我國(guó)建筑節(jié)能外墻技術(shù)創(chuàng)新

我國(guó)建筑節(jié)能外墻技術(shù)創(chuàng)新

中國(guó)廣泛使用的涂料主要包括hp、xps、pu等有機(jī)材料和巖棉、氣混凝土、有機(jī)漿砌石、有機(jī)砂漿等有機(jī)材料。有機(jī)保溫材料具有熱導(dǎo)率低、節(jié)能效果好和施工工藝成熟等優(yōu)點(diǎn),但其防火性能較差,一般為B2級(jí),約占有80%的市場(chǎng)份額。無(wú)機(jī)保溫材料雖然防火等級(jí)為A級(jí),但其保溫性能稍差,約占有20%的市場(chǎng)份額。由于施工現(xiàn)場(chǎng)管理、材料管理及有機(jī)保溫材料本身難以克服的防火性能差等原因,導(dǎo)致施工現(xiàn)場(chǎng)屢屢發(fā)生火災(zāi)事故。而現(xiàn)有的無(wú)機(jī)保溫材料由于生產(chǎn)能力、生產(chǎn)技術(shù)、施工技術(shù)及材料性能等方面的原因還滿足不了市場(chǎng)的巨大需求,促使相關(guān)技術(shù)人員在外墻結(jié)構(gòu)構(gòu)造及保溫材料方面進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)和創(chuàng)新。本文對(duì)這些材料的性能和應(yīng)用加以介紹。1無(wú)機(jī)保溫材料現(xiàn)在應(yīng)用的保溫材料能滿足A級(jí)防火要求的主要有加氣混凝土制品(砌塊和板材)、巖棉板、泡沫混凝土及其制品、泡沫玻璃和無(wú)機(jī)保溫漿料等無(wú)機(jī)保溫材料。這些材料的生產(chǎn)技術(shù)水平、技術(shù)指標(biāo)逐步提高,配套產(chǎn)品及施工技術(shù)也完全或基本成熟。近年來(lái),由于建筑防火的要求,又開(kāi)發(fā)或完善了如下保溫材料。1.1泡沫統(tǒng)計(jì)分析酚醛保溫板是以酚醛樹(shù)脂和阻燃劑、抑煙劑、固化劑、發(fā)泡劑及其他助劑等多種物質(zhì)為原料,經(jīng)科學(xué)配方制成的閉孔型硬質(zhì)泡沫塑料。最突出的優(yōu)勢(shì)是防火和保溫。目前我國(guó)酚醛泡沫板材的生產(chǎn)技術(shù)已達(dá)到工業(yè)化生產(chǎn)水平,各項(xiàng)技術(shù)性能指標(biāo)達(dá)到或接近國(guó)際先進(jìn)水平。酚醛泡沫在建筑業(yè)的應(yīng)用技術(shù)已逐步成熟,已越來(lái)越多地應(yīng)用于公共建筑和住宅建筑保溫節(jié)能工程中。1.1.1抗火焰能力測(cè)試酚醛泡沫保溫板的防火級(jí)別為B1級(jí),雖然不能達(dá)到A級(jí),但通過(guò)實(shí)際燃燒試驗(yàn)來(lái)看,是完全不會(huì)引發(fā)火災(zāi)的。100mm厚酚醛泡沫的抗火焰能力可達(dá)1h以上而不被穿透。在火焰的直接作用下具有結(jié)碳、無(wú)滴落物、無(wú)卷曲和無(wú)熔化現(xiàn)象,火焰燃燒后其表面形成一層“石墨泡沫”層,可有效保護(hù)內(nèi)層的泡沫結(jié)構(gòu)。1.1.2對(duì)復(fù)合酚醛保溫板的應(yīng)用酚醛泡沫的熱導(dǎo)率一般為0.025W/(m·K),與聚氨酯相當(dāng),優(yōu)于EPS板、XPS板及其他無(wú)機(jī)保溫材料。酚醛泡沫也存在一些缺點(diǎn),如脆性、易粉化等,因此限制了它的應(yīng)用范圍。相關(guān)企業(yè)開(kāi)發(fā)出了復(fù)合酚醛保溫板。復(fù)合酚醛保溫板主要結(jié)構(gòu)為采用酚醛泡沫為芯材,表面復(fù)合一層聚合物砂漿以及玻璃纖維網(wǎng)格布。聚合物砂漿及網(wǎng)格布在酚醛泡沫表面的復(fù)合過(guò)程在工廠一次預(yù)制成型。