)構(gòu)的分子間作用力，顯著提高阻燃性能。二是設(shè)計聚合物的分子量。分子量是eps產(chǎn)品的重要指標(biāo)，直接影響加工性能及力學(xué)性能。常規(guī)eps聚合物的分子量在55000-70000，低戊烷品種由于其發(fā)泡劑含量顯著低于常規(guī)值，為保持加工性能(預(yù)發(fā)速度/發(fā)泡密度)的一致性，低戊烷品種的分子量會調(diào)低控制，初定范圍39000-46000，通過改變觸媒濃度和添加方式實現(xiàn)分子量調(diào)控。三是選擇特定組成的發(fā)泡劑。發(fā)泡劑戊烷的規(guī)格有正戊烷/異戊烷/新戊烷三種同分異構(gòu)體，其物理性能差異大，選擇比例合適的戊烷混合物滿足發(fā)泡和成型的特定要求。四是選擇分子鏈作用力調(diào)

7、節(jié)劑。聚合反應(yīng)過程中，添加適合的高性能助劑，改變高分子鏈結(jié)構(gòu)，助劑具有充分吸收戊烷功能，改善泡孔結(jié)晶度，降低鏈段間的作用力，利于發(fā)泡成型。 (二) 擠塑聚苯乙烯泡沫材料xps 擠塑聚苯板乙烯泡沫材料（xps）防火等級也是b2級，屬于可燃的建筑材料，在“絕熱用擠塑聚苯乙烯泡沫塑料”(gb/t10801.2)中有明文規(guī)定。 xps 的生產(chǎn)過程是將熔化了的聚苯乙烯樹脂或其共聚物和少量添加劑、發(fā)泡劑在特定的擠出機(jī)中加熱擠出, 經(jīng)壓輥延展并在真空成型區(qū)( 也有的工藝不需要真空成型) 中冷卻。它與eps 不同, 由于是連續(xù)擠出成型, 所以成型后的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)呈一體性, 而不是由聚苯乙烯粒子膨脹后加壓成型。xp

8、s 具有十分完整的閉孔式結(jié)構(gòu), 沒有粒子間的空隙存在，特殊的分子結(jié)構(gòu)使產(chǎn)品具有極佳的保溫隔熱性能、高抗?jié)裥阅堋O低的吸水性、良好的隔音性能、高抗壓強(qiáng)度和較好的尺寸穩(wěn)定性及抗蠕變性能。 隨著節(jié)能水平的逐步提高，人們希望獲得保溫效果更好的保溫材料，以減薄墻體總厚度。xps板因其導(dǎo)熱系數(shù)比eps板低便順應(yīng)了這種要求。同時由于xps板幾乎不吸水，在潮濕條件下仍可長期保持優(yōu)良的保溫隔熱性能、強(qiáng)度較高等優(yōu)點，使用也越來越普遍。 目前，國內(nèi)對xps的研究也是集中在xps板中添加阻燃劑來將其耐火等級從b2級提高至b1級。其中六溴環(huán)十二烷（hbcd）是最為常用的阻燃劑，但hbcd的熱穩(wěn)定性欠佳，一般在180開始

9、熔解，即使熱穩(wěn)定后的hbcd，熔點也只是提高20左右，但是xps擠塑板生產(chǎn)線中的加工溫度一般大于200。hbcd在高溫下熔解的過程中不僅阻燃效率降低，還會分解產(chǎn)生hbr，而hbr具有強(qiáng)腐蝕性。國內(nèi)的研究集中在尋找添加分解溫度至少在300以上的添加劑。不影響xps基料的加工性能, 在xps 加工溫度下不分解, 與xps樹脂的分散性或相容性好。 (三) 泡沫混凝土保溫材料 泡沫混凝土材料是用機(jī)械的方法將泡沫劑水溶液制備成泡沫，再將泡沫加入含硅質(zhì)材料、鈣質(zhì)材料、水及各種外加劑組成的漿體中，經(jīng)混合攪拌、澆筑成型、養(yǎng)護(hù)而成的一種多孔材料。 泡沫混凝土中含有大量封閉的孔洞，這種結(jié)構(gòu)決定了其一系列良好的物理

10、力學(xué)性能：（1）輕質(zhì)。泡沫混凝土的密度小，一般為200-450kg/m3；（2）保溫隔熱性能好。通常用于保溫材料的泡沫混凝土，其導(dǎo)熱系數(shù)在0.03-0.1w/(mk)之間。（3）耐火、隔音性能好。泡沫混凝土是不燃材料，具有良好的耐火性，在建筑物上使用，可提高建筑物的防火性能。泡沫混凝土屬多孔材料，因此它也是一種良好的隔音材料，在建筑物的樓層和高速公路的隔音板、地下建筑物的頂層等可采用該材料作為隔音層。（4）其他性能。泡沫混凝土還具有施工過程中可泵性好，防水能力強(qiáng)，沖擊能量吸收性能好，可大量利用粉煤灰、礦渣、氧化鋁赤泥等工業(yè)廢渣做填充材料，價格低廉等優(yōu)點。這些良好的性能使得泡沫混凝土在許多領(lǐng)域得

11、到了廣泛應(yīng)用。 但目前泡沫混凝土存在密度較大、韌性較差、保溫性較差、易碎、韌性不足等缺點。目前國內(nèi)對泡沫混凝土改性方面的研究集中通過添加劑對泡沫混凝土的物理性質(zhì)進(jìn)行改性的研究。例如通過添加硅粉、粉煤灰和纖維等外加物對泡沫混凝土進(jìn)行改性。通過添加纖維有效地對混凝土進(jìn)行增強(qiáng)、增韌，如：聚丙烯纖維、稻草纖維、玻璃纖維等，通過添加物一方面使其具有更好的材料性質(zhì)，便于制成預(yù)制板進(jìn)行外墻安裝；另一方面提高其孔隙率，降低其熱傳導(dǎo)系數(shù)，提高保溫性能。對纖維增強(qiáng)泡沫混凝土進(jìn)行優(yōu)化，并找到最優(yōu)配比，使之具有質(zhì)量輕、韌性好、保溫隔熱、防火阻燃等防火型外保溫材料所應(yīng)有的性能。 四、結(jié)論 隨著消防安全、火災(zāi)防控受到越來越多的重視，努力開發(fā)耐火性能好、保溫性能好、易于施工的外墻保溫材料是目前國內(nèi)外研究的一個熱門方向。從常用的外保溫材料的綜合指數(shù)的比較可以得出，聚苯乙烯膨脹泡沫塑料(eps)、擠塑聚苯乙烯泡沫材料(xps)、泡沫混凝土材料等三種材料市場應(yīng)用前景最為廣泛。從火災(zāi)防控、安全保障的需求出發(fā)，eps、xps板需要進(jìn)一步提高耐火等級，增加阻燃性能。泡沫混凝土材料需要通過改性，改變其保溫隔熱性