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外墙保温材料技术规程与工艺

  前言

  建筑节能,不仅可以降低能源消耗、减少环境污染,还能提高建筑工程的整体质量和装饰装修水平,因此,建筑保温节能是一个专业性强、涉及面广、系统性强、科学严谨的行业。

  我国的建筑外墙保温节能技术在推广与应用方面,已经取得了成效,但在工程实践中,外墙外保温系统包括材料体系、工艺体系、标准体系、应用技术等科学研究方面,还存在不少需要解决的问题,如材料科学技术、保温节能效率、工艺技术水平、质量保障与保温层的寿命问题、保温层的安全与承重问题、生态环保问题、以及标准体系问题等。

  本文理论与实际相结合,重在实际应用,对外保温的技术现状,存在的问题,解决问题的方法、今后发展趋势等方面进行探讨。

  保温材料与保温层结构

  建筑保温节能系统,无论是内保温、还是外保温,其保温节能效率,主要取决于保温材料本身的保温隔热性能和保温层的厚度,这也是能否达到保温节能的关键因素。保温材料又分有机保温材料和无机保温材料,有机类保温材料如发泡聚苯板(EPS)、挤塑聚苯板(XPS)、喷涂聚氨酯(SPU)、聚苯颗粒等,无机类保温材料如中空玻化微珠、膨胀珍珠岩、闭孔珍珠岩、复合型无机保温隔热材料等。

  保温隔热层与墙基层和外墙装饰是融为一体的,保温层下面是建筑主体外墙壁,中间是保温层,保温层上面是抗裂砂浆、加强网、外墙抗裂腻子、外墙涂料或饰面砖。

  北方寒冷地区以发泡聚苯板、挤塑聚苯板等为主,气候相对暖和的南方地区以聚苯颗粒、膨胀珍珠岩、闭孔珍珠岩、复合型无机保温隔热材料等颗粒类保温浆料为主。

  辅助材料与施工工艺

  辅助材料是聚合物粘结砂浆、界面处理剂或界面砂浆、专用膨胀螺钉、耐碱玻纤网或镀锌钢丝网、抹面砂浆、装饰面砖等。

  保温层采用板材(聚苯板、挤塑板)的施工工艺一般是先粘后钉、贴网、界面处理或专用处理剂、抹面砂浆、贴饰面砖或刮腻子、刷涂料;如保温层采用颗粒类浆料(聚合物砂浆与聚苯颗粒、中空玻化微珠、膨胀珍珠岩、闭孔珍珠岩等的混合物),其施工工艺一般是先作基层处理、抹界面砂浆、保温浆料、再贴玻纤网格布、抹抗裂砂浆、粘贴饰面砖或刮抗裂腻子、经打磨平整后刷涂料。

  保温材料与技术工艺研究

  保温系统的首要问题是其保温隔热效率和使用寿命两个方面,其防火、生态环保、成本等也很重要。保温隔热效率主要靠优质高效安全的保温材料来实现,用科学严谨、合理、过硬的工艺技术来确保建筑保温层的安全稳固性,使保温层与建筑物的使用寿命同步,达到最佳化,因此,保温材料和工艺技术水平是关系我国建筑节能事业成败的关键。

  ❶保温材料

  有机保温材料质轻、致密性高、保温隔热性好、但缺点是:不耐老化、变形系数大、稳定性差、安全稳固性差、易燃烧、生态环保性很差、施工难度大、成本较高;而无机保温材料比有机保温材料容重稍差、致密性和可加工性较差、保温隔热性稍差,但防火阻燃、变形系数小、抗老化、性能稳定、生态环保性好、与墙基层和抹面层结合较好、安全稳固性好、使用寿命长、施工难度小、成本较低。

  笔者认为,有机保温材料其安全稳固性差、寿命短暂,不如多使用无机保温材料,如果使用聚苯板、聚氨酯等一切与塑料有关的保温材料做的保温层,遇到火灾或几年后、十几年后意外脱落,再或几十年后保温层被废弃,不仅难以回收利用,造成极大的资源浪费,使我们付出极大的经济代价,而且会严重污染环境。

  而无机保温材料虽然保温效率稍差,但可以通过增加保温层厚度的办法来解决这个问题,由于无机保温材料与基层和抹面层的粘附力、相容性较好,保温层的强度、安全稳固性也是很可靠的,其长期使用寿命是完全可以达到与建筑物的使用寿命相一致。