由于酚醛泡沫表面復(fù)合了一層聚合物砂漿及網(wǎng)格布,所以復(fù)合板的整體抗壓抗折性能都得到了極大的改善,彌補(bǔ)了單體酚醛泡沫板的脆性,也就更易施工,同時(shí)防火性能進(jìn)一步提高。1.1.3外墻保溫系統(tǒng)(1)太原萬(wàn)國(guó)城MOMA酒店、公寓、商業(yè)用房項(xiàng)目共有4棟樓,建筑高度分別為99.13,30.73,23.99和99.25m,總建筑面積為107926.83m2。外墻保溫系統(tǒng)的保溫材料采用厚度為120mm的EPS板,每層設(shè)置寬度為300mm、厚度為120mm防火隔離帶,防火隔離帶采用復(fù)合酚醛保溫板,使外墻保溫系統(tǒng)達(dá)到建筑節(jié)能和經(jīng)濟(jì)安全的要求。(2)北京華僑城A2-6號(hào)住宅樓。全現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu),地上30層為住宅,地下2層為自行車(chē)庫(kù)、機(jī)房,建筑高度88.20m。外墻保溫采用50mm厚復(fù)合酚醛保溫板,采用涂料作為外墻飾面層。外墻保溫系統(tǒng)采用粘釘結(jié)合系統(tǒng)。(3)沂水縣人民醫(yī)院病房綜合樓工程,總建筑面積21000m2,建筑總高度56m,外墻保溫采用50mm厚復(fù)合酚醛保溫板,采用涂料作為外墻飾面層,外墻保溫系統(tǒng)的連接采用粘釘結(jié)合方式。1.2納米多孔材料顯著性產(chǎn)品在建筑保溫領(lǐng)域的應(yīng)用安徽某新材料科技有限公司研發(fā)的AB無(wú)機(jī)復(fù)合纖維保溫板,是由包含鋁、鈣等金屬元素的高聚硅酸鹽纖維、玻璃纖維等超細(xì)無(wú)機(jī)纖維為主要原材料加入納米無(wú)機(jī)粘合劑、憎水劑及其他添加物,充分水溶并攪拌均勻后,經(jīng)脫水壓制后呈板狀,再經(jīng)烘干切割而成的高效保溫板材。它是一種基于納米微孔原理的絕熱保溫材料,綜合性能比顯著超過(guò)傳統(tǒng)的保溫材料,其密度不大于300kg/m3,熱導(dǎo)率不大于0.040W/(m·K),燃燒性能等級(jí)為A級(jí),可應(yīng)用于建筑內(nèi)外墻保溫、屋面保溫、冷庫(kù)、船舶、汽車(chē)和新能源房屋等領(lǐng)域。AB無(wú)機(jī)復(fù)合纖維保溫板外墻外保溫系統(tǒng)構(gòu)造如圖1所示,由外到內(nèi)包括飾面層、抗裂膠漿防護(hù)層、耐堿玻纖網(wǎng)格布、AB無(wú)機(jī)復(fù)合纖維保溫板、粘結(jié)膠漿增強(qiáng)層、砂漿找平層、基層墻體和外加連接件錨栓(選用)。1.3保溫板外墻外保溫體系發(fā)泡水泥保溫板是采用物理或化學(xué)方法將發(fā)泡劑、水泥基膠凝材料、骨料、摻合料、外加劑和水,經(jīng)混合、攪拌、發(fā)泡和切割等工藝制成的輕質(zhì)氣泡狀絕熱材料。其優(yōu)點(diǎn)是:熱導(dǎo)率低,保溫效果好,不燃燒,與墻體粘結(jié)力強(qiáng),強(qiáng)度高,無(wú)毒害放射物質(zhì),環(huán)保。其體積密度大多在180～200kg/m3,熱導(dǎo)率不大于0.06W/(m·K),有的可達(dá)到不大于0.045W/(m·K),防火等級(jí)達(dá)到A級(jí)。發(fā)泡水泥保溫板屬于水泥基材料,與水泥基及磚、砌體等建筑基層墻體及抗裂抹面砂漿相容性好,粘結(jié)可靠,施工時(shí)采取粘結(jié)砂漿滿粘,并輔以膨脹錨栓錨固,有效保證了保溫板應(yīng)用的安全性及耐久性。發(fā)泡水泥保溫板外墻外保溫體系由界面砂漿、發(fā)泡水泥保溫板、抹面層、玻纖網(wǎng)格布和錨固件等構(gòu)成。