建筑业硬质泡沫应用分析

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1硬质聚氨酯泡沫塑料的特性

一般的建材密度高且绝热性能差，如膨胀珍珠岩混凝土密度约1g/cm3，导热系数约0.33W/(m.K);岩棉保温材料密度0.06~0.15g/cm3，导热系数约0.044W/(m.K)；石棉水泥珍珠岩板密度为0.4g/cm3,导热系数约0.1W/(m.K)。硬质聚氨酯泡沫塑料突出优点之一是导热系数低，为0.019~0.030W/(m.K)，低于发泡聚苯乙烯(EPS)的导热系数0.04~0.05W/(m.K)[3]。因此在相同条件下[4]，50mm厚的硬质聚氨酯泡沫塑料的保温效果相当于80mm厚的EPS、90mm厚的矿棉、100mm厚的软木、130mm厚纤维板、280mm厚的木板或760mm厚的混凝土。硬质聚氨酯泡沫塑料突出优点之二是体积密度小。目前用于保温的大多数硬质聚氨酯泡沫塑料的体积密度约为35~40kg/m3，抗压强度>0.2MPa。该材料质量轻，但仍能承受一定的机械荷载且硬度很高，因此在坚固抗压结构建筑中是一种比较理想的材料。该材料具有类似木材特性，可锯、易切割，可针对各种要求完成定制保温层的铺设。硬质聚氨酯泡沫塑料是建筑物的屋顶、天花板、墙板、地板等部位保温节能的理想材料。窗架、窗扇、窗框、门框等构件则可用密度较高的聚氨酯硬质泡沫结构制作。据资料报道[3]，对一幢采用硬质聚氨酯泡沫塑料板块进行屋面保温的独立建筑进行能量守恒模型计算，结果证明，使用1m3、导热系数0.025W/(m.K)的硬质聚氨酯泡沫塑料，可在50年内节省6.55万kWh的能量。在德国Viernheim的一栋房屋中，采用PurenSchaumstoff公司的硬质聚氨酯泡沫塑料解决了保温问题。建筑的墙体采用30cm厚、导热系数为0.03W/(m.K)硬质聚氨酯泡沫塑料作保温层，最终墙体的传热系数降到0.10W/(m2.K)。如果这些墙体采用EPS作保温层，那就需要再增加10cm的厚度。由于采用了较薄的保温层，相对于房屋的居住面积增大了6.3m2以上。目前硬质聚氨酯泡沫塑料在建筑上主要应用于屋顶、墙体、窗户、地面、管道等保温。硬质聚氨酯泡沫塑料保温产品主要有以下几种生产工艺：一种是连续或间断式板块工艺，在连续式泡沫板块生产工艺中，聚氨酯的原材料聚醚和异氰酸酯混合反应在2层面板之间进行发泡，面板可采用柔性材料，也可采用刚性材料作面层，比如金属板和木质板材、铝箔等，此工艺在工业建筑中已得到广泛应用。产品的长度可根据需要进行生产；间断式板块生产(国内有少数工厂采用手工浇注生产)是将聚醚和异氰酸酯混合反应物料注入到模具中，脱模后得到产品可加工成不同形状的部件使用。另一种是连续式泡沫卷材生产工艺，主要用于管道外面保温层生产。也有采用被保温物体进行现场机器喷涂发泡的工艺，比如屋顶、墙面等。国内较大型的硬泡板材生产企业有30余家，主要生产厂房和冷库板材。较大型的硬泡管材生产企业有10余家，主要生产集中供热保温及冷冻绝热用管材。

2建筑工业中开发应用

2.1建筑物屋顶保温[3~9,11,12]

2.1.1坡屋顶

如今人们把坡屋顶空间也作为居住空间，坡屋顶的保温也就显得越来越重要。坡屋顶保温技术一般是在屋椽上方铺设硬质聚氨酯泡沫塑料板材来阻断热桥，同时可提高屋顶结构的不透风性和隔声效果。目前国内对坡屋顶保温措施还未开展，大部分城市房屋的平屋顶改坡屋顶主要是解决美观问题，其次有一定的隔热作用。

