硅酸鋁復(fù)合隔熱保溫多功能材料的研究及應(yīng)用

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麥展銘  

一、概述

外墻外保溫概念和技術(shù)起源于歐洲。隨著人們對(duì)房屋隔熱保溫要求越來(lái)越高，逐漸發(fā)展成為一門系統(tǒng)性建筑節(jié)能技術(shù)，用以提高居住舒適性，延長(zhǎng)建筑壽命，減少供暖熱量流失和冷氣耗能。在我國(guó)外墻外保溫工程由于強(qiáng)制性規(guī)范和文件的實(shí)施，得到迅速推廣，建筑節(jié)能工程從設(shè)計(jì)到施工迅速普及開(kāi)來(lái)。隨著世界能源危機(jī)的加劇和生態(tài)環(huán)境的進(jìn)一步惡化，建筑能耗約占我國(guó)GDP總產(chǎn)值28%，能源與環(huán)保問(wèn)題因經(jīng)濟(jì)繼續(xù)高速發(fā)展而矛盾更加突出，建筑保溫節(jié)能工作對(duì)于生態(tài)環(huán)境的影響已引起業(yè)內(nèi)關(guān)注，節(jié)能減排的呼聲越來(lái)越強(qiáng)烈，建筑節(jié)能低碳意識(shí)已成為人們的共識(shí)，這為保溫市場(chǎng)的進(jìn)一步發(fā)展提供了良機(jī)。

目前我國(guó)現(xiàn)有的聚苯板、擠塑板、聚氨脂、閉孔珍珠巖、聚苯顆粒保溫漿料等產(chǎn)品不會(huì)很快被淘汰。但隨著科學(xué)技術(shù)進(jìn)步和行業(yè)不斷規(guī)范，在建筑保溫節(jié)能工程的設(shè)計(jì)與選材上，將更加實(shí)用化、功能化和理性化。有機(jī)保溫材料質(zhì)輕、致密性高、保溫隔熱性好，但缺點(diǎn)是不耐老化，變形系數(shù)大、穩(wěn)定性差、安全穩(wěn)固性差、易燃燒、成本較高；而無(wú)機(jī)保溫材料比有機(jī)保溫材料容重稍差、致密性和可加工性較差、保溫隔熱性稍差，但防火阻燃、變形系數(shù)小、抗老化、性能穩(wěn)定、安全穩(wěn)固性好、施工難度小、成本較低。因此，一些能耗高、性能差、使用壽命短、適應(yīng)性不強(qiáng)的產(chǎn)品及系統(tǒng)，將逐漸被能耗低、性能好、適用性強(qiáng)、安全穩(wěn)定性好，使用壽命長(zhǎng)的產(chǎn)品及系統(tǒng)所取代。特別是低成本的新型高效復(fù)合型保溫材料和成熟可靠先進(jìn)的工藝，將會(huì)受到市場(chǎng)的歡迎。

二、我國(guó)建筑市場(chǎng)隔熱保溫節(jié)能材料存在的缺陷

作為建筑節(jié)能維護(hù)結(jié)構(gòu)的隔熱保溫系統(tǒng)，目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上流通的大多數(shù)是采用無(wú)機(jī)干粉保溫砂漿、EPS、XPS板和膠粉聚苯顆粒漿料產(chǎn)品。但這些材料固化后，隔熱保溫層均無(wú)自防水功能，一旦雨水滲入到保溫材料中，就不可能起到隔熱作用。反之雨水在保溫層里出不來(lái)，在太陽(yáng)照射的作用下，會(huì)產(chǎn)生氣體膨脹和分解，促使材料分層空鼓，爆裂甚至發(fā)霉脫落，出現(xiàn)難以彌補(bǔ)的建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔熱保溫質(zhì)量失控，給建筑物帶來(lái)嚴(yán)重安全隱患，將給業(yè)主帶來(lái)極大的損失，也是我國(guó)建筑市場(chǎng)節(jié)能保溫材料的通病。我國(guó)如此規(guī)模宏大的建筑保溫工程，如果不能達(dá)到與建筑物相等的使用壽命，若干年后或不久的將來(lái)，將會(huì)產(chǎn)生大量的建筑垃圾，面臨極大的環(huán)境災(zāi)難。

