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膨胀型聚苯板薄抹灰外墙外保温系统的应用研究 

 

    摘要   膨胀型聚苯板薄抹灰外墙外保温系统在我国建筑保温节能工程上的应用已有多年,从始至今,在业界引起不少争议,主要集中在安全性、实用性、使用寿命、生态与环保、应用实践等方面,本文就业内普遍关心的这些问题进行探讨。

     主题词    聚苯保温板 建筑保温    建筑节能    节能研究

一、          前言

建筑保温节能,其目的和意义就是节约能源、减少污染物排放。在国家政策性进行强制推广下,全国每年新增的建筑必须做外墙保温,再加上既有建筑和广大农村住宅的将进行节能改造,其总量是相当宏大的,产业规模十分庞大,需要大量的保温材料、辅助材料、水泥、矿砂或水洗河砂、聚合物等大量原材料,而这些原材料的生产又需要消耗大量的资源、能源,生产过程还要产生污染,对人居环境和生态环境造成严重的不良影响,若干年以后,当其使用寿命被终止,还要回到环境中,或被循环再利用,或污染环境。

如果大量使用发泡型聚苯板、挤塑板、聚氨脂喷涂、聚苯颗粒等有机保温材料,其生态环保灾害后果是十分可怕!这些典型的非生态产品,虽在保温隔热性能上比较好,但其它方面的效益却很差,应慎之又慎。

二、 聚苯乙烯发泡塑料的材料性质

1聚苯乙烯化学性质

聚苯乙烯(Polystyrene,简称PS)是一种无色透明的热塑性塑料聚苯乙烯的化学稳定性比较差,可以被多种有机溶剂溶解,会被强腐蚀,不抗油脂,在受到紫外光照射后易变色。

2.聚苯乙烯发泡塑料化学性质

聚苯乙烯发泡塑料是可发性聚苯乙烯板的简称(简称ESP,又称苯板),属于一种热塑性材料,它由含有挥发性液体发泡剂的可发性聚苯乙烯(EPS)颗粒,经加热预发泡后在模具中加热成型,具有微细球型闭孔式蜂窝结构的特点,在密度与容重为18-30kg/m3),每立方米体积内含有300-600万个独立密闭气泡,内含空气的体积为98%以上,由于空气的热传导性很小,且又被封闭于泡沫塑料中而不能对流,所以EPS是一种隔热保温性能非常优良的材料,它既可制成不同密度、不同形状的泡沫制品,又可以生产出各种不同厚度的泡沫板材,聚苯乙烯发泡塑料属于有机化学材料。

聚苯乙烯发泡塑料产品技术指标
密度(kg/m3):15-30
导热系数(W/mh):
0.041
抗拉强度(kg/m2):2.5-3.5

 3发泡塑料材性与应用
   
发泡塑料种类有:聚苯板(EPS)、挤塑聚苯板(XPS)、喷涂聚氨酯(SPU)、聚苯颗粒等。有机发泡型保温材料具有质轻、可加工性好、致密性高、保温隔热效果好,但缺点是:不耐老化、抗紫外线照射和耐冻融性都很差(特别是用于外墙保温工程)、易降解、变形系数大、稳定性差、安全性差、易燃烧、生态环保性很差、施工难度大、工程成本较高,其资源有限,且难以循环再利用。

3聚苯乙烯发泡塑料对人居环境与建筑的不利影响

研究表明,有机发泡型保温材料由于各个气泡处于全密闭状态,即不能透气,水气无法自动平衡,使墙体内部空气与外部空气无法交换形成对流进行微循环,虽有很好的保温隔热效果,但对于室内空气生态良性循环,室内空气的调节与改善,人居环境的舒适度等有不良影响;此外,有机发泡型保温材料可使墙体完全丧失呼吸功能、墙体材料中的有害物质和水分难以被分解与排出(如盐、碱等),建筑不能“养生”,这些有极强腐蚀性的物质长期存在于墙体材料中,不利于建筑结构与墙体材料的稳定和使用寿命的延长。
  三、聚苯板薄抹灰外墙外保温系统的材料与技术问题

1、      材料问题

聚苯板薄抹灰外墙外保温系统的各种材料,如聚合物砂浆、钉、玻纤网、苯板等,虽然存在质量等级之分,但各个单一材料并不存在太大的质量问题。聚合物砂浆中的水泥、矿砂、聚合物添加剂等各个单一原料虽有质量等级之分,也不存在太大的质量问题。

聚苯板薄抹灰外墙外保温系统的主要材料:砂浆(其中砂浆是无机胶凝材料,分粘结砂浆和抹面砂浆),

苯板(苯板为油性的有机材料)。这二者从发明至今数十年、甚至上百年历史,已被公众所熟知,为成熟产品。但是,用水泥砂浆粘贴塑料类材料不会有良好持久的粘结效果(老祖宗已留给我们的经验:水泥与木材类、纸质类、塑料类、橡胶类不会有可靠的粘结效果!),就是塑料与塑料之间的粘结,采用溶剂性高强粘合剂,也是很难用冷粘的办法进行稳固粘结,来保持数十年、甚至上百年的粘结效果。