2.1.2平屋顶

国内目前现有的房屋大多采用平屋顶结构，屋顶长期的温度波动范围为-30~90℃，因此采用何种绝热材料变得尤为重要。在铺设平屋顶时，屋面材料的热稳定性是主要因素。硬质聚氨酯泡沫塑料可满足上述要求，能承受阳光长期照射在平屋顶密封层的深色表面所产生的高温，且具有长期的耐老化性。①保温方式：日本普遍采用铺设硬质聚氨酯泡沫塑料板材，欧美普遍采用现场喷涂发泡方式，目前国内对屋顶保温也采用现场喷涂发泡方式。②喷涂发泡法：由于近20年来发展起来的硬质聚氨酯泡沫采用喷涂工艺施工取得了较好效果。硬质聚氨酯泡沫喷涂工艺是双组分反应物料借助高压空气的作用，将反应物料输送至喷枪，被压缩空气雾化喷射到施工物件表面进行发泡成型技术。硬质聚氨酯泡沫喷涂的屋顶层既可作保温层同时也可作防水层。采用喷涂发泡机可大面积施工，喷涂泡沫与建筑物建材基层形成一体，不易发生脱层，无拼接缝，从而可避免屋面渗漏。③屋顶施工：通常在干净干燥的屋面基层上直接喷涂一层30~50mm厚的硬质聚氨酯泡沫材料，再加一层保护层(免受阳光直接照射和外界风化作用；提高屋面刚性强度，硬质聚氨酯泡沫免受机械损伤)。国外采用抗紫外线老化有机涂覆层，国内多采用钢丝网增强水泥砂浆方法。另有报道[7]，为了喷出平整的表面层，可2次喷涂屋面，主体泡沫的密度范围为30~40kg/m3，最上面10mm厚的为80kg/m3左右，或统一选用50~60kg/m3的单一密度，也可满足上面走动的承载而不损坏泡沫。国家建设部、国家建筑产品标准局于2003年8月审定了《喷涂聚氨酯硬泡防水保温材料》国家标准，该标准即将公布。⑤国内施工实例[5,6]：广州市坑口地铁拱形屋面。兰州510所在广州市坑口地铁拱形屋面的施工中，喷涂硬质聚氨酯泡沫性能为：闭孔率>93%，氧指数>26，泡沫密度为45~55kg/m3，压缩强度≥190kPa，导热系数约0.023W/(m.K)。施工设备：美国Graco和Gusmer公司喷涂发泡机。此外，还有山东烟台万华合成革集团公司住宅屋面、国家大型储备粮库屋面、沈阳四方台气体有限公司综合楼屋面、青岛福瑞德食品有限公司5000m2屋面保温、江苏省盐城市体育局5000m2屋面防腐保温、江苏省南通市儿童业余体校1000m2屋面保温、潍坊仟和食品有限公司3000m2屋面保温、青岛白珊学校1500m2钢结构屋面、青岛天虹大厦楼顶屋面聚氨酯保温(高层建筑)、烟台港务局4000m2钢结构屋面保温、青岛澳福针织有限公司3000m2钢结构屋面保温等。⑥成本估算：按照国内有关施工单位提供的资料[5,6]，4~6人施工每天可喷涂15m3以上，如果按喷涂30mm厚度计算，每天可喷涂密度45~55kg/m3，压缩强度≥190kPa，喷涂30min后基本固化，可在上面行走，24h后可进行下一工序施工。

2.2墙体中的应用[7,10~12]传统房屋墙体采用370mm厚的黏土砖砌筑而成，由于砖墙的传热系数大，因此能耗相应加大，所以从节能角度考虑这是我们要给予重视并解决的问题。目前使用硬质聚氨酯泡沫塑料作为墙体保温有以下几种办法解决。

