高層民用建筑外墻保溫材料的種類與特點(diǎn)探討論文
摘要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展與科技水平的不斷提高, 建筑行業(yè)得到飛速發(fā)展。建筑領(lǐng)域出現(xiàn)了眾多新技術(shù)與新材料, 推進(jìn)了建筑節(jié)能化發(fā)展, 同時(shí)在高層民用建筑外墻中也使用了多種類型的保溫材料。本文將對(duì)高層民用建筑外墻保溫材料的種類與特點(diǎn)進(jìn)行探討, 希望為建筑行業(yè)外墻保溫材料的選擇提供一些幫助。
關(guān)鍵詞：民用建筑; 保溫材料; 材料種類;
引言
保溫材料和制品對(duì)于高層民用建筑的節(jié)能具有非常重要的影響, 外墻保溫材料的應(yīng)用和研究得到國(guó)內(nèi)外建筑行業(yè)的廣泛關(guān)注。20世紀(jì)70年代, 國(guó)外開始重視保溫材料在建筑外墻中的應(yīng)用, 通過降低建筑能源的消耗來減少溫室效應(yīng)與環(huán)境污染。為此國(guó)內(nèi)也逐漸重視對(duì)建筑節(jié)能材料與建筑保溫材料的應(yīng)用與研究。
1 高層民用建筑外墻有機(jī)保溫材料的種類與特點(diǎn)
1.1 PU
PU指的是聚氨基甲酸酯, 主要由多異氰酸酯和多元醇反應(yīng)而制成, 是重復(fù)NHCOO基團(tuán)聚合物的統(tǒng)稱。聚氨酯泡沫材料將多異氰酸酯、聚酯多元醇、聚醚多元醇作為主要原料, 加入一定劑量的穩(wěn)定劑、催化劑、發(fā)泡劑, 在特定的溫度下混合均勻所制作的泡沫材料。在20世紀(jì)中葉, 德國(guó)用多元醇和二異氰酸酯作為原料, 將聚氨酯硬質(zhì)泡沫研發(fā)成功[1]。聚氨酯泡沫具有很強(qiáng)的隔音性、隔熱性、防水性、耐油性及耐磨性, 是當(dāng)前最好的合成材料, 被國(guó)際公認(rèn)為理想的建筑外墻保溫材料。在所有保溫材料中, 聚氨酯泡沫材料的熱導(dǎo)率是最低的, 于上世紀(jì)末開始逐漸應(yīng)用于高層民用建筑, 種類有澆注聚氨酯、噴涂聚氨酯、聚氨酯泡沫板等。沒有受到阻燃處理的硬質(zhì)PU泡沫氧指數(shù)只有不到1/5, 而且燃燒時(shí)會(huì)釋放大量一氧化碳等有毒氣體, 如果用于高層民用建筑外墻, 那么在發(fā)生火災(zāi)時(shí)會(huì)給人們的逃生和滅火工作帶來極大的阻礙。因此, 不少專家學(xué)者對(duì)于PU阻燃效果進(jìn)行了一系列研究, 研究表明, 季戊四醇和聚磷酸銨粉末構(gòu)成的阻燃系統(tǒng)應(yīng)用于硬質(zhì)泡沫塑料的制作時(shí), 添加2:1的膨脹阻燃劑會(huì)使硬質(zhì)泡沫的阻燃性能做好。將磷酸三苯酯及氫氧化鋁當(dāng)做PU泡沫塑料的復(fù)配阻燃劑時(shí), 兩者比例為1:5時(shí)會(huì)達(dá)到硬質(zhì)泡沫塑料氧氣數(shù)的最大值。同時(shí), 研究還發(fā)現(xiàn)蒙脫土經(jīng)過一定的化學(xué)改性, 能夠有效提升聚氨酯的抗燃燒性。
1.2 PF