2、砂浆改性问题

用建筑乳液、可再分散乳胶粉、聚乙烯醇类产品,添加到砂浆中使砂浆改性的办法,以增强水泥砂浆的柔性和粘结强度,从理论和实践上,都是错误的。在理论上,水泥属于无机水硬性胶凝材料,它的强度是通过水的作用而实现的,换言之,离开水的作用,水泥不会产生任何强度;聚合物砂浆中普遍使用的是普通硅酸盐水泥,而普通硅酸盐水泥约180多年的历史铁证:其强度与性能的发挥,必不可少要有一个条件和一个稳定的过程。一个条件,就是水化条件,而且是充分水化;一个过程,就是其强度形成是从由弱到强的稳定过程,而不是由强到弱。水泥从水化到凝结是一个连续性很长的过程,这一过程自始至终都是离不开水的作用,在这个过程中通过水的作用,水泥的强度会由弱到强地增加,并越来越稳定。多年的应用和实践表明,凡早强的水泥,其后期强度和稳定性都会差。在实践上,北京早期的聚苯板薄抹灰外墙外保温工程上,聚合物砂浆中有双组分(用大量的乳液)、有单组分(当时没有国产乳胶粉,采用进口乳胶粉,其添加量约3040公斤/吨砂浆),粘贴后做拉拨试验,泡沫板可全破坏,但时间一长,发现并不可靠,只好又用膨胀螺丝钉将泡沫板钉在墙上,以增加安全可靠性。在八十年代末至九十年代,聚乙烯醇缩甲醛胶粘剂被广泛用于砂浆中作为瓷砖粘结剂和外墙抹面砂浆中作界面剂,也因失败而被淘汰。这并不是聚乙烯醇胶水、乳液、乳胶粉的性能有何不好,主要问题在于这些有机化学胶粘剂,可以促使水泥过快早强,使水泥砂浆较快地达到较高的粘结强度,之后随着胶膜的老化,其作用渐渐失去,水泥砂浆的强度反而会大大降低,这是因有机化学胶粘剂在砂浆中达到一定量时,水泥砂浆的微细孔会被全封闭,墙体中的水气与盐碱聚集在一起,砂浆的粘结力受到破坏,此外,由于微孔被封闭,砂浆通过其微孔的呼吸功能,来吸收环境中水气进行自养护的能力被丧失,水泥砂浆后期稳定性都很差,不能达到最佳强度(参考文献:生态多功能树脂型胶粉与干混砂浆研究/中国保温建材科技网WWW·bwjc·cn  /作者:周广德)。笔者认为:聚合物干混砂浆主要靠水泥的胶凝作用,最终也只有水泥砂浆才能在外墙上达到几十年、上百年稳定的粘结性能,任何化学胶粘剂是不可能达到这一性能的。因此,聚合物在砂浆中的主要作用,是促进水泥充分水化,可持续保水养护,其微孔可以利用环境条件自动平衡水气进行自我养护,使砂浆后期的强度和稳定性不断增加,达到较长的使用寿命。

3、工艺技术问题

聚苯板薄抹灰系统主要的工艺技术难题是:一是聚苯板属于有机油性材料,质轻、强度低、不耐老化、抗紫外线照射和耐冻融性都很差(特别是用于外墙保温工程)、变形系数大、安全稳定性差、易燃烧、易降解、使用寿命有限(达不到与建筑物相等的使用寿命);二是聚苯板的正反两面的界面难以与聚合物砂浆保持长久稳定的粘结性能(参考文献:膨胀型聚苯保温板粘结的安全性问题/中国保温建材科技网WWW·bwjc·cn /作者:周广德)。砂浆与墙基层、瓷砖、外墙腻子的粘结是稳定的,这说明砂浆的粘结力是没有问题的,问题就在于易变形、耐久性、强度都较差的聚苯板正反两面界面与砂浆的粘结上。目前聚苯板薄抹灰系统的工艺技术方面,水泥墙上或实心砖墙上采用先粘后钉,只要工艺技术严格到位,短期一般不会有什么问题出现;技术难题较多集中在抹面砂浆和外墙腻子的龟裂、空鼓、脱落问题上(参考文献:干混砂浆、外墙腻子裂纹、裂缝的成因分析与控制技术/中国保温建材科技网WWW·bwjc·cn  /作者:周广德),目前抹面砂浆的市场售价普遍在12001600/吨,还有低于一千元一吨的价格,在原材料价格普遍上涨,工程承揽单价不断走低的情况下,如何既能降低成本,又可以确保工程质量?经过试验,笔者推荐用水泥砂浆加一定量的优质乳液配合后作界面剂,先在聚苯板面上刷一层界面剂的办法(厚度为1毫米左右),刷完后贴上加强网,再抹一遍抹面抗裂砂浆(抹面砂浆厚度为23毫米),效果较好,甚至要比全用弹性砂浆要好,成本也低,保持稳定的时间也较长。添加优质乳液进行界面处理,有两个作用,一是封闭聚苯板表面微孔、加固和保护聚苯板、延长其使用寿命,二是经过界面处理后,抹面砂浆更容易附着,变形系数较小,可以大大降低工程质量风险。