2.2.1金属夹芯板材作墙体

硬质聚氨酯泡沫金属夹芯板材作为墙体，其结构强度高、绝热性好、阻燃性好、使用寿命长，目前广泛用于厂房和冷库等的施工建设中。

2.2.2外墙砌筑夹填泡沫板法

墙体夹硬质聚氨酯泡沫板，外墙抹水泥砂浆。整体性不好，不易施工，一般不采用。

2.2.3墙外表面粘贴泡沫板(块)法

不易施工，采用少。

2.2.4内外墙之间砌筑夹填浇注硬质聚氨酯泡沫法

把硬质聚氨酯泡沫的反应混合料浇注填入内外墙之间空腔内，物料在腔内发泡，泡沫与墙体结合形成一体。

2.2.5喷涂聚氨酯硬质泡沫法

喷涂泡沫施工：外墙采用370mm厚黏土砖砌筑，堵好墙面洞口，扫净墙面浮灰；喷涂20mm厚的硬质聚氨酯泡沫用打点挂线法进行控制，12h后打磨找平，即可进行20mm厚水泥砂浆涂抹等其他装修施工。

2.2.6保温施工实例[7]

沈阳四方台气体有限公司综合楼外墙面喷涂25mm厚聚氨酯硬质泡沫。沈阳新光机械厂职工住宅楼外墙喷涂20mm厚聚氨酯硬质泡沫(同等条件下，室温提高5℃)。

2.2.7不同墙体保温材料成本比较

日本墙体保温隔热情况资料报道[13]，由于日本属于发达国家，因此对于建筑物的保温、隔热、隔音、防潮要求是比较高的，也是家庭建筑必须具备的基本要素。同时日本在这方面技术的研究和应用比较成熟，对于不同建筑使用不同厚度的硬质聚氨酯泡沫塑料隔热层，用于一般住宅和高层建筑的硬质聚氨酯泡沫隔热层的厚度为40mm，价格约2500日元/m2；用于高档住宅建筑的隔热层的厚度是60~80mm，价格约8000~10000日元/m2(带有1层9.5~12mm厚的细木工板)。日本用于建筑硬质聚氨酯泡沫塑料物理性能。

2.3窗户保温

建筑物的能量有1/3是从窗户损失，不仅通过窗玻璃，且通过导热的窗框。但是，通过对窗框结构进行妥善合理的设计，可以使能量损失减少到最低限度。采用硬质聚氨酯泡沫塑料窗框芯的窗户，保温性能可达传统木框窗的2倍。若将北向、西向的窗户改为单框双玻璃，周边外墙直接喷涂30mm厚硬质聚氨酯泡沫绝热层，经这样处理建筑物能源效率可从原来2.4~2.9提高到5.8~6.0。

2.4地面保温

在室内地面保温时，相对较薄的硬质聚氨酯泡沫塑料保温层即可满足要求，无论是地面上进行保温，还是在楼板下铺设保温层，都特别有用。一般地面保温层只需20~40mm厚的硬质聚氨酯泡沫塑料板块就足够；如果要敷设地面采暖管线，则可采用经特殊发泡或钻孔的板材。硬质聚氨酯泡沫塑料在长期压力荷载下仍能保持较好的稳定性，当地面采暖、温度升到40℃时也能保持相同的稳定性。

2.5冷库建设

对于温度<-30℃的低温场合硬质聚氨酯泡沫塑料是最佳绝热材料。国内贸易部工程设计研究院于1998年编制了硬质聚氨酯泡沫塑料冷库保温工程施工规程(试行),规程提出了主要的6项指标：①墙、顶用硬质聚氨酯泡沫塑料密度>37kg/m3，地面用硬质聚氨酯泡沫塑料密度>45kg/m3；②墙、顶压缩强度(形变10%的压缩应力)为147kPa，一般地坪压缩强度>245kPa，行走叉车地坪压缩强度≥249kPa；③墙、顶导热系数<0.022W/(m.K)，地坪导热系数<0.024W/(m.K)；④尺寸稳定性<2%；⑤吸水率<4%；⑥氧指数>26，离火自熄时间应达0级标准。