近年來(lái)，許多省、市建設(shè)部門頒布紅頭文件，謹(jǐn)慎使用或禁止使用“膠粉聚苯顆粒漿料”做外墻外保溫工程，防止建筑質(zhì)量和安全事故發(fā)生。那么如何解決隔熱保溫層不被雨水浸潤(rùn)，保障建筑節(jié)能結(jié)構(gòu)質(zhì)量和安全，現(xiàn)行的方法是必須在隔熱保溫層界面涂刷一層防水涂料。這種彌補(bǔ)性的施工方法，不僅降低了飾面磚粘貼強(qiáng)度，還提高了工程成本造價(jià)。由此可見(jiàn)，憎水功能在建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)保溫系統(tǒng)應(yīng)用中，工程質(zhì)量安全和使用壽命保障起到?jīng)Q定性的作用。

三、功能性隔熱保溫材料成膜憎水機(jī)理研究與探討

廣州市蘇葆節(jié)能環(huán)保材料有限公司與廣州大學(xué)、華中科技大學(xué)聯(lián)姻，為確保隔熱保溫材料質(zhì)量安全穩(wěn)定性，改變以往隔熱保溫材料性能單一的缺陷，考慮到材料元素理化指標(biāo)的差異和相容性，把握住單項(xiàng)材料指標(biāo)的控制尤為重要。業(yè)內(nèi)人士都知道，任何優(yōu)質(zhì)的隔熱保溫材料技術(shù)指標(biāo)，均要求蓄熱系數(shù)高，導(dǎo)熱系數(shù)低，因此單一的一種材料是無(wú)法同時(shí)具備導(dǎo)熱系數(shù)低，蓄熱系數(shù)高和憎水性強(qiáng)的特征。要想隔熱保溫材料達(dá)到憎水型功能性節(jié)能產(chǎn)品，輕質(zhì)絕熱材料的選擇、活化憎水改性、高分子化合物及無(wú)機(jī)膠凝材料的合成技術(shù)是技術(shù)的關(guān)鍵。當(dāng)然，解決好材料的兼容性，絕熱材料改性后潤(rùn)濕性程度的把握，分子交聯(lián)程度的控制和聚合反應(yīng)分子量大小的控制成為該項(xiàng)目的技術(shù)難題。

SUB型硅酸鋁復(fù)合隔熱保溫憎水功能材料，就是利用了優(yōu)質(zhì)的絕熱材料與保溫材料有效地復(fù)合成膏狀體，巧妙地將相互矛盾的功能有機(jī)地融為一體，采用以廢棄EPS板預(yù)處理顆粒和硅酸鹽水泥與膏體聚合。在水泥水化初期便附著于凝膠和未水化的水泥顆粒上，逐漸凝聚成膜，形成聚合物網(wǎng)絡(luò)。常溫下水化產(chǎn)物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成特殊的鍵橋作用，改善了水化產(chǎn)物的物理組織結(jié)構(gòu)，緩解了內(nèi)應(yīng)力，減少微裂的產(chǎn)生。材料凝固后，界面自然形成水泥基聚合物親水膜，可與任何無(wú)機(jī)材料牢固粘結(jié)。材料自身有極好的透氣性，憎水率卻達(dá)到98%，從而形成隔熱保溫自防水系統(tǒng)。加之改進(jìn)的壓實(shí)收漿施工工藝，復(fù)合節(jié)能隔熱保溫系統(tǒng)符合國(guó)家施工規(guī)范，是工程質(zhì)量和安全的可靠保證。改善了施工工藝，提高了施工界面粘結(jié)截面，這種產(chǎn)品不僅有很好的隔熱保溫性能和極好的透氣性，還具有優(yōu)越的自防水功能，完全不被雨水浸潤(rùn)。由于產(chǎn)品本身收縮率極小0.22%，不易開(kāi)裂，抗壓強(qiáng)度317kpa和粘結(jié)力強(qiáng)0.7Mpa，確保墻體、屋面工程質(zhì)量和建筑物的使用壽命，解決了長(zhǎng)期以來(lái)隔熱保溫材料不防水的技術(shù)難題。其各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均符合或優(yōu)于國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)還具有無(wú)機(jī)材料良好的耐候性，綜合性能又得到很好的改善，使用壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)傳統(tǒng)單一性能的保溫及防水材料，是我國(guó)現(xiàn)行JG158-2004標(biāo)準(zhǔn)“膠粉聚苯顆粒保溫材料”所不具備的。

