

建筑物墙体隔热保温材料与建筑墙体材料结合的探索 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
作者:谢文丁 发布于:2012/10/23 16:03:49 点击量: | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
摘 要:在建筑墙用材料寻求保温隔热性能的改善,与建筑用保温隔热材料也在不断创新的情况下,二者的追求目标是一致,途径不同。如何将两者的发展和创新结合是广大科研工作者应共同求索的问题。 建筑墙体材料保温的提出是迫于全球对环保与节能的大势所趋,而且越来越迫切。2009年12月联合国哥本哈根世界气候峰会上直接提出一个口号:为了不失去“拯救人类的最后一个机会”、“立即行动改变未来”。作为我国的国策也越来越具体的出台了多项方针政策,甚至于用强制性的措施来推动。
我国的建筑墙用材料一方面占用了大量土地资源,另一方面又要消耗大量能源。资料表明,我国每年仅粘土砖用量就在9000亿块以上,仅此一项就使数十万亩粮田流失,而烧制粘土砖又要耗煤上亿吨,近年来尽管已采取了许多措施,但未从根本上解决问题。
在长期从事绝热材料的开发与应用中,对于建筑业领域里作建筑物墙用隔热保温材料方面深有体会,“墙体材料”与保温材料虽一直是一个“主”与“辅”的关系,但因节能又不能不紧密配合,墙体要用隔热保温材料提高建筑物的隔热保温功能,隔热保温材料也要改善与“墙体”现有的依附状态,这种“互补”的关系,推动着技术的交流与相互促进,但这种交流与促进只是“各自为政”,各自寻求自己的“出路”,至今没有一个尽善尽美的结果,更没有以互相取长补短而产生一个“合力”。理论与实践证明应该是有一个统一的解决方法。
1. 从“主”与“辅”的开发现实表现这种“合力”的可行性
近年来,建筑墙体材料的开发与应用已越来越多的向着自身具备隔热保温功能的方面而进取着,辟如多孔墙砖(空心砖)在“孔”上下功夫,使墙砖体轻、省料了;又在“孔”中填充保温材料(如聚苯颗粒,EPS合成材料等)用以提高隔热保温效果;进而又在墙砖体内制造气孔(例如用铝粉、矿物、生物、废弃物、甚至锯末、桔秆等)实际是类似芯内炭化,这些都是使墙砖体内产生气泡而更具隔热保温功能。但是,随着而来的诸如墙体结构要变化,如孔型、孔间距、孔隙率、整体承重能力(抗压强度、抗拉度等)抗震、吸音甚至使用寿命等,更重要的是始终没有摆脱“土”的材质和制作高耗能的局面。
而隔热保温材料的开发与应用,也一直在努力追求其隔热保温的最佳效果,如:
①要以环保要求为主题,所用材质对人体与环境是健康无污染的,而且可以回收再利用;
②要其使用寿命应与建筑物体同步,而且一经使用要保持其功效经久不衰;
③要制作方便,使用方便,其品种要多样(能喷涂(砂浆干粉)能砌板(尺寸大小厚度不同的硬质板材)以便与墙材匹配便于施工;
④材质的防火等级必须在A级以上,这就确定了它必须是无机质的材料,因此,也有一个本质的变革,即材质就是必须改变甚至淘汰一直盛行的有机质材料(EPS、XPS聚氨酯泡沫板等石油化工副产品)。
这些举措也始终没有摆脱辅助材料的地位。仍然处在墙体作好了,保温材料才能上墙,期间增加了许多难题,包括施工两张皮,难以作到施工一体化,误工误时,加大建设费用,而且用有机保温材料引发的火灾,已令世人触目惊心。另外使用的有机材料其寿命短(理论上只能用20年),在使用中其功能逐渐衰竭而失去保温功能,废弃时又难以降解,污染环境,遗患无穷。
通过以上观察了墙体材料和保温材料各自的变化及其现状,就不难看出,两者的大目标是一致的,只是在各自领域里发展变化,如何将两者结合,以实现即节能又环保的大目标,避免走着重复又曲折的开发之路。
2.“和”则有可能开辟一个墙体材料结构的大变革
在政策强力督导下,建筑物基础墙体材料经历着重大的变化,先将粘土实心砖改变为空心砖,又先后开发了混凝土砌块,粉煤灰砌块等,在节“土”节能上取得了一定成效;而保温隔热材料也随之不断发展,使二者的相互依存越来越密切,在节能与环保的大势驱动下,都在为创建和谐健康的人居环境做着贡献。将两者的节能环保的开发“结合起来”也许会开辟一个新天地。而且已经有以下几个方面的尝试:
①以无机质保温材料的基料(水泥、石膏与无机矿物纤维合成材料)逐渐替代以粘土为基料的墙体材基料,从根本上节省土地资源和烧结用的能源,这种替代从理论到实践上都是不难实现的(因为墙体结构最重要的是承重力、抗压强度、抗拉强度、抗震等,这对保温材料也是同样重要的,而保温材料解决承重力上已有很大的进展,并与多种结构方式合力增强;如夹心结构的保温板,其承重强度已可与空心砖相比拟,需要在实现这种结合上继续进行针对性的实践与验证。表1 各种墙体及保温材料性能参数
②推动新型墙体结构的改革,当前墙体材料(空心砖、各种砌块)基本上都是以填充的方式,配置在框架结构中或圈梁与承重梁结构中,这种结构对填充物(如各种材质墙砖)的承重力要求并不高,这就给墙砖自身结构提高保温性能创造了条件(如:作造孔、加入类似膨胀珍珠岩的辅料等)。这种作法正是新型保温材料所具有的用材优势,双方作法十分吻合。保温材料所作的硬质板材、夹心板材也正是以这种形态被轻质钢结构的房屋所青睐,况且在它把面板压制成具有各种图案时又可与装饰要求结合为一体化,实现了墙体保温化、表面装修三结合的目标。