  在保温业界,无机保温材料在建筑保温上的应用从未停止过,在北京、天津、河北、上海、江苏,经过一些有识之士不懈努力,在研究与应用上取得了一些成果,但这还远远不够。一个好的保温材料,不仅需要有较高的保温节能效率,而且还需要在生态资源、环境保护、节约成本、工艺技术水平等方面具有可比性和较强的实用价值。

  因此,开发优质高效、低成本的无机保温材料,特别是以粉灰煤为主的复合型的低成本、高效保温材料,实现产业化,来替代现有保温系统,提高建筑保温节能效率和工艺技术水平、确保工程质量、降低成本和保护生态环境,是今后保温建材研究与发展的趋势,这一研究领域如能取得成功,将会产生巨大的经济效益和社会效益,前景十分看好。

  ❷聚合物砂浆

  聚合物干混砂浆,是建筑外保温系统是重要的辅助材料之一,不仅可以增加保温层的强度、稳固性,具有保护保温层的作用,而且对于外墙装饰质量、装饰效果也是至关重要。

  保温工程与外墙装饰工程是连为一体的,相互间的影响极大,无论是粘结砂浆还是抹面砂浆,有人认为水泥砂浆粘结强度不高,往里面加些乳胶粉、建筑乳液、107胶,来提高水泥砂浆的强度,保水不好,往砂浆中加些纤维素,以此来提高水泥砂浆的粘结强度和防止砂浆干缩而产生裂缝,这些认为是技术上的误解,真正意义上的聚合物砂浆在性能和应用上并不只这么简单,如何正确认识和理解聚合物砂浆的材料性质、作用机理、相关应用技术问题等。

  笔者认为,首先要了解水泥,充分去认识水与水泥的关系,其次要了解水泥的微细孔的作用,水泥的微细孔具有独特的生态功能,它不仅对生态环境有很大的益处,而且对于砂浆本身也具有重要的养护作用,是砂浆后期质量稳定的关键。

  水泥在建筑上的应用有很长的历史,应用十分广泛。水泥属于无机水硬性胶凝材料,本身具有很高的粘结强度,抗压强度(水泥就是很坚硬的人造石),几十年、上百年,粘结性能很稳定,并具有相当强的适应能力,能适应各种复杂的自然环境(地上、地下、空中、水下)和各种气候条件(日晒、高温、低温、雨露、冰雪、风吹、酸雨、紫外线等),其经济实用性,施工性也很好。

  水泥的强度是通过水来实现的,即先水化、后凝结,而且水化、凝结是一个连续过程,水泥的凝结和最终强度如何,要取决于水化条件、水养护条件,水化越充分、水养护越好、水养护时间越长,水泥的强度越高。换言之,水泥的最佳强度只能是靠水的作用,而不是靠其它的粘性很强的胶粘剂,水泥的微细孔具有超强的生态环保功能,对于生态环境、墙体结构、特别是对于砂浆本身有很多的益处,墙体材料大多呈碱性,其微细孔有助于墙体吸收利用环境中的水气(如雨、露、潮湿空气等)进行自我保养(养生),而墙体中多余的水份与潮气也可通过微细孔向外界释放,在释放水份与潮气的同时,还可将从墙体中水解、氧化出来的盐碱类物质通过微细孔晰出,能吸能放,自动平衡,研究表明凡能自动养生的建筑,会更加结实牢固、经久耐用。

  此外,建筑物砂浆的浅表微细孔具有吸收一定量雨水的能力,对于补充城市空气中水气、净化空气和改善生态环境都有很大的作用。而现代建筑材料,特别是化学合成材料,如溶剂类油漆、乳胶类涂料、乳胶类和聚乙烯醇类胶粘剂等,在建筑装饰工程上广泛应用,因这些材料成膜后膜质较密实,具有很强的封闭性,能完全封闭水泥砂浆的微细孔,容易使墙体中水气生成结露,建筑物丧失了上述生态功能,还会使砂浆层形成“硬壳”,加剧水泥的干缩性,与基层形成强度差,使抹面砂浆层因张力过大而产生较大的变形系数,导致产生大量的建筑质量通病(如抹灰层产生裂缝、裂纹、空鼓、起皮、脱落等)。对砂浆的后期质量,乃至建筑物的使用寿命有很大影响。

