张鑫越
山西应用科技学院030062
摘要：建筑外墙保温材料的使用对实现建筑节能有重要的意义。结合国内外研究现状和趋势，通过对有机保温材料、无机保温材料和有机无机复合保温材料这三类保温材料的研究应用现状进行概述，指出兼具耐火性能和保温性能的无机保温材料和复合保温材料是未来保温材料发展的主要方向。
关键词：建筑节能；保温材料；发泡混凝土；复合保温材料
1、引言
随着人类对生活质量要求的不断提高，建筑物所消耗的能源日益增多，全世界的建筑物每年所消耗的能源占到了天然能源消耗的20%～40%。我国是建筑大国，截至2013年底，我国的建筑面积年建成量比所有发达国家的总和还大，而其中的高能耗建筑占比超过97%，建筑物能耗已经成为我国经济发展的巨大负担。我国80%的建筑能耗是由于墙体传热而产生的，所以要实现建筑节能，必须要提高建筑外墙的保温性能。保温材料可以通过减缓热对流、热传导和热辐射来降低墙体的导热系数，从而提高其保温性能，是实现建筑节能的关键[1]。一般将导热系数小于0.14W/(m?K)的材料称为保温材料，根据材料性质的不同，常见的保温材料主要分为有机保温材料、无机保温材料和有机无机复合保温材料三大类。
1、有机保温材料
有机保温材料由于其保温性能优异、密度小且防水性能好的优点而得到了广泛应用。常用的有机保温材料有聚苯乙烯泡沫板（EPS/XPS）、聚氨酯硬塑料泡沫板（PU）和酚醛泡沫板（PF）等。但在实际使用过程中发现其耐久性差易老化，且耐火性能差，在火灾中很容易被引燃，造成很大的安全隐患而逐渐被限制使用。
聚苯乙烯塑料泡沫板（EPS）是应用较为普遍的一种保温材料，是EPS微粒经过发泡和加压后形成的含有大量微小闭孔结构的材料，其特点是密度小、隔声性能好、导热系数低，有一定的缓冲性能、吸水率低且易加工。为了提高其防火性能，有研究通过加入纳米阻燃剂、改变聚合物的分子量及改变发泡剂的组成和添加量等措施，将其防火等级提高到了B1级[2]。聚氨酯硬塑料泡沫（PU）是目前保温材料中保温性能最好的保温材料之一，其闭孔率达到了95%以上，使得其防水性能高、保温性能好，而且这种材料韧性好，抗冲击性能好。但其阻燃性能差使得其应用受到限制。DuquesneS等人[3]通过加入膨胀剂EG提高了PU材料的阻燃性。酚醛泡沫板（PF）不仅保温效果好，而且化学稳定性能好，耐火性能达到了B1等级，无害且无刺激型气味，但却有脆性大、易粉化且密度相对较大（1.3g/cm3左右）的问题，周春华等人[4]将预聚体PU加入酚醛泡沫中，发现其冲击强度、韧性都有明显提高且密度有所降低。经过改性处理的有机保温材料的耐火性也仅能达到B1等级，在越发注重建筑安全的社会中很难进一步地推广应用。
2、无机保温材料
常见的无机保温材料有岩棉、膨胀珍珠岩、微孔CaSiO3、泡沫混凝土等，其无机物的属性都使其防火等级都达到了A级。但普遍存在吸水率高、导热系数相对有机保温材料较高的问题。
矿棉的主要原料是玄武岩或辉绿岩，是一种无机纤维材料，具有持久的隔热性能和良好的机械性能，但其纤维粗短且脆性较大，施工和应用中会断裂和脱落，引起皮肤和呼吸道方面的疾病[5]。膨胀珍珠岩是珍珠岩加热膨胀后形成的轻质多孔的粒状材料，膨胀倍数可达原来的10~30倍，使其隔热隔声性能优异。但膨胀珍珠岩易吸水，制成墙体材料后易吸水鼓泡开裂影响使用，同时吸水会使导热系数升高，保温性变差。微孔CaSiO3是水化硅酸钙掺以纤维制成的保温材料，导热系数一般在0.055-0.062W/（m·K），其中硬硅钙石保温板可耐受1000℃的高温。但是目前工艺制备的微孔硅酸钙保温板的吸水率高耐久性差，使得其使用场所受到限制[6]。泡沫混凝土是通过发泡剂将气体引入到混凝土材料中，由于其多孔且质轻使得其具有良好的保温、吸能减震、隔声的优点，而且胶凝原料中可以引入粉煤灰、高炉矿渣等工业废弃物使得其成本低廉，与有机保温材料相比，无机硅酸盐属性使其可以做到与建筑物同寿命，耐久性好，耐火性能优异；与矿棉、膨胀珍珠岩、微孔CaSiO3等无机保温材料相比，其制备工艺成熟，强度较高且价格低廉，作为建筑物外墙保温材料前景十分广阔[7]。
3、复合保温材料
有机保温材料质轻且导热系数低，无机保温材料防火耐久且强度高。有机/无机复合保温材料将有机保温材料和无机保温材料组合在一起，取长补短，克服了单一材料的缺点，既达到了保温材料对保温隔热的要求，还有较高的安全性。林建好等人[8]以聚氨酯硬塑料泡沫为芯材，外表面以普硅水泥为主要胶凝料制备的发泡混凝土作为面材，研制出新型复合保温材料，达到了建筑围护节能65%的目标。朱传晟等人[9]先制备出有凹槽的发泡混凝土材料，然后将聚苯乙烯颗粒注入凹槽进行塑料颗粒发泡，制备出后模塑发泡聚苯夹心复合保温材料，大幅提高了复合保温材料的产品合格率。杨甜等人[10]在泡沫混凝土的制备过程中将废旧的EPS颗粒加入，制备出了EPS颗粒泡沫混凝土，具有优异的保温性能。
4、结论与展望
有机保温材料由于其燃点低易引发火灾，经过改性的有机保温材料耐火性最高也只能达到B1级。鉴于目前世界各国对于建筑安全的高度重视，耐火性更好的无机保温材料、有机/无机复合保温材料必将成为以后保温材料的发展方向，其中发泡混凝土由于其各项性能相对优异，成本低廉的特性必将在外墙保温领域有大量应用，而且发泡混凝土保温材料也更容易与有机材料复合，制备出密度更低、保温效果更好的复合保温材料。
参考文献:
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[3]DuquesneS,BrasML,BourbigotS,etal.Thermaldegradationofpolyurethaneandpolyurethane/expandablegraphitecoatings[J].PolymerDegradation&Stability,2001,74(3):493-499.
[4]周春华,刘威,解竹柏,等.酚醛树脂泡沫塑料增韧改性的研究[J].济南大学学报:自然科学版,2004,18(3):243-245.
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[9]朱传晟,刘传伟,衣龙正,等.后模塑发泡聚苯夹芯复合保温砌块的生产与应用[J].墙材革新与建筑节能,2014(3):35-39.
[10]杨甜.添加发泡剂胶结EPS颗粒泡沫混凝土成型及保温隔热性能研究[D].河南工业大学,2016.