发泡陶瓷外墙保温耐久性--外墙保温装饰工程EPS线条涂料真石漆水包水砂图纸深化设计分格分缝效果图施竣工图
泡沫陶瓷在外墙保温中的应用及耐久性
自国家“双碳”政策实施以来，低碳无污染建筑节能的重要性被推到了新的高度。在建筑围护结构层面，北方地区新建建筑基本实现了建筑外保温全覆盖。虽然外墙保温技术得到广泛应用，有效降低了建筑能耗，但粘结性能、锚固性能等方面仍然存在诸多弊端和缺陷，如保温材料开裂脱落、抹灰层脱层、保温材料达不到设计使用年限，即基本丧失保温效果等。这些现象不容忽视。其根本原因在于保温材料和粘结砂浆在长期温度应力作用下，因膨胀率不同而产生的空鼓、开裂现象。此类情况对建筑外围护结构保温性能影响很大，在冬季极端风速地区甚至存在脱落风险。 面对既有建筑外墙保温技术的安全性、功能性和耐久性，有效解决热桥效应，改造建筑外围护结构既有保温系统意味着高昂的成本。基于此，本文主要研究如何在保证建筑外围护结构保温性能的同时，综合考虑建筑外围护结构后期维护等成本因素。通过对市场上常见的保温材料进行分析，结合地域特点选择合理的保温材料，解决建筑竣工后保温材料的耐久性问题。
1、常用建筑保温材料应用分析
市场上常见的保温材料种类繁多，在现有建筑外墙保温实际情况中，常见的保温材料多为聚苯乙烯、聚氨酯、岩棉板、泡沫陶瓷等，不同材料的物理参数也不尽相同，下面就目前常见的材料进行分析。
1.1 聚苯乙烯
聚苯乙烯保温材料的全称是聚苯乙烯泡沫塑料，是以聚苯乙烯为主要原料，经过不同的工艺成型的。目前常见的聚苯乙烯保温材料有发泡聚苯乙烯板（EPS）和挤塑聚苯乙烯板（XPS），由于二者的物理性质差别较大，因此分别进行分析。EPS保温材料的导热系数约为0.04W/(m·K)。由于EPS板是加热膨胀形成的蜂窝状结构，因此其抗压强度较差，不能作为屋顶、楼板层保温的材料；作为外墙保温材料使用时，立面也难以直接铺装石材，否则容易松动或脱落。在防火性能方面，市面上常见的EPS材料大多为B1级，属于难燃等级，但作为外墙保温材料，B1防火等级还是有一定的风险，作为保温材料，并不是最好的选择。 市场上常用的粘结砂浆的线膨胀系数约为EPS板线膨胀系数的五分之一，当温度变化时，粘结砂浆与EPS的粘结界面会产生剪力，在剪力的长期作用下，界面层极易发生剪切破坏，最终导致保温效果减弱，严重时甚至会脱落。由于EPS板内部为蜂窝结构，吸水率小，在高湿环境下其导热系数受影响较小。XPS保温材料的导热系数约为0.03W/(m·K)，线膨胀系数与EPS材料相同，与EPS内部的蜂窝结构相比，XPS材料为挤压型，抗压强度为，可作为屋顶或楼板的保温层； 但由于XPS聚苯板的密度和强度比EPS聚苯板要大，产生的变形应力也大，更容易导致板缝处产生裂缝，进而造成瓷砖空鼓、脱落。在防火等级方面，XPS属于A级不燃材料，符合防火等级要求。结构上不同于EPS的蜂窝状材料，XPS板的挤压成型使其吸水率比EPS要低，高湿环境对其自身的导热系数几乎没有影响。
1.2 聚氨酯
聚氨酯材料的导热系数约为0.024W/(m·K)，约为EPS保温板导热系数的一半。抗压强度为，优异的抗压强度还使其能够承受建筑外围护结构中需要保温承压部位的荷载，如屋面层、楼地面层等。聚氨酯材料的防火性能取决于制备材料时加入的阻燃剂的量，范围从B1级到B3级。聚氨酯材料的线膨胀系数与聚苯乙烯材料属于同一数量级，在温度变化时，仍会与粘结砂浆产生一定的剪应力，长期作用下会造成破坏。在吸水率方面，聚氨酯材料也与聚苯乙烯材料相近，吸水率较低。
1.3岩棉板
岩棉板不同于聚苯乙烯、聚氨酯材料，它是由岩棉纤维组成，其导热系数约为0.04W/(m·K)，其优异的导热性能主要靠纤维间的大量空气层来实现。力学性能较前两类材料有特殊性。根据《岩棉薄抹灰外墙保温系统材料》JG/T483-2015，岩棉板的最大抗压强度为15kPa，表面难以承受其它垂直荷载，因此不能作为屋面保温材料。由于其特殊的纤维结构，当作为建筑外围护结构的保温结构时，外饰面层也不可能采用瓷砖等装饰贴面。在防火性能方面，岩棉板的耐火等级为A级，防火性能优良。 岩棉板与基层墙体粘结强度不强，易剥离、脱层，抗风压破坏能力不足，不能满足最大负风压引起的开裂破坏。岩棉材料本身吸水率很低，但由于岩棉纤维间存在大量空隙，导致整板吸水率较高，吸水后自重增加，保温性能急剧减弱，在高湿度环境下难以发挥保温作用。