四、SUB型產(chǎn)品應(yīng)用與工藝的研究

保溫隔熱效率主要靠?jī)?yōu)質(zhì)高效安全的保溫材料來(lái)實(shí)現(xiàn)，用科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、合理、過(guò)硬的工藝技術(shù)來(lái)確保建筑保溫層的安全穩(wěn)固性，使保溫層與建筑物的使用壽命同步，達(dá)到最佳化。因此，隔熱保溫材料和工藝技術(shù)水平是關(guān)系我國(guó)建筑節(jié)能事業(yè)成敗的關(guān)鍵。在實(shí)踐中，常遇到外墻外保溫工程出現(xiàn)空鼓、分層、開(kāi)裂和脫落的現(xiàn)象。主要是兩個(gè)方面，一是保溫材料層沒(méi)有自防水功能，保溫系統(tǒng)容易受到雨水浸入，會(huì)分解有機(jī)物，產(chǎn)生氣體膨脹，造成空鼓分層；二是施工工藝技術(shù)上，涂抹型保溫材料大多數(shù)沒(méi)采用壓實(shí)收漿工藝，無(wú)法提高與墻體界面的粘結(jié)截面，至使保溫層容易產(chǎn)生空鼓等等。如此說(shuō)來(lái)，表明隔熱保溫材料與施工技術(shù)工藝這二者是不可分割的，是建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能外墻外保溫研究的新課題。

SUB型硅酸鋁復(fù)合憎水型隔熱保溫材料克服了有機(jī)保溫材料存在的缺陷，它將一些相互矛盾著的材料有機(jī)地相結(jié)合，復(fù)合型的漿料屬丙烯酸樹(shù)脂類，功能性共聚物，密實(shí)地包裹EPS顆粒，使其具備無(wú)機(jī)保溫材料的特性，與基層界面通過(guò)壓實(shí)收漿工藝的應(yīng)用，隔熱保溫層的粘附力強(qiáng)、相容性好、保溫層強(qiáng)度高、憎水率98%、難燃B1級(jí)、安全穩(wěn)定性好，產(chǎn)品不僅應(yīng)用在外墻外保溫效果明顯，坡、平屋面隔熱保溫性價(jià)比的可比性更佳，使用壽命完全可以達(dá)到與建筑物相一致。

在這里特別值得一提的是，夏熱冬暖的廣東地區(qū)，新型墻體材料加氣砌塊磚的應(yīng)用，在建筑物墻體上，普遍出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象，一直困擾著建筑領(lǐng)域的業(yè)內(nèi)人士。作為加氣砌塊磚在墻體的應(yīng)用，成本低、基本能達(dá)到墻體節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，可以不再增加保溫層，極具市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)。然而，加氣砌塊磚的特性很容易受到氣候溫度變化的影響、熱脹冷縮、雨水的浸入會(huì)膨脹。在墻體的應(yīng)用中，僅靠水泥砂漿找平層覆蓋，由于砂漿易導(dǎo)熱，解決不了它的冷熱橋現(xiàn)象產(chǎn)生，仍會(huì)出現(xiàn)大面積的開(kāi)裂。廣州市蘇葆節(jié)能環(huán)保材料有限公司創(chuàng)新研制的SUB硅酸鋁憎水型隔熱保溫材料解決了這一技術(shù)難題。僅在加氣砌塊磚墻體涂抹8-10mm該材料，就能完全阻隔外界的冷熱橋和雨水的浸潤(rùn)。加氣砌塊磚飾面涂料、飾面磚外墻，從此不再開(kāi)裂，建筑物的安全得到可靠的保障。