PF指的是由酚醛樹脂、不燃填料、固化劑、發(fā)泡劑、表面活性劑等組成的泡沫類塑料, 與PU相比較, PF具有較高的氧指數(shù), 不屬于易燃材料, 擁有強(qiáng)大的耐火性, 甚至能達(dá)到難燃B1級(jí)。將酚醛樹脂應(yīng)用于高層民用建筑外墻中, 能在高達(dá)130℃的環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行, 而且能承受的瞬時(shí)溫度為300℃。酚醛受到分子結(jié)構(gòu)的影響, 存有很多粉狀物, 亞甲基容易被氧化, 致使酚醛泡沫材料具有粉化度高、脆性大等特點(diǎn), 基于這些特點(diǎn), 不少專家學(xué)者對(duì)酚醛泡沫增韌進(jìn)行了研究, 并找到了幾種增韌途徑。第一種途徑是添加適量的外增韌劑, 如短切玻璃纖維、熱塑性樹脂、橡膠彈性體改性劑等。第二種途徑是用改性苯酚取代苯酚合成樹脂, 如腰果殼油、對(duì)苯二酚、對(duì)甲酚、鄰甲酚等。第三種途徑是化學(xué)增韌, 使羥甲基與酚羥基進(jìn)行充分的化學(xué)反應(yīng), 然后與柔性鏈相接。三種增韌方法中第二種增韌效果最佳[2]。研究表明, 聚氨酯預(yù)聚體可以增強(qiáng)酚醛泡沫熱性, 改變耐高溫性與泡孔的分布狀況, 酚醛樹脂中聚氨酯用量為9%時(shí), 可以發(fā)揮最好的物理性能。另外, 酚醛中加入聚氨酯會(huì)產(chǎn)生兩類反應(yīng), 一是多羥基化合物與異氰酸酯基團(tuán)產(chǎn)生擴(kuò)鏈、交聯(lián)反應(yīng), 二是羥甲基與異氰酸酯基團(tuán)產(chǎn)生交聯(lián)反映。這兩類反應(yīng)都可以有效改變酚醛樹脂分子的結(jié)構(gòu), 使泡沫制品的韌性提高, 脆性降低。
1.3 EPS
EPS指的是模塑聚苯乙烯泡沫, 又稱為膨脹聚苯板或是模塑聚苯板。EPS板將聚苯乙烯顆粒作為基本原料, 經(jīng)過預(yù)發(fā)泡加熱后, 利用模具制作出的泡沫塑料板材。泡沫中含有98%空氣及2%的聚苯乙烯, 主要可分為阻燃型與普通型兩類。EPS板具有價(jià)格低廉、易于加工、吸水性弱、導(dǎo)熱性小、質(zhì)量輕、密度小等特點(diǎn), 在高層民用建筑外墻中得到了廣泛應(yīng)用。但是EPS板使用的溫度不能高于75℃, 遇火易燃、氧氣指數(shù)低, 于是不少專家學(xué)者進(jìn)行了一系列的EPS阻燃研究工作。聚苯乙烯阻燃方式有很多, 主要包括黏土阻燃、膨脹阻燃、無機(jī)阻燃、磷系阻燃、鹵系阻燃、本體阻燃等方式, 其中, 本體阻燃指的是將鹵、磷、氮族元素適當(dāng)引入聚苯乙烯分子鏈上面, 實(shí)現(xiàn)阻燃的目的, 而另外幾種阻燃方式為添加型阻燃。鹵系阻燃是一種傳統(tǒng)的阻燃方式, 具有很高的阻燃效率, 但是在燃燒過程中會(huì)出現(xiàn)大量的有毒氣體和煙霧。隨著城市化進(jìn)程的`加快, 人們環(huán)保意識(shí)逐漸增強(qiáng), 相關(guān)部門也制定了一系列政策與法律法規(guī)明令禁止使用含鹵阻燃劑, 無鹵阻燃成為未來阻燃劑發(fā)展的主要趨勢(shì)。無機(jī)阻燃與膨脹阻燃的發(fā)展也較為迅速, 研究表明, 三聚氰胺、季戊四醇、聚磷酸銨在高溫下能夠共同形成一道保護(hù)層, 對(duì)O2與熱傳遞的擴(kuò)散起到了一定的阻隔作用, 實(shí)現(xiàn)了阻隔的目的, 而且降低了可燃煙霧與氣體的排放量, 防止聚合物的燃燒與滴落。氫氧化鎂與氫氧化鋁作為重要的無機(jī)阻燃劑, 和無機(jī)阻燃改性劑結(jié)合使用后可以獲得更好的阻燃效果。
2 高層民用建筑外墻無機(jī)保溫材料的種類與特點(diǎn)