  另外,关于建筑防水问题,其实,水泥砂浆的微细孔根本不会引起建筑物发生渗漏水的,发生渗漏水的直接原因一般都是跟建筑物产生的裂纹、裂缝和建筑物的排水不畅有关。因此,建筑墙体材料的微细孔对于墙体本身乃至整个生态环境的益处,是不容忽视的,应该得到我们的足够重视。

  聚合物产品究竟在水泥砂浆中应该起什么样的作用,水泥砂浆需要什么类型的聚合物产品来确保水泥砂浆具有优良的品质和长期稳定的效果?在这一方面,北京环益美高分子聚合物研究所作为专业研究机构,对于聚合物产品、干混砂浆、保温材料及保温系统的理论与应用技术研究上,独树一帜,其新产品――多聚胶粉及其系列研究成果,经过多年在建筑工程上的广泛应用,已经得到保温业界越来越多的认同。

  该胶粉属于树脂类、功能性、可再分散的新型共聚物,只要粘结砂浆、抹面砂浆、颗粒类保温浆料等产品使用了多聚胶粉,就完全可以不再使用羟丙基甲基纤维素、可再分散乳胶粉、木纤维、甲酸钙、无水硫酸钠等其它产品。

  多聚胶粉可以有效改善聚合物干混砂浆的综合性能,降低产品原材料成本,它的主要性能和特点有:可再分散性好、水溶解快、成膜快、保水性好(其保水能力比纤维素类产品更强、持久、更科学;砂浆遇水到初凝时,多聚胶粉可完全封闭砂浆微细孔约12~48小时,阻止砂浆中水份过快散发,有利水泥砂浆充分水化,提高初粘力和后期强度,在砂浆表干、表硬以后,其膜由强变弱,砂浆微细孔便处于半封闭状态,此后多聚胶粉中的有效成份便可帮助水泥砂浆吸、放和平衡内部水份,并利用自然生态环境条件(如雨水、露等),进行良性养护、防护,低温稳定性好(按技术要求,在不加任何防冻剂的情况下,5℃至-5℃气候条件,可进行有效外墙施工)。

  研究与试验表明,多聚胶粉具有一定的蓄集水份能力,可较长时间向砂浆提供自养护所需要的水气,帮助水泥砂浆适应和有效地利用自然生态环境条件、控制和降低干缩性、减少干缩引起的变型系数,抗裂、防裂等,其有效作用会一直保持到它完全被自然降解,在其作用过程和被降解后,不会产生任何不良生态环境问题。

  多聚胶粉对于水泥砂浆的水化、凝结、后期稳定、后期强度提高、以及改善施工容易性、打磨容易性等诸多方面,具有很强的技术优势,已引起国内外同行的广泛关注。作为干混砂浆、外墙腻子、保温建材等专用优质高效聚合物产品,多聚胶粉共有三种类型:多聚胶粉(粘结砂浆专用)、多聚胶粉(抹面砂浆专用)、多聚胶粉(颗粒类保温浆料专用)。

  ❸材料与工艺技术分析

  保温层采用板材类(聚苯板、挤塑板)的施工工艺,一般是:泡沬板下面是粘结砂浆,面层是抹面砂浆,中间是泡沬板保温层。从材料性质和实际状况表明:粘结砂浆与水泥墙或红砖墙的粘结不会有任何粘结不牢固或大面积空鼓和脱落问题,抹面砂浆与镀锌钢丝网、瓷砖、水泥基的外墙抗裂腻子的粘结也不会出现粘结不稳固的现象发生,多个工程质量案例分析表明:无论是保温层结构发生空鼓、变形、脱落,都是发生在泡沫板正反两面的表面与砂浆的界面上,这一点是无一例外的。

  从材料性质上分析,塑料板材属于油性材料,具有重量轻、强度低、易弯曲变形、易降解和难以粘附牢固,即使粘住了,其本身强度和耐久性也会有问题。砂浆主要是以水泥为主要粘结材料,砂浆本身属于无机粘结材料,用它粘结石材类,无论是瓷砖、地砖、甚至是石头、砖头等无机材料,只要砂浆水化充分、养护条件良好,都会是粘结的非常牢固;而用砂浆来粘贴塑料类等有机油性材料,还要保证长久的效果,这就是个难题。众所周知,水泥砂浆与木质类、纸质类、塑料类是不易粘牢的,更何况是低强度的发泡塑料,即使是全用乳胶类聚合物,也是难以用冷粘的办法长久、牢固地粘牢塑料类物质,关于这一点,北京保温业同行们最有切身体会的。

