无机保温材料在建筑外墙保温系统的应用

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随着哥本哈根世界气候大会政府间会议的结束，普及低碳理念，实践低碳生活要求的提高，建筑节能与低碳环保成为了当前建筑发展的基本要求。我国1986 年颁布实施《民用建筑节能设计标准( 采暖居住建筑部分) 》，1995 年修订颁布JGJ26—95《民用建筑节能设计标准( 采暖居住建筑部分) 》，并于1996 年7 月1 日实行，要求新建居住建筑的采暖能耗以20 世纪80 年代初典型住宅的能耗为基础，采暖、空调和照明能耗节约50%，而在整个围护结构总能耗中，外墙散失的热量约占25% ～ 28%，因此，外墙保温就成为实现这一目标的有效措施。2007 年10 月，国家下达文件，要求全国各地新建建筑必须做建筑外墙保温，既有建筑限期改造，以实现建设部提出的十一五期间建筑节能贡献率要达到20%的节能发展目标。1 近年来外墙外保温系统引发的火灾从2007 年国家文件下达开始，随着各地外墙保温施工改造的推行，由此引发的火灾事故此起彼伏，见表1。惨痛的火灾一次次引发了社会各界对建筑外墙保温系统防火的高度重视，节能型建筑的设计施工既要满足节约社会的发展要求又不能违背建筑防火规范设计要求。表1 近年来外墙保温系统火灾2 我国外墙外保温系统的消防规定公安部、住房和城乡建设部于2009 年9 月25日联合发布了《民用建筑外保温系统及外墙装饰防火暂行规定》。根据《规定》要求，非幕墙式住宅建筑高度≥100 m、其他民用建筑高度≥50 m 时，外保温材料的燃烧性能等级应采用A 级，低于此高度的非幕墙式建筑不应低于B2级，并应根据建筑高度不同每层或隔层设置水平防火隔离带; 建筑高度≥24m 的幕墙式建筑外保温材料燃烧性能需达到A 级，低于此高度不应低于B2级。《规定》还要求: 保温材料应采用不燃材料作防护层，防护层厚度不应低于3 mm，防护层应能将保温材料完全覆盖。针对近年来我国发生的多起建筑外墙保温系统火灾事故，公安部消防局于2011 年3 月14 日下发了公消［2011］65 号《关于进一步明确民用建筑外保温材料消防监督管理有关要求的通知》( 以下简称《通知》) ，《通知》把原来在《民用建筑外保温系统及外墙装饰防火暂行规定》中民用建筑中部分允许其保温材料不应低于B2级调整为民用建筑外保温材料采用燃烧性能为A 级的材料，并且将民用建筑外保温材料纳入建设工程消防设计审核、消防验收和备案抽查范围。对外墙保温材料的燃烧性能提出了更严格的要求。3 建筑外墙保温系统的材料类型根据《中国房地产报》的调查，我国目前广泛采用的外墙保温材料主要有两大类，一类是无机保温材料，如岩棉、玻璃棉、膨胀玻化微珠保温浆料等。它们都属于不燃性材料，自身不存在防火安全问题，但价格较高且保温性能要差一些，只有20% 左右的市场份额。第二类则是有机高分子保温材料，以聚苯乙烯泡沫塑料和聚氨酯硬泡沫为主，属易燃可燃材料，具有引发火灾的危险性，但价格低廉且保温效果好，占据80%的市场。我国建筑保温行业一直是低门槛，有机材料中的EPS( 可发性聚苯乙烯板) 和XPS( 挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板) 等材料由于具有导热系数低、节能效果好、材质轻、价格低廉、施工工艺成熟等优点，一直占据建筑保温材料市场主要份额。EPS 和XPS 的燃烧性能均为B2级( 可燃) ，经过特殊处理的聚氨酯能够达到B1( 难燃) ，有机保温材料已很难满足消防技术要求，添加了阻燃剂的有机材料还会增加烟毒性。4 国外建筑外墙保温系统材料燃烧性能的要求国外最初也是用易燃高效的有机保温材料，经过几十年的使用发现了弱点之后，开发既保温又防火的节能材料。在欧美等发达国家，对重要建筑、高层建筑进行外墙保温，一般都要求对保温系统和绝热材料作燃烧性能及耐火极限试验，且分为若干等级。不同等级的系统和材料适用不同范围的建筑防火要求。