目前,國(guó)內(nèi)外在此領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展水平基本相當(dāng)。1.4stp板保溫裝飾系統(tǒng)相關(guān)節(jié)能技術(shù)STP超薄絕熱板是由無(wú)機(jī)纖維芯材與高阻氣復(fù)合薄膜通過(guò)抽真空封裝技術(shù)制成的(圖2)。其中,芯材的主要作用一是作為支撐骨架,二是芯材本身具有一定的熱阻,可起到一定的保溫效果。高阻氣薄膜是由鋁箔和其他材料復(fù)合而成的,它的好壞對(duì)成品板的影響最為明顯。吸氣劑的主要作用是保證STP板與建筑物同壽命,為防止在使用過(guò)程中有小部分空氣滲漏到STP板的內(nèi)部,通過(guò)在STP板內(nèi)部放置吸氣劑,可將這部分氣體吸收掉,進(jìn)一步保證STP板的使用壽命。青島某材料有限公司生產(chǎn)的STP板材外部采用多層材料復(fù)合的高強(qiáng)度復(fù)合阻氣膜,具有高阻氣性,其單位面積重量不大于10.0kg/m2,熱導(dǎo)率試驗(yàn)結(jié)果為0.0067W/(m·K),燃燒等級(jí)為A級(jí)。STP超薄絕熱板保溫裝飾系統(tǒng)保溫效果優(yōu)異,居住建筑工程一般用15mm厚就能達(dá)到65%的節(jié)能要求,并且保溫材料為無(wú)機(jī)材料,防火不燃,可用作基層墻體的保溫材料和防火隔熱帶。由于STP板超薄質(zhì)輕,可直接用粘結(jié)砂漿粘貼上墻,無(wú)須錨固。另外還可把保溫材料和裝飾材料有機(jī)結(jié)合起來(lái),作為保溫裝飾一體化進(jìn)行施工,比傳統(tǒng)的保溫系統(tǒng)施工工序更簡(jiǎn)單。國(guó)外真空絕熱板的研究自1972年就已經(jīng)開(kāi)始,主要集中在日本、歐洲國(guó)家,在冰箱、制冷行業(yè)已普遍應(yīng)用,在日本90%以上的冰箱采用了該種保溫材料保溫。目前歐洲國(guó)家在建筑業(yè)上也開(kāi)始應(yīng)用。國(guó)內(nèi)真空絕熱板的應(yīng)用主要集中在出口型的冰箱、遠(yuǎn)洋運(yùn)輸冷藏箱,在建筑行業(yè)目前有部分大學(xué)、科研院所開(kāi)展了研究工作,在實(shí)際工程中也有應(yīng)用。如:鎮(zhèn)江潤(rùn)城國(guó)際花園工程,總建筑面積約10.5萬(wàn)m2,外墻和屋面保溫材料采用STP超薄高效保溫板。1.5性能及應(yīng)用分析我國(guó)于1965年引進(jìn)瑞典的西波列克斯技術(shù),在北京市建立加氣混凝土廠生產(chǎn)線至今,已有近50年的發(fā)展歷史,先后又引進(jìn)了伊通技術(shù)、海波爾技術(shù)和烏尼泊爾技術(shù)等,并在消化吸收國(guó)外技術(shù)的基礎(chǔ)上,研究開(kāi)發(fā)出適合我國(guó)國(guó)情的加氣混凝土生產(chǎn)技術(shù)?？傮w來(lái)看,我國(guó)加氣混凝土生產(chǎn)技術(shù)和應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)成熟,產(chǎn)品質(zhì)量能滿足工程應(yīng)用要求。加氣混凝土制品按外觀分為加氣混凝土砌塊和板材(包括外墻板、內(nèi)隔墻板和屋面板)兩種,按體積密度分為300,400,500,600,700和800kg/m36種,常用的是500～700kg/m3,按強(qiáng)度等級(jí)分為A1.0,A2.0,A2.5,A3.5,A5.0,A7.5和A10.0共7個(gè)級(jí)別,根據(jù)工程需要有多種規(guī)格尺寸。其防火等級(jí)為A級(jí),熱導(dǎo)率見(jiàn)表1。加氣混凝土制品是一種熱導(dǎo)率較低的無(wú)機(jī)保溫材料,可用于墻體、屋面的保溫及單一材料保溫墻體,在全國(guó)各地得到廣泛應(yīng)用。