應(yīng)用實(shí)例一：東莞市新世紀(jì)·亦居40棟別墅外墻外保溫、平、坡屋面工程的應(yīng)用，按夏熱冬暖地區(qū)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)外墻外保溫15mm厚保溫層，屋面厚度40mm。飾面磚隔熱保溫層施工采用了較為先進(jìn)的工藝技術(shù)，稱為壓實(shí)收漿方法。在涂抹保溫層找平的同時(shí)，將準(zhǔn)備好約1平方米的玻纖網(wǎng)格布進(jìn)行壓實(shí)泛漿，（以確保提高與墻體的粘結(jié)截面面積避免空腔）然后取出，待材料初凝48小時(shí)后，再掛鋼絲網(wǎng)加膨脹螺栓、涂抹抗裂砂漿和粘結(jié)瓷磚。

平屋面隔熱保溫層施工時(shí)，首先將女兒墻陰角接口處和落水管部位分別涂刷柔性和剛性防水涂料1.5mm×300mm×300mm，以防建筑物不同沉降撕裂漏水。（屋面二級(jí)防水須滿涂）一次性涂抹40mm厚保溫層，再將玻纖網(wǎng)格布?jí)簩?shí)泛漿，（確保與屋面的界面粘結(jié)不空腔和保溫層界面形成水泥基聚合物網(wǎng)絡(luò)）然后再施用細(xì)石混凝土25mm厚，并留分格縫和鋪貼地板磚。坡屋面隔熱保溫層施工相對(duì)簡(jiǎn)便，僅在保溫層壓實(shí)泛漿的聚合物界面上，涂抹5mm抗裂砂漿就可直接座漿掛瓦。該項(xiàng)工程項(xiàng)目完畢，經(jīng)過(guò)兩個(gè)雨季都沒(méi)發(fā)現(xiàn)一處空鼓、開(kāi)裂和漏水現(xiàn)象。別墅經(jīng)室內(nèi)外溫差測(cè)試，室外溫度38.7℃，室內(nèi)溫度僅為30.5℃，隔熱保溫防水效果十分明顯，并受到業(yè)內(nèi)人士的一致好評(píng)。

應(yīng)用實(shí)例二：佛山市興輝陶瓷有限公司1608平方米的營(yíng)銷中心大樓，墻體和屋面面積共計(jì)3800平方米，按照設(shè)計(jì)要求應(yīng)安裝空調(diào)設(shè)備120匹，展廳內(nèi)溫度方能保持在25℃左右。為了達(dá)到節(jié)能效果，決定選用該隔熱保溫材料。施工前測(cè)試大樓室外溫度38.3℃，室內(nèi)溫度為37℃，外墻外保溫為涂料飾面，保溫層15mm，而屋面隔熱保溫層甲方要求涂抹30mm厚，待施工完畢30天后測(cè)試，大樓室外溫度38.7℃，室內(nèi)溫降至31℃。于是該公司變更了營(yíng)銷大樓原有設(shè)計(jì)方案，安裝空調(diào)配置修改為60匹，空調(diào)設(shè)備運(yùn)行中還沒(méi)達(dá)到滿負(fù)荷，展廳內(nèi)溫度就能穩(wěn)定在23℃左右，僅電費(fèi)這一項(xiàng)每年可節(jié)省30萬(wàn)元以上。

