土建工程中新型保溫材料開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

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摘要：土建工程經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，在可持續(xù)發(fā)展理念的指導(dǎo)下已經(jīng)進(jìn)入了新的階段，各種類型的節(jié)能環(huán)保材料開(kāi)始應(yīng)用于土建領(lǐng)域，同時(shí)，新技術(shù)和新工藝的開(kāi)發(fā)也在不斷發(fā)展和成熟。建筑設(shè)施中，保溫性能是尤為重要的一環(huán)，關(guān)系到住戶的居住體驗(yàn)。在全世界走向節(jié)能環(huán)保化的潮流下，新型保溫材料逐漸受到土建領(lǐng)域的重視，提高保溫性能的同時(shí)做到環(huán)境友好，具有相當(dāng)高的作用價(jià)值，同時(shí)契合社會(huì)發(fā)展潮流。該文對(duì)新型保溫材料的應(yīng)用必然性進(jìn)行論證，對(duì)當(dāng)前市場(chǎng)常見(jiàn)的新型保溫材料的特點(diǎn)和應(yīng)用進(jìn)行了簡(jiǎn)單的歸納和分析。

關(guān)鍵詞：建筑節(jié)能；土建工程；新型保溫材料；工程應(yīng)用

隨著世界工業(yè)化發(fā)展，能源問(wèn)題成為各個(gè)國(guó)家需要面對(duì)和正視的主要問(wèn)題之一。與某些發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)的節(jié)能環(huán)保體系的實(shí)施和運(yùn)行仍有一些差距。但隨著我國(guó)綠色發(fā)展理念深入人心，在土建領(lǐng)域上，對(duì)環(huán)境無(wú)害、有利，節(jié)能效果好的新型環(huán)保材料開(kāi)始慢慢占據(jù)各種建筑工程應(yīng)用材料的主要位置[1]，并且新的節(jié)能環(huán)保功能材料仍在不斷開(kāi)發(fā)和應(yīng)用當(dāng)中，成為建筑工程中材料發(fā)展的新的方向和潮流。

1新型節(jié)能環(huán)保材料的應(yīng)用必然性

1.1環(huán)境友好

傳統(tǒng)的建筑材料一般以木材、磚石為主，在歷史中華風(fēng)格的建筑中，青磚、琉璃瓦和木材的有機(jī)結(jié)合展現(xiàn)了我國(guó)豐富優(yōu)越的建筑審美和獨(dú)特的建筑風(fēng)格，除此之外，土、沙、石等作為輔料也展現(xiàn)了中華建筑的質(zhì)樸和生命力[2]。然而，傳統(tǒng)建筑材料的加工和應(yīng)用過(guò)程中都伴隨著對(duì)環(huán)境的不同程度的污染和破壞，在建筑工程發(fā)展極其快速的今天，傳統(tǒng)建材的應(yīng)用會(huì)導(dǎo)致大量的粉塵污染和水污染，甚至化學(xué)污染和放射污染。相比而言，新型建筑材料大多具有環(huán)境友好性，生產(chǎn)原料易獲得，生產(chǎn)環(huán)節(jié)嚴(yán)格把控，施工簡(jiǎn)單易行，具體有以下三點(diǎn)：新型建筑材料的設(shè)計(jì)原則和生產(chǎn)過(guò)程中，都不得含有重金屬元素（Hg、Ni、Cr、Cu等），有機(jī)污染物如醛類、芳香族化合物、鹵化物和其他大分子碳?xì)浠衔锏榷季哂袊?yán)格的添加限量[3]；新型建筑材料的原料選擇需要滿足易獲得的原則，且不能是不可再生的天然材料，生產(chǎn)技術(shù)需要滿足零污染、低能耗的原則，同時(shí)不能產(chǎn)生二次污染物；新型建筑材料在服役過(guò)程中需要滿足國(guó)家規(guī)定的建筑環(huán)保類文件要求，對(duì)人體健康無(wú)威脅，長(zhǎng)期服役過(guò)程中理化性質(zhì)保持穩(wěn)定[4]。