我國(guó)加氣混凝土制品質(zhì)量和性能指標(biāo)在逐步提高的同時(shí),相關(guān)技術(shù)人員又開(kāi)發(fā)出加氣混凝土空心砌塊,其熱導(dǎo)率進(jìn)一步降低,保溫性能進(jìn)一步提高。高效節(jié)能型多排孔蒸壓加氣混凝土砌塊,在砌塊本體上沿高度方向開(kāi)有至少3排直徑為8～15mm的豎向貫通孔或盲孔,盲孔距砌塊本體底端面的距離為2～3cm。其中一種尺寸為600mm×300mm×200mm,其上開(kāi)有3～4排貫通孔或盲孔,每排上的貫通孔或盲孔為6～20個(gè)。本技術(shù)由于在砌塊本體上開(kāi)設(shè)了貫通孔或盲孔,且盲孔的深度很大,進(jìn)一步降低了蒸壓加氣混凝土砌塊的熱導(dǎo)率,提高了其保溫隔熱性能,具有更高的節(jié)能效果。北京某有限公司開(kāi)發(fā)的ikoopo加氣混凝土空心砌塊,是在現(xiàn)有加氣混凝土六面體實(shí)心材料上,根據(jù)建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)柱和板的構(gòu)造需要,做出各種橫向和豎向方形或圓形的貫通孔洞,形成一種空洞率最大值在55%以內(nèi)的空心砌塊。它有單排孔型、雙排孔型、多排孔型構(gòu)造,是一種性價(jià)比非常優(yōu)良的綠色建筑節(jié)能墻體材料。該產(chǎn)品熱導(dǎo)率可達(dá)到0.056W/(m·K),砌塊自身砌筑成砌體后傳熱系數(shù)可達(dá)到K=0.44W/(m2·K),同時(shí)滿足建筑結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與熱工性能的要求(圖3)。由圖3可見(jiàn),其空心砌塊材料為蒸壓加氣和砂加氣混凝土材料;砌塊以砌塊中心線為基準(zhǔn)分布和排列的橫向和豎向的貫通孔洞;砌塊兩側(cè)外表面排列有豎向或橫向的凹槽或浮雕圖案。2外墻保溫節(jié)能技術(shù)目前我國(guó)應(yīng)用的外墻保溫節(jié)能技術(shù)主要有外墻外保溫、外墻內(nèi)保溫、外墻夾心保溫和外墻自保溫節(jié)能技術(shù)等。每一種外墻保溫節(jié)能技術(shù)又各成體系,施工技術(shù)成熟。但隨著防火的要求,各體系又有改進(jìn)和創(chuàng)新。2.1外模板施工技術(shù)北京某節(jié)能環(huán)?？萍脊煞萦邢薰鹃_(kāi)發(fā)出一種免拆模現(xiàn)澆EPS泡沫混凝土復(fù)合保溫墻體,采用水泥硅鈣板作為墻體內(nèi)側(cè)模板,采用摻聚苯顆粒的EPS泡沫混凝土作為輕質(zhì)墻體,采用擠塑聚苯板(XPS)作為外模板。其中,內(nèi)模板也可采用石膏板或纖維水泥板等;EPS泡沫混凝土是在泡沫混凝土中摻入由廢棄聚苯板破碎成的聚苯顆粒制備而成,大大改善了泡沫混凝土坍落度和流動(dòng)度,對(duì)模具的密封性要求低,將模板直接拼接即可,無(wú)須對(duì)拼接縫進(jìn)行額外處理,避免了泡沫混凝土在現(xiàn)場(chǎng)澆筑過(guò)程中,一次澆筑高度過(guò)高造成的塌?，F(xiàn)象和拼接縫隙處的跑漿現(xiàn)象,減少了泡沫混凝土澆筑前封閉拼接縫這一工序,提高了施工質(zhì)量和效率;外模板用擠塑聚苯板上開(kāi)有燕尾槽,并雙面涂刷防火界面砂漿,且單面涂刷基層建筑界面砂漿;內(nèi)外模板均作為免拆模板永久固定在保溫墻體上(圖4)。2.2由空氣層組成的復(fù)合隔熱墻2.2.1金特纖維水泥板面層外墻保溫裝飾復(fù)合體系安裝結(jié)構(gòu)形式:在外墻體安裝錨固件、連接件及橫縱方鋼龍骨,并通過(guò)連接件的橢圓孔調(diào)節(jié)龍骨與墻的距離,通過(guò)龍骨對(duì)整個(gè)墻面的垂直和平整度進(jìn)行調(diào)整,龍骨之間及龍骨與墻面之間釘巖棉板,外干掛金特纖維水泥板,金特纖維水泥板與巖棉板之間留有10mm縫隙(空氣層),可提高保溫性能,金特纖維水泥板外側(cè)為涂料飾面(圖5)。