1.4 泡沫陶瓷
发泡陶瓷材料是一种孔隙率较高的闭孔陶瓷材料，经高温烧成，导热系数约为0.06W/(m·K)，略高于聚苯乙烯、聚氨酯、岩棉板等保温材料。抗压强度为，仅略低于XPS，也可作为承压部位的保温材料。防火等级为A级，优于现行外墙保温材料的防火等级要求。线膨胀系数与混凝土、粘结砂浆基本相同，能很好的粘结，相容性好，不会因线膨胀率不同而产生应力应变而开裂。不变形、不收缩，耐久性好，可与建筑物同龄。施工工序少，大大降低了建筑外墙保温系统后期的维护成本。 由于泡沫陶瓷属于闭孔结构，其吸水率相对于其他材料来说是最低的，几乎不吸水，适合作为高温、高湿环境下的保温材料。
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2、泡沫陶瓷保温材料应用分析
通过以上分析不难看出，常用的保温材料的导热系数、抗压强度、耐火等级、线膨胀系数、吸水率等均有所不同，为方便统计分析，将上述物理参数列于表1。
从表1可以看出，从保温材料与水泥砂浆的线膨胀系数拟合程度来看，应选择泡沫陶瓷材料作为外墙外保温系统的首选材料。但从市场占有率来看，泡沫陶瓷的市场占有率极低。
2.1 成本价格高
由于发泡陶瓷材料为无机高温烧结多孔材料，其原料主要为抛光砖废泥，由于原料产量的限制，运输成本、生产效率、原料来源等均受制于其他企业，严重影响其产能，导致其价格远高于其他保温材料。
3.2 高热导率
由于泡沫陶瓷导热系数较高，与其他保温材料相比，要达到同样的效果，厚度较大、体积并不占优势，特别是在严寒、寒冷地区，这种劣势被进一步放大。随着我国“七五”节能标准的出台，这种材料在严寒、寒冷地区的应用场景会越来越少。
3 泡沫陶瓷应用优化策略分析
4.1 泡沫陶瓷保温系统“安装-运行周期”经济性分析
根据以上总结的泡沫陶瓷的线膨胀系数可以看出，从建筑围护结构保温系统安装到建筑拆除，泡沫陶瓷都能保持与建筑主体结构基本相同的膨胀率和收缩率。而且泡沫陶瓷的耐候性远远优于其他保温材料，特别是在抗冻融性方面；长期的冻融作用会严重降低保温板与粘结砂浆之间的粘结强度，最终导致保温板松动、脱落。基于以上原因，在考虑外围护结构保温系统综合经济性时，宜围绕“安装-运行”周期进行经济性分析。以新建建筑寿命70年为例，对多种保温材料进行“安装-运行”周期的经济性分析，结果见表2。
从表2不难看出，随着建筑立面的后期维护，加上拆除、建筑垃圾处理、建筑环境破坏、维护安装人工等二次成本的计入，综合建筑成本的优势更加明显。
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2.2 泡沫陶瓷一体化板的研发及应用
泡沫陶瓷虽然从综合成本角度来看具有很大优势，但考虑到其导热系数稍大，在极寒、寒冷地区的推广还是有一定的局限性，可以将其改进为保温装饰一体板的形式，进行成品生产和安装。结合目前装配式建筑行业的快速发展，不少学者对保温装饰一体板的研发和施工进行了深入研究，未来可以针对不同的气候区设计不同结构的保温装饰一体板，以达到更加理想的节能效果。
针对目前建筑外墙外保温工程中常用的保温材料，采用对比分析法，对影响其耐久性的物理参数进行分析比较。以建筑保温材料的耐久性为切入点，明确各类常用保温材料的物理性能及适用环境。考虑到建筑外墙外保温系统内部极易受到冻融循环的影响，确定在建筑的“安装-运行”循环下，泡沫陶瓷是较为经济的保温材料。
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