1.2回收利用

新型建材在保證功能性的前提下，具有較好的環(huán)保性的同時(shí)，也要具有高回收率以便快速有效的達(dá)到對(duì)廢棄建筑材料的資源整合化處理，以保溫玻璃材料和絕熱板材等新型保溫建材為例，通過(guò)對(duì)廢棄物的二次加工利用，降低浪費(fèi)的同時(shí)具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。即新型建筑材料在服役期結(jié)束后，可以經(jīng)過(guò)有效的回收手段，將其改造再利用，作為新的節(jié)能環(huán)保材料或其他功能，以達(dá)到真正生產(chǎn)—施工—廢棄三個(gè)環(huán)節(jié)下的零污染。

1.3舒適性

傳統(tǒng)的建筑材料很難達(dá)到對(duì)建筑物的多功能化處理，新型節(jié)能環(huán)保保溫材料在我國(guó)實(shí)際建筑工程領(lǐng)域中應(yīng)用，通過(guò)合理的建筑設(shè)計(jì)，可以巧妙地節(jié)省建筑空間，同時(shí)達(dá)到相同甚至更好的保溫效果，大大提高了新型建筑工程的簡(jiǎn)潔美觀性和宜居性。通過(guò)對(duì)不同新型節(jié)能環(huán)保保溫材料的應(yīng)用和布局，不僅可以更好地調(diào)節(jié)室內(nèi)的環(huán)境以達(dá)到人體的最適參數(shù)，提高人們居住的幸福感，更能降低傳統(tǒng)建筑工程的施工過(guò)程中具有的有害成分如甲醛、苯酚等，讓建筑居住者享受更健康更安全的居住空間。

2新型保溫材料的工程應(yīng)用

過(guò)去，建筑的保溫性能通常是通過(guò)加厚墻體實(shí)現(xiàn)的，消耗大量建材的同時(shí)保溫能力并不高，而新型保溫材料的應(yīng)用可以有效地降低建筑物內(nèi)產(chǎn)生的熱量損耗，使用合適的保溫、絕熱材料可以切實(shí)改善建筑物內(nèi)的溫度，達(dá)到降低保溫過(guò)程能源消耗的目的[5]。目前的建筑工程領(lǐng)域中，常見(jiàn)的新型保溫材料有很多種，但由于理化性質(zhì)的不同，應(yīng)用方式也有所差異，但都能降低建筑物內(nèi)的熱量流失，達(dá)到理想的保溫效果。同時(shí)，新型保溫材料的施工過(guò)程比較簡(jiǎn)單，且沒(méi)有粉塵等污染物的產(chǎn)生，對(duì)環(huán)境友好。由此而言，新型節(jié)能環(huán)保保溫材料在建筑工程和環(huán)境工程中具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