到目前为止，EPS 板外墙保温系统由于涉及严重防火问题，在美国有20 多个州禁止使用; 在英国， 18 米以上建筑不允许使用EPS 板外墙保温系统; 在德国，22 米以上建筑不允许使用EPS 板外墙保温系统。很多保险公司禁止给EPS 保温的建筑进行保险。国外先进经验，值得我们借鉴，采用保温防火的节能材料，是预防建筑外墙保温系统火灾的前提。为此，我国相关部门应研制推广使用保温性能好、防火标准高、使用寿命长、价格合理的新型无机保温材料。5 无机材料保温体系的应用展望虽然我国自1986 年起开始推行建筑节能工作，但统计资料显示，目前400 亿平方米建筑中有95%属于不节能建筑，建筑节能是我国向世界承诺完成低碳减排任务的重大措施。不能因为外墙保温系统着火否定建筑节能的目标和做法而因噎废食，而应该按照法律法规的要求选用既满足防火要求又能保温节能的无机材料。在建筑保温材料中，使用的无机原材料主要有石膏和水泥两大类别，并配合各种地方矿物或工业废料。因此，无机保温材料容重稍大、保温隔热效率稍差，但随着加气发泡技术和矿物熔化喷吹技术的发展应用，无机保温材料的自重大、隔热效率低的问题已基本解决。而从安全使用看，无机保温材料本身是不燃烧材料，与墙体的粘结性也比较好，应加大推广力度。无机材料保温外墙体系主要有以下类型。5.1 无机保温砂浆体系无机保温砂浆是一种用于建筑物内外墙粉刷的新型保温节能砂浆材料，以无机类的轻质保温颗粒作为轻骨料，由胶凝材料、抗裂添加剂及其他填充料等组成的干粉砂浆。具有节能利废、保温隔热、防火防冻、耐老化的优异性能以及低廉的价格等特点。无机保温砂浆体系是以膨胀玻化微珠干混保温砂浆为保温层，在保温层面层涂抹一层具有防水抗渗、抗裂性能的抗裂砂浆，与保温层复合形成一个集保温隔热、抗裂、防火、抗渗于一体的完整体系。无机保温砂浆具有极佳的温度稳定性和化学稳定性，不存在老化问题，与建筑墙体同寿命。它防火阻燃，施工便捷，绿色环保，经济性优越，综合性价比极高。5.2 泡沫玻璃保温体系泡沫玻璃保温体系是由泡沫玻璃保温板、专用粘结剂和必要时使用的锚栓或金属托架、专用抹面砂浆、耐碱玻璃纤维网格布、柔性耐水腻子及涂料等组成的系统。泡沫玻璃是一种完全不燃，不产生任何有毒气体，对人体完全无毒害的良好保温材料。且具有不透湿、轻质高强、不变形、抗氧化、物理化学性质稳定、膨胀系数与钢筋混凝土接近、不开裂、与建筑物同寿命等特点。虽然其他新型隔热材料层出不穷，但是泡沫玻璃以其永久性、安全性、高可靠性在低热绝缘、防潮工程、吸声等领域占据着越来越重要的地位。它的生产是废弃固体材料再利用，既保护环境又节能保温。5.3 蒸压砂加气混凝土砌块外墙自保温体系蒸压砂加气混凝土砌块墙体自保温体系是指采用节能型蒸压砂加气混凝土砌块及配套专用砂浆使墙体热工性能及物理性能指标符合相应标准的建筑墙体保温隔热系统。加气混凝土砌块是以水泥、粉煤灰、石灰为主要原料，以铝粉为发泡剂，经浇筑成型、切割、蒸压养护而成的新型墙体材料。在保温性能上，由于加气混凝土大量致密的匀质密闭小气泡，使其具有优良的保温隔热性能。蒸压加气混凝土导热系数低，热迁移慢，其砌块本身内部结构不受火灾影响，属不燃物，能有效抵御火灾，具有良好的防火阻燃性能，且在高温下制品本身也不会产生有害气体，更适合于框架结构建筑的外墙保温。5.4 无机纤维保温防火喷涂体系无机纤维喷涂是一种新型环保建筑材料，主要由无机纤维与水基型胶粘剂组成，经拌和后通过空压泵进行喷涂，与雾化水混合喷到需要保护的基材上形成涂层。无机纤维喷涂具有质轻、无毒无味、吸声、耐候性好、高效隔热、耐火可靠等特点。在国外，矿物纤维保温防火材料应用已经有100 多年的历史了。最早的矿物纤维保温防火材料主要采用石棉纤维作原料。现在人们找到了人造无机纤维作为石棉的替代品。人造无机纤维有硅酸铝棉、矿棉、岩棉和玻璃棉等，它们都是矿石在高温下熔化后，经喷丝成型而成的纤维。目前，无机纤维保温防火喷涂系统已经成功应用于北京奥运工程和上海世博配套工程中。