2.1 泡沫玻璃
泡沫玻璃的主要原料包括非金屬礦、粉煤灰、廢玻璃等, 加入一定的改性劑、助溶劑、穩(wěn)泡劑及發(fā)泡劑后, 進(jìn)行粉碎和混合成為配合料, 通過模具的使用及加熱處理, 最終制作成為內(nèi)部氣泡均勻的一種多空玻璃材料[3]。20世紀(jì)40年代, 法國(guó)第一次成功制作泡沫玻璃, 這種泡沫玻璃將玻璃作為主要原料, 將碳酸鈣作為發(fā)泡劑, 使用耐火模具加熱發(fā)泡, 最終制作成一種輕石狀材料。泡沫玻璃的主要應(yīng)用領(lǐng)域是工業(yè)保溫隔熱工程, 在民用建筑保溫領(lǐng)域的應(yīng)用相對(duì)較少, 而在高層民用建筑外墻保溫領(lǐng)域中的應(yīng)用份額更是少之又少, 原因在于泡沫玻璃的生產(chǎn)成本十分高昂, 會(huì)耗費(fèi)建筑企業(yè)大量的建筑資金成本。目前, 降低泡沫玻璃的制作成本、提高成品率成為其應(yīng)用于民用建筑外墻保溫的重要問題。
2.2 巖棉
作為性能相對(duì)不錯(cuò)的無機(jī)保溫材料, 巖棉是應(yīng)用于民用建筑外墻最早的一批無機(jī)保溫材料之一。在歐洲, 巖棉在高層民用建筑外墻中的應(yīng)用高達(dá)1/5。巖棉的主要原料是輝綠巖、玄武巖, 通過添加適當(dāng)?shù)妮o助料, 在池窯或是沖天爐里融化, 用極大的壓力加以強(qiáng)吹, 然后驟冷形成纖維狀態(tài), 或是把溶液放在多級(jí)回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子中利用離心力轉(zhuǎn)動(dòng)形成纖維狀態(tài)。當(dāng)前建筑行業(yè)的巖棉板包括三維法巖棉板、擺錘法巖棉板及沉降法巖棉板。熔體配方酸度系數(shù)是最重要的纖維內(nèi)在因素, 如果酸度系數(shù)過低, 纖維的強(qiáng)度便不能滿足生產(chǎn)需求。巖棉是一種纖維保溫材料, 具有很強(qiáng)的吸水性, 吸水過多會(huì)極大的增加導(dǎo)熱系數(shù)。因此, 應(yīng)在一定程度上降低巖棉的吸水性。作為一種外墻保溫材料, 巖棉的制作流程較為嚴(yán)格, 這樣才能使制作出的巖棉應(yīng)用于建筑外墻時(shí)能發(fā)揮較好的保溫效果。
3 結(jié)語
綜上所述, 建筑保溫技術(shù)是建筑節(jié)能技術(shù)的主要組成部分之一, 外墻保溫技術(shù)則是建筑保溫技術(shù)的核心元素。我國(guó)通過多年來對(duì)外墻保溫技術(shù)的應(yīng)用與研究, 獲得了不錯(cuò)的成就。在高層民用建筑中采用適合的外墻保溫材料, 能夠有效推動(dòng)我國(guó)建筑節(jié)能的進(jìn)程, 實(shí)現(xiàn)建筑行業(yè)的又好又快發(fā)展。
參考文獻(xiàn)
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[2]陳一全, 劉冉, 朱傳晟.寒冷地區(qū)居住建筑基于節(jié)能75%和防火設(shè)計(jì)要求的圍護(hù)結(jié)構(gòu)技術(shù)經(jīng)濟(jì)成本分析與研究 (上) [J].墻材革新與建筑節(jié)能, 2017 (11) :62~64.
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