2.1建筑外墻體保溫材料的應(yīng)用

建筑保溫體系的主要功能承擔(dān)在建筑外墻體的保溫體系中，在對(duì)建筑外墻進(jìn)行保溫施工時(shí)，通常采用的新型保溫材料為板材，常見(jiàn)的新型保溫板材有：（1）建筑外墻保溫板[6]建筑外墻保溫板是由有機(jī)高分子保溫材料為主要組成部分，加之玻璃纖維或金屬網(wǎng)格布增大其與聚合物砂漿的粘附力，復(fù)合而成的有機(jī)高分子保溫板材，最為常見(jiàn)的是聚苯乙烯塑料泡沫板材，按照加工方式的不同，分為模塑型（EPS）和擠塑型（XPS）。外墻保溫板的粘結(jié)施工過(guò)程較為簡(jiǎn)單，保溫效果較好，材料強(qiáng)度高，造價(jià)低廉，耐腐蝕，滿足各類型建筑工程的節(jié)能需求，是建筑工程領(lǐng)域外墻保溫材料的優(yōu)先選擇。（2）保溫水泥模板與聚苯乙烯保溫板不同，保溫水泥模板外墻一般作為隔熱模塊應(yīng)用在混凝土墻體體系當(dāng)中，保溫水泥模板內(nèi)部有著鋼筋架構(gòu)，將混凝土澆筑進(jìn)水泥模板內(nèi)，保證墻體較高的絕熱性的同時(shí)具有相當(dāng)?shù)姆阑鹦浴＃?）巖棉制品板[7]巖棉制品通常是選擇優(yōu)質(zhì)的石料如玄武巖、白云巖和輝綠巖等，將其加熱至粘流態(tài)，經(jīng)過(guò)高速離心等步驟制成纖維狀的無(wú)機(jī)材料，按照巖棉板服役要求的不同加入粘結(jié)劑、憎水劑或防塵油等輔料，固化后切割成標(biāo)準(zhǔn)巖棉板材，巖棉的性能參數(shù)見(jiàn)表1。巖棉板大多應(yīng)用于房屋的保溫隔熱體系中，巖棉板的內(nèi)部孔隙較大，導(dǎo)熱系數(shù)低，耐腐蝕，成本低廉，長(zhǎng)期穩(wěn)定性高，但巖棉板吸水后保溫性能下降較大，需要注意巖棉板的保存和服役環(huán)境的問(wèn)題。（4）泡沫玻璃板[8]顧名思義，泡沫玻璃板的主要原料是玻璃。將玻璃粉碎成為小的玻璃顆粒，高溫熔化并加入發(fā)泡劑等添加劑，發(fā)泡處理后退火制得無(wú)機(jī)非金屬保溫材料。泡沫玻璃板的原料通常選廢棄的玻璃制品，減少生活中玻璃制品廢棄物的危害，同時(shí)帶來(lái)較大的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，符合新型節(jié)能環(huán)保材料的原料選擇準(zhǔn)則。同時(shí)，無(wú)機(jī)非金屬材料的特點(diǎn)使得泡沫板材有著優(yōu)異的防腐、穩(wěn)定性，泡沫玻璃板的主要技術(shù)參數(shù)可見(jiàn)表2。（5）砂加氣混凝土[9]砂加氣混凝土砌塊的生產(chǎn)過(guò)程，由于添加了少量的鋁粉，經(jīng)過(guò)配料和攪拌工藝，鋁粉和其他硅酸鹽，鈣元素復(fù)合反應(yīng)，產(chǎn)生大量的氣孔，因此又稱之為加氣混凝土。由于砂加氣混凝土本質(zhì)上仍然是混凝土結(jié)構(gòu)，所以具有良好的耐火性和穩(wěn)定性。但因其結(jié)構(gòu)具有大量的孔隙，使得砂加氣混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)比常規(guī)的混凝土材料要小得多，一般作為保溫系統(tǒng)的一部分應(yīng)用在建筑物的外墻填充墻。（6）陶?；炷撂樟；炷僚c常規(guī)混凝土的區(qū)別在于，陶粒混凝土的骨料是陶粒而非石料，一般以粘土和亞粘土加工成直徑為0.5cm的骨料。陶粒的加入使得陶?；炷恋谋匦阅苡休^大的提高，且密度較小，有效降低建筑框架材料的負(fù)荷。