  如果只用粘的办法来保证外保温层质量达到数年、数十年不脱落,没有足够把握的,即使采用先粘后钉的“双保险做法”也不能确保万无一失,都还是心里没有底。因为墙体材料与结构的因素,从泡沬板往里打钉孔,由于砖缝或基层强度较差,如空心砖、陶粒砖、轻质墙板等,很难确保每一个墙钉都发挥应有的作用;此外,外保温层的承重能力也是一个很重要的问题,抹面砂浆层、抗裂腻子、涂料、甚至是瓷砖和粘结砂浆,所有的重量都承受在泡沫板上面,而且是下坠的重量,泡沫板属于轻质的低强度材料,本身就存在冷热桥、变形、氧化、降解等问题,而铆钉加固,只起增加拨拉强度,对于承重并不起多大作用。

  对于塑料类有机发泡材料保温层的施工技术工艺和标准体系问题,从其材料和工艺技术水平上,塑料类有机发泡材料保温层是很难达到与建筑物的使用寿命相一致,要解决这类保温系统的稳固性和使用寿命问题,我认为只有先将泡沫板粘牢并用铆钉加固,再将钢丝网牢牢地固定在建筑主体上,让粘结砂浆和瓷砖下垂的重量全部承受在钢丝网上,才会更安全和持久。

  但这又要取决于钢丝网的强度、承重力和与建筑主体的固定情况,因此,要选择钢丝直径大一些的、质量好的钢丝网,在与外主体墙的固定技术上,要从上至下,即从最上端做起,上半部的固定接触点要尽量多于下半部。这样,只要钢丝网发挥有效作用,钢丝网不脱落,保温板、砂浆层、瓷砖也不会脱落。最好在建筑设计时考虑到这个问题,在外墙砌筑或浇铸时,预留好固定钢丝网的螺纹钢筋。

  只有在保温层设计的承重能力大于保温层的实际重量的情况下,塑料类有机发泡材料保温层才会更安全可靠。美国的哥伦比亚号航天飞机发生大爆炸,其爆炸原因,根据摄像资料上显示,从该机在升空过程中从机上掉下一块板状物,后经专家多方分析,结论是飞机上的一块保温隔热层从机体上脱落后,酿成此严重事故,问题的起因是该航天飞机的保温隔热层所设计的承受风阻能力,大大低于实际所能承受风阻能力,飞机升空后,由于风速加大、阻力增加,保温隔热材料层承受不住便很快掉了下来。

  同样的道理,建筑保温层所承受的实际重量,一旦大于其本身所能承重的能力,也会不可避免地出现解体、脱落等质量问题与安全事故。特别是高层建筑的外保温工程,一旦保温层从上至下整体突发性脱落,极易造成人身安全事故,其责任重大。现有相关的标准体系和技术规程对保温层的承重标准并没有明确的规定。

  颗粒类保温浆料的材料与技术工艺问题,与塑料类有机发泡材料相比,其保温效率稍差,但技术工艺要简单很多,安全稳固性和使用寿命均较好。但主要的技术上矛盾是:保温层的强度和浆料中颗粒类保温材料的含量与保温效果。

  浆料中保温颗粒料含量越多,砂浆料含量越少,施工性越差,保温层的强度越低,而保温效果就越好;如浆料中保温颗粒料含量越少,砂浆含量就越多,保温层的强度就越高,施工性越好,而保温效果就越差,因此,选择好的原材料、掌握好配料比例是关键。在施工工艺方面,施工前应视基层情况,做相应技术处理:如果基层强度差,应用聚合物砂浆加固增强,如果基层特别干燥且吸水性很强(如红砖墙、石膏墙、砂灰墙),应先喷水将墙体浅表润湿,以此办法来减弱基层吸水能力,再抹一层界面砂浆(厚度为1mm左右),这样可以有效防止保温浆料层出现空鼓、脱落和降低干缩引起的变形系数。

  综述

  建筑节能技术的推广,不仅要有政策法规上强有力的支持,而且要有过硬的产品和技术,要有远见,科学、严谨和规范。从发展趋势,开发生产优质高效无机保温材料,又特别是以粉煤灰为主的复合型的优质高效保温隔热材料,符合节约能源、节约工程成本、保护生态环境和可持续发展的战略,为我国的经济建设和保护生态环境做出贡献。

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