應(yīng)用實(shí)例三：廣西柳州市宏華生物集團(tuán)公司的養(yǎng)雞場(chǎng)，約7000平方米的3棟孵化生產(chǎn)車間，因搬遷簡(jiǎn)易廠房屋頂采用的石棉瓦材料。在炎熱的夏季，廠房頂部溫度通常在41℃~43℃，車間內(nèi)溫度達(dá)到37℃~38℃左右，而孵化小雞的溫度卻要求低于35℃，這將需要購(gòu)置十幾臺(tái)柜式空調(diào)滿足廠房?jī)?nèi)溫度的要求。該公司為了降低成本，選擇了SUB型隔熱保溫材料，僅在石棉瓦屋面施工30mm厚保溫層，5mm抗裂砂漿保護(hù)層，車間內(nèi)的溫度驟然降到30.5℃，既解決了車間生產(chǎn)降溫問(wèn)題，也節(jié)約了大量資金和能耗。目前廣東、廣西、海南等省眾多擁有大型鋼玻瓦廠房的生產(chǎn)企業(yè)，均先后要求采用SUB型材料擬解決鋼玻瓦廠房防銹隔熱保溫防水問(wèn)題。

五、SUB保溫系統(tǒng)實(shí)用價(jià)值與展望

建筑保溫節(jié)能工作是我國(guó)一項(xiàng)長(zhǎng)遠(yuǎn)方針政策，我們要對(duì)保溫材料的隔熱保溫性能及實(shí)用價(jià)值，材料的穩(wěn)定性和使用壽命、工藝技術(shù)的可靠性、生態(tài)環(huán)保性和可循環(huán)利用等方面進(jìn)行重點(diǎn)研究。SUB保溫系統(tǒng)就是通過(guò)科技手段研制的可以循環(huán)利用的新型高效復(fù)合型無(wú)機(jī)保溫材料的結(jié)晶，它已在廣東、廣西、福建、海南、湖北、河南等省市廣泛推廣應(yīng)用，無(wú)論在生態(tài)資源、環(huán)境保護(hù)、節(jié)約成本、工藝技術(shù)水平等方面都具有可比性和實(shí)用價(jià)值。這類新型節(jié)能環(huán)保材料應(yīng)用于城鎮(zhèn)構(gòu)建起城市與自然合一的生態(tài)系統(tǒng)，普遍在許多大中城市使用，可永久性減少空調(diào)的用電量。一個(gè)1百萬(wàn)人口的城市，按保守估算該復(fù)合保溫材料需求量達(dá)25萬(wàn)噸/年。據(jù)資料分析，100㎡建筑面積每年可節(jié)約4800度用電能耗，將會(huì)產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。由此可見(jiàn)，SUB型高效復(fù)合隔熱保溫材料研制及應(yīng)用，成為國(guó)內(nèi)眾多同類產(chǎn)品中脫穎而出的一枝獨(dú)秀，它將積極地影響和改變我國(guó)建筑節(jié)能產(chǎn)品的現(xiàn)狀，促進(jìn)我國(guó)新型環(huán)保節(jié)能技術(shù)的進(jìn)步。

目前，公司將堅(jiān)持實(shí)施全球化戰(zhàn)略，為了實(shí)現(xiàn)國(guó)家建筑節(jié)能低碳減排的目標(biāo)，在現(xiàn)有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的基礎(chǔ)上，正在研發(fā)更具實(shí)用性、功能化和理性化，更加穩(wěn)定、安全、施工便利的外掛式板型材節(jié)能產(chǎn)品。確保產(chǎn)品優(yōu)異性能，具有容重輕、柔韌性、防火、防水、強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)。該項(xiàng)目產(chǎn)業(yè)化實(shí)施，將生產(chǎn)多種系列建筑節(jié)能型產(chǎn)品，必將為經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，創(chuàng)建節(jié)能環(huán)保型社會(huì)，作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。