图1 夹心保温板结构
1-硬质板;2-夹心保温材料;3-装饰图案;4-加强筋;
表2建筑墙体材质与建筑用隔热保温材料的对比及变化
③有效的实现着保温材料无机化,墙材保温化,形态多样化,集保温、节能、防水、防火、防潮、吸音等多功能于一身,一经使用其功能长久不衰,且寿命能与建筑物同步,又从根本上消除了污染环境的因素,可实现安全、节能、环保的目标。
④这种“合而为一”的多品种、多形态、多用途、多功能的产品,形成了制作一体化,施工一体化、省工省时,一步到位(在活动房、轻质钢结构建筑中还可以自由装卸)。可以作到设计、制造、施工一条龙服务。
3.“和”在科学发展观指导下因循渐进以促成新的“贡献合”
现实告诉我们,无论从发展前景和两大体系各自作的研发工作来看,“和”是方向,并且有良好的基础有条件。
3.1 墙砖材料的变化
现在的墙砖材料在变轻(取材上选轻质材料)变得更具保温功能上(结构空心、充填保温材料,自身造孔等)这些举措正是保温隔热材料所具有的优化配置方法,而且采用了最优的填充料(膨化玻化微珠),以及一种发明技术使产品中产生大量密闭而孤立的类真空空穴(气泡),使保温隔热功能更佳。这种技术已同时运用在工业绝热上,曾在绝热技术“比武”上位列前茅,其综合性能已可使建筑物体以“窑洞效应”打造冬暖夏凉的节能型、环保型、安全性三型合一的人居环境。因为它具备了全无机质结构,防火A级安全系数高,可与建筑物体同寿命;在生产使用拆除全过程均无“三废”排放,环境健康有保证,还可以根据不同要求采取不同配方,增加其呼吸、调湿、防火隔断等功能。这些作法可使墙体与保温材料二者有着珠联璧合的效果。现行保温隔热材料已有的缺点又正是墙体材料所具有的优点,同样需要吸取,可见“和”则双赢。
3.2在结合中优存劣汰,优势互补
①先从结构上做起,在墙体承重要求下,找出墙材与保温材料二者的结合点,这种结合首先在材料的配置上既要符合要求的承重能力,又要具有较好的保温隔热效果。一般来说材料的强度(抗压、抗拉等能力)和重量与保温效果成反比,这是“和”的第一个难题,而且完全要靠材料质量本身解决是很难作到的。因此,这就要从建筑结构上下功夫。我们探索了建筑物整体结构,目前通用的方式有框架结构、圈樑和承重樑结构,轻质钢结构等,墙砖(粘土砖、空心砖、各种材质的砌块等,当然也有大板、隔墙板),均以填充物方式砌入这些结构的框架中形成一个整体的墙体,我们也知道这种结构同时希望这些填充物体在有一定强度要求下越轻越好,这是现在的技术水平能够作到的,而墙体与保温材料的合二为一时不必象现在所用的墙体材料那样高的强度,其重量也可以大大减轻,加上其提高保温功能时的措施,更加接近建筑用保温材料的配制方法,而保温材料提高其强度所采取的材质又接近墙体材料所用的新材质(混凝土、粉煤灰等)这种走势必然会以优势互补促成新的结合。
②提高墙材的保温隔热功能是比较容易作到的,因为从保温隔热材料本身来说,我们已有水泥基型的(以水泥为基料+复合矿物纤维)石膏基型的(以石膏为基料+复合矿物纤维)这些配制的材质其承重力已比较大(其综合优势已在上述中表明可以互相借鉴),承载能力已在实验中得到了相应的认可(见表3)。
表3 水泥基型和石膏基型的墙体材料实验性能参数
3.3制造设备的适应性可分以下三种情况
①对现有的制砖设备仍然可充分发挥其作用,只是在不用粘土材料作坯料的情况下,改制出新的配料设备(如搅拌机等)用配好新的材料在用当前各种制砖设备上制成新砖坯,此实验我们曾在河北某砖机厂试过,很容易成型(见图2)而这种配制成型后的“砖”不用烧结,只需干燥(烘干或自然干等)。
图2 新型砖成型
②空心砖机制的空心砖则可用新的保温材料直接填充(已有这种填充的专用设备可采用)。
③其它形态的制作设备
将墙体保温材料制成硬质板材,可直接与夹芯板制作设备以合成保温夹芯板,装饰一体化板材,用不同尺寸、不同厚度,同时可裁以适量轻质钢结构、彩钢板夹心用。同时由于材料本身又具有防火能力,还可用于防火门业等。
4. 结论及建议
①建议以墙材研究院为首吸收建筑结构设计人员,墙体材料研究人员(以已在开展这种课题者为主)保温材料研究人员(同样以有此项课题者为主),制造企业等组织成联合课题组。
②立项 :在进行针对性调查研究的基础上制定立项报告。
③争取列入国家(或省级)计划实施。
参考文件:
[1] 实用建材手册,上海市建筑材料行业协会编,上海科学技术出版社(第二版);
[2] 新型建筑材料施工手册(第二版),新型建筑材料专业委员会,中国建材工业经济研究会,中国新型 建筑材料(集团)公司编著,中国建筑业出版社;
[3] 绝热材料与绝热工程(谢文丁主编)国防工业出版社。
收稿日期:2012-1-30
作者简介:谢文丁(1936-),男,西安能源研究会会员,西安涂装防护协会理事长,长期从事保温新材料的研究。
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