2、      实际应用

聚苯板薄抹灰系统在外墙外保温工程上的应用,应根据各地区气候环境状况、墙体结构、墙体材料的特点以及保温节能的实际需要来决定(比如:北方寒冷地区和相对暖和的南方地区,建筑物的东、西、南、北四面墙与屋顶的保温隔热层应有不同的设计与施工等),有针对性地选择比较适合的保温材料、施工工艺、合适的保温层厚度,还要注重所选用材料的保温性、耐候性、安全性、资源与生态环保性等(参考文献:建筑外保温系统研究与展望/中国保温 建材网WWW·bwjc·cn  /作者周广德),要做到既有长远的实际节能效果、又有利于生态环境的保护和资源高效可循环利用。

3、      其它问题

聚苯板的耐候性、抗老化问题和强度低、易变形、承重力差的问题,比较突出,在高层建筑、沿海台风频繁地区、又特别是在聚苯板保温层上贴瓷砖、釉面砖的建筑,应特别谨慎,否则,很容易出现严重的安全与质量事故。

聚苯板防火也是一个大问题,聚苯板薄抹灰系统将整面墙的保温层用加强网连成一片的做法,一旦发生火灾,里面的聚苯板被烧毁,保温层上面重达数吨、数十吨的抹面砂浆、外墙腻子、瓷砖等会大面积、瞬间从上至下整体性脱落,安全隐患极大。

四、聚苯板薄抹灰外墙外保温系统的生态环保问题

发泡型聚苯板、挤塑板、聚氨脂喷涂、聚苯颗粒等有机保温材料从原料石油到聚苯乙烯石化产品,再到聚苯乙烯发泡塑料板材成品,要经过三次以上的能源消耗,并对环境产生三次以上的严重污染,这些有机化学材料含有害物质,如大量用于墙体保温,对于室内空气的净化和人居环境的舒适度等有不良影响,还对自然生态环境系统产生非常严重的、长期的灾难性后果。因此,经济发达国家对于有机保温材料在建筑保温节能工程上的应用,是非常谨慎的,我国却大规模地应用于建筑外墙外保温工程,有机发泡保温材料的安全稳定性和使用寿命是极其有限的,一旦这些材料由于技术问题或使用寿命终止,成为建筑垃圾,就会出现到处都是堆积如山的废弃聚苯板、环境中到处飘散的是难以搜集的废弃聚苯颗粒,这些废料不能焚烧、难以循环再利用,回到环境中,就会造成相当大的生态环境灾害,贻害子孙后代,让我们付出比节能所得收益还要大数倍的代价。

五、聚苯板薄外墙外保温抹灰系统的应用前景

发泡型聚苯板、挤塑板、聚氨脂喷涂、聚苯颗粒等机保温材料,虽不会在短期内被立即禁止使用,但会受到限制,直至最终被其它保温材料所取代。目前在上海、河南、四川、重庆等省市成功地推广新型无机复合类高效保温材料及其应用技术,研究与应用表明新型无机复合类高效保温材料及其应用技术,是完全可行的,能满足建筑节能的实际需要,有更可靠的安全稳定性和长期使用寿命,并有益生态环境保护和资源高效可循环利用,符合我们的长远利益。因此,发泡型聚苯板、挤塑板、聚氨脂喷涂、聚苯颗粒等机保温材料的发展前景不被看好。

综述

建筑节能,绝不仅是节能指标的问题,不能看眼前,要注重综合效益、长期的效益,我国建筑保温节能事业任重道远,如何将建筑保温节能事业与我们建筑节能的实际要求、资源有效利用、人居环境和生态环境的保护等长远利益和谐发展,今后建筑保温节能必须高效、务实!

 

                                            20071118于北京通州

附:作者简介

周广德,男,北京环益美高分子聚合物研究所总工程师,从事科技工作二十年整,有多年的理论研究和丰富的实践经验,为上千家企业、几百个工程项目提供过上万次的技术咨询服务,发表专业论文十余篇,其中有四篇论文获得优秀论文奖,有两篇论文入编《中国现代化建设研究文库》,其专业技术水平受到业内人士好评。主要研究方向:高分子材料、生态建材、建筑保温节能技术、内外墙各种腻子、技术咨询服务等

邮编及地址:101113北京市通州区张家湾镇西北京环益美高分子聚合物研究所

联系电话:(01061568560   61569859 13501258798   

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