該體系完全采用燃燒等級(jí)為A級(jí)的不燃性材料,杜絕了火災(zāi)隱患。保溫層和面層先后完成,面層施工時(shí),對(duì)保溫層幾乎沒(méi)有破壞。外墻龍骨既固定了巖棉板,又固定了金特纖維水泥板,能抵抗較大的風(fēng)壓。金特板面層采用金屬漆涂刷,具有很強(qiáng)的美觀效果,能達(dá)到幕墻的效果,投入?yún)s比幕墻施工要節(jié)省。本做法完成后有較長(zhǎng)的耐久性,減少了后期維修費(fèi)用。2.2.2復(fù)合外墻保溫、隔熱體系北京某建材有限公司生產(chǎn)的金邦板不僅可作為外圍護(hù)結(jié)構(gòu)非承重墻體獨(dú)立使用,還可與保溫材料配合構(gòu)成復(fù)合墻體、復(fù)合外墻保溫系統(tǒng),使外圍護(hù)結(jié)構(gòu)具有保溫隔熱效果。金邦板復(fù)合外墻保溫隔熱體系,采用巖棉、隔熱膜、斷橋龍骨、石膏板和防潮層等材料構(gòu)成復(fù)合外墻保溫、隔熱、通氣結(jié)構(gòu)體系,具有優(yōu)良的保溫、隔熱性能。以厚度為100mm、密度為100kg/m3、熱導(dǎo)率為0.044W/(m·K)的巖棉板、隔熱膜、斷橋龍骨、12mm厚的石膏板、15mm厚的金邦板及6mm厚的空氣層構(gòu)成的復(fù)合墻體,通過(guò)熱工計(jì)算及實(shí)際測(cè)試其傳熱系數(shù)可以達(dá)到0.45W/(m2·K),滿足北京地區(qū)建筑節(jié)能65%的要求,此種墻體結(jié)構(gòu)可應(yīng)用于寒冷地區(qū)、夏熱冬冷地區(qū)等有建筑節(jié)能要求的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻體(圖6)。2.2.3建筑填充墻外至內(nèi)的順序清水混凝土空心砌塊復(fù)合外墻與鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu)體系,從外至內(nèi)依次為:90mm厚裝飾砌塊外墻、20mm厚空氣層、50mm厚聚苯板保溫層和140mm厚混凝土砌塊內(nèi)墻。北京某辦公樓工程外立面砌筑墻體全部采用清水混凝土空心砌塊復(fù)合外墻,取得較好效果。2.3鋼帶陶粒板外墻北京某建材有限公司開(kāi)發(fā)的鋼帶陶粒板復(fù)合保溫外墻,其構(gòu)成是墻的兩面為陶粒板,用陶?；炷翖l作為連接塊,內(nèi)填憎水膨珠漿料保溫,框架梁柱處填巖棉板保溫,構(gòu)成不燃材料外墻,可用于各類(lèi)建筑填充外墻。在外墻拼裝過(guò)程中,采用鋼帶立筋作為骨架,上錨固于混凝土梁,下錨固于混凝土樓板,用膨脹螺栓擰緊。其中陶粒板是以水泥為膠結(jié)料,以陶粒、浮石等為骨料,且雙面加鍍鋅鋼絲網(wǎng)等預(yù)制而成。鋼帶陶粒板復(fù)合保溫外墻有如下特點(diǎn):(1)工廠化生產(chǎn)、現(xiàn)場(chǎng)組裝、集防水保溫于一體,一次安裝成型;(2)無(wú)可燃材料、防火不燃燒,燃燒性能A1級(jí);(3)保溫效果好、結(jié)構(gòu)牢固、無(wú)熱橋,且墻內(nèi)可任意走管線,其熱導(dǎo)率不大于0.050W/(m·K)。2.4無(wú)機(jī)纖維外墻外保溫施工技術(shù)河南某建設(shè)有限公司開(kāi)發(fā)的混凝土保溫幕墻技術(shù),由混凝土面層與保溫板材組成,是附加在主體結(jié)構(gòu)上的保溫構(gòu)造措施,不承擔(dān)主體結(jié)構(gòu)荷載與作用,受力明確可靠,設(shè)計(jì)方法可按照建筑幕墻的設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行。其結(jié)構(gòu)混凝土與保溫面