2.2新型保溫門(mén)窗的應(yīng)用

除外墻保溫系統(tǒng)外，門(mén)窗也是較為重要的保溫系統(tǒng)。以前的建筑工程中使用的門(mén)窗材料大多以木料和塑料為主，但隨著我國(guó)低碳環(huán)保的發(fā)展理念深入，傳統(tǒng)的門(mén)窗材料開(kāi)始慢慢淘汰。同時(shí)，由于木材、塑料等材料與建筑主體的磚石膨脹系數(shù)不同，隨著溫度的循環(huán)變化，門(mén)窗會(huì)發(fā)生一定程度上的形變導(dǎo)致與建筑墻面產(chǎn)生孔隙。因此，新型環(huán)保保溫門(mén)窗材料的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用十分有必要。目前市場(chǎng)上常見(jiàn)的新型門(mén)窗材料大多以塑料樹(shù)脂材料為主，以PVC塑料門(mén)窗為例，雖然沒(méi)有金屬元素的加入，但其強(qiáng)度并沒(méi)有太多的降低，并且，由于主體材料是有機(jī)高分子材料，其導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于金屬材料，且具有較好的韌性，兼具良好的保溫性能，同時(shí)也不會(huì)產(chǎn)生孔隙，有效防止漏風(fēng)的現(xiàn)象。斷橋保溫窗是另一種應(yīng)用較為廣泛的新型門(mén)窗材料，是在鋁合金門(mén)窗的基礎(chǔ)上加裝了有機(jī)絕緣條，降低鋁合金導(dǎo)熱系數(shù)的同時(shí)提供了墻體和鋁合金之間的膨脹緩沖區(qū)域，且維持了金屬門(mén)窗特有的高強(qiáng)度[10]。

2.3節(jié)能保溫玻璃材料的應(yīng)用

在對(duì)建筑物的門(mén)窗保溫體系考量時(shí)，玻璃材料也是保溫體系中重要一環(huán)。經(jīng)過(guò)玻璃工業(yè)的長(zhǎng)足發(fā)展，過(guò)去建筑物所使用的普通玻璃已經(jīng)開(kāi)始慢慢被淘汰。為了加強(qiáng)玻璃材料的節(jié)能保溫效果，減少玻璃材料帶來(lái)的熱量對(duì)流，現(xiàn)階段建筑工程領(lǐng)域推出了多種新型保溫玻璃，如雙層玻璃結(jié)構(gòu)的真空玻璃、夾膠玻璃，經(jīng)玻璃表面處理的鍍膜玻璃，以及玻璃的二次處理如泡沫玻璃等，都呈現(xiàn)出比較優(yōu)良的保溫效果，明顯降低了玻璃的導(dǎo)熱系數(shù)，更好地實(shí)現(xiàn)保溫效果。以真空玻璃和夾膠玻璃為例，通過(guò)對(duì)兩片玻璃之間排除空氣達(dá)到近似真空狀態(tài)和加入膠體兩種方式，盡可能降低了室內(nèi)外熱量的熱對(duì)流，達(dá)到保溫效果。而鍍膜玻璃是利用電泳或?yàn)R射等新技術(shù)在玻璃表面涂裝一層半透過(guò)性質(zhì)的涂層，在透光的前提下，不僅降低了導(dǎo)熱系數(shù)，同時(shí)有效降低了太陽(yáng)熱輻射，降低制冷系統(tǒng)的能量消耗[11]。

2.4新型防水密封材料

建筑物的保溫系統(tǒng)保溫能力與建筑物的密封性息息相關(guān)，這意味著在實(shí)際的土建工程中，新型的防水密封材料也需要嚴(yán)肅對(duì)待。常見(jiàn)的新型防水密封材料種類有很多，如防水瀝青、聚氯乙烯防水膜、合成高分子防水涂料等[12]，這些材料都具有良好的防水密封性能，有利于建筑保溫系統(tǒng)的完善。

3總結(jié)與展望

節(jié)能環(huán)保是我們需要且必須認(rèn)真對(duì)待和盡力維護(hù)的，對(duì)于土建工程領(lǐng)域的科研人員而言，為了實(shí)現(xiàn)人與自然更為協(xié)調(diào)的發(fā)展和交互，需要從建筑材料的生產(chǎn)、施工、服役等多個(gè)環(huán)節(jié)努力，實(shí)現(xiàn)建筑材料從生產(chǎn)、施工、回收整個(gè)流程的污染物零排放，同時(shí)需要對(duì)建材本身具有的功能性進(jìn)行多元化、高效化、低成本化發(fā)展，努力實(shí)現(xiàn)土建工程領(lǐng)域的高質(zhì)量發(fā)展。

作者:孟永濤 秦臻 逯兆霆 王盟 張婉琦 單位:中國(guó)建筑第七工程局有限公司