房屋建筑保温材料研究

发展高性能建筑围护结构保温材料是实现建筑节能的关键。然而近年来，国内几起因保温材料发生的重大火灾事故已经让人们清楚地意识到，推广应用具有良好防火性能房屋建筑外墙保温材料已经势在必行，在保温材料的研发和墙体保温系统的设计过程中，必须将安全与节能、防火与保温放在同等重要的位置。
1．火灾频发对建筑材料提出了更高要求
近年来，高层建筑火灾事故频繁发生，究其原因，不合格的建筑保温材料是导致火情事态快速蔓延和恶化的重要因素，以致造成了不可挽回的巨大财产损失和人员伤亡。
事故案例1：央视大火案。2009年2月9日晚，在建央视新台址园区文化中心发生特大火灾事故，大火持续六小时，造成直接经济损失近两亿人民币。在案发后的原因分析里面，其中有两条涉及到建筑材料的问题，一方面就是所用保温板的生产厂家进行违规生产，所销售的产品质量严重不合格，不能起到阻燃作用；另一方面就是相关质量监管部门未能贯彻落实国家安全生产等法律法规，对该工程中使用不合格保温板问题监管不力。
事故案例2：上海大火案。2010年11月15日，上海市中心胶州路靠近余姚路附近的一座约30层的公寓楼发生大火。本次火灾事故共造成58人死亡，近百余人因不同程度伤情被送往医院救治，房屋直接经济损失近5亿。在本次事故的原因分析中提到，外墙面结构由铁质脚手架、绿色塑料过滤网、泡沫、聚氨酯以及木板等组成，均为易燃物，可在短时间内形成密集火灾。
事故案例3：沈阳大火案。2011年2月3日午夜正值除夕，东北第一高的首家白金五星级酒店沈阳皇朝万鑫酒店突然发生火灾，200多米高的大楼被大火吞噬。据了解，万鑫酒店总投资近30亿，是沈阳地标式建筑之一。本次事故的直接损失据央视报道为31亿，间接损失可能更多。公安部消防局有关负责同志在接受新华社记者采访时表示，燃放鞭炮是发生火灾的诱因，而大火的强烈程度终归究于起火楼房外立面上有大量易燃的聚氨酯泡沫保温材料，是造成火灾难以控制的重要原因之一。
通过以上案例可以看到，个别建筑保温材料存在严重的火灾隐患，甚至是助长火灾的祸首，火灾频发对建筑材料提出了更高要求，保温材料的防火性能已成行业的关注焦点。
2．现有建筑保温材料的分类及特点分析
按照材料的成分来看，传统的建筑保温材料可分为有机建筑保温材料和无机建筑保温材料。
（1）有机建筑保温材料
当前，常用的有机建筑保温材料主要有膨胀聚苯板(EPS)、挤塑聚苯板(XPS)和聚氨酯类材料等。这些材料主要的特点就是高致密度、重量轻和保温隔热效果比较好，所以应用比较广泛，但在实际中也暴露出诸多方面的问题，例如产生裂缝、耐久性以及防火性能差等。
裂缝是有机建筑保温材料普遍存在的一个问题，产生的原因主要有温度和风荷载两个方面。就温度来看，如果保温层温度超过70℃，有机建筑保温材料极有可能产生不可逆转的变形以至于开裂，同时，保温层与抗裂砂浆具有明显的导热系数差，温度变化的加剧如果超出抗裂砂浆承受临界点也会造成开裂；风荷载导致开裂的主要原因在于，有机建筑保温材料通常以点粘的方式铺设在建筑物的表层，难以做到充实性密封，在风荷载的反复作用下，容易导致保温层的脱落。
耐久性的问题主要是因为有机建筑保温材料普遍具有易老化或粉化的特点，其理论寿命通常不超过30年，这与建筑的设计寿命通常为50年以上不匹配，以至于需要在中途进行保温材料的更换，这将是一项耗资很大的工程。另外，由于当前的有机建筑保温材料其原材料多来源于石油，所以在石油愈发匮缺的情况下，其使用也将会受到限制。
防火性能是重点需要解决的问题，在近年来火灾频发的情况下，显得更为迫切。EPS和聚氨酯类材料均是可燃或易燃材料，即使有阻燃剂的存在，也未必能达到阻燃的标准，未从根本上解决防火性能低下的问题。同时，绝大多数有机材料都易在高温条件下软化，且在火灾发生以后，其带火滴液可导致火势扩散传播，对施救形成更大阻碍。另外，有机建筑保温材料的燃烧会伴随大量有毒气体的产生，也是对人员造成致命伤害的主要原因之一。
（2）无机建筑保温材料
常用的无机建筑保温材料分为三种：①自保温墙体构成材料；②无机保温纤维；③骨料型保温砂浆。其共同优点有阻燃防火、可变形量小、不易老化、不消耗有机资源以及能与抹面良好结合等，缺点在后文分类说明。
自保温墙体构成材料即是通常所说的泡沫和加气混凝土等，具有轻质多孔的结构且隔音效果较好，但同时存在强度低承重不高、干燥收缩大、可粘连性差以及隔热效果不如有机材料等缺点，特别在某些较寒冷地区，其节能效果难以满足既定标准。
无机保温纤维如岩棉、玻璃棉等虽然具有较好的保温效果，但存在挤压的情况下容易产生形变，对水的耐受性及防火温度都很有限。
多数骨料型保温砂浆其制作工艺就包括“烧”，是典型的不然材料，具有较高的耐候性、环保性和防火性能。例如复合硅酸盐保温砂浆，该材料是我国新近研发的一种无机复合保温砂浆，其组成材料主要为无机胶结料、硅酸铝、矿物填料、增强增粘组分以及轻骨料(如玻化微珠、陶砂等)，具有和易性好、与墙面粘结牢固、表面平整等特点，其保温性能一般且目前造价偏高。又例如胶粉聚苯颗粒浆料，它是一种复合有机材料的无机建筑保温材料，具备了无机材料多方面的优点，如高强度、高粘连性、高抗裂以及造价低廉等，但其缺点也同样表现为隔热性能较有机材料差，同时其高容重和高致密性也对可加工性造成了影响。
3．房屋用建筑保温材料未来的发展方向
通过以上对有机和无机两种建筑保温材料的分析，就防火性能来说，无机材料明显优于有机材料。那么，是否要因为这个原因而放弃无机保温材料的发展呢？答案是否定的。在能综合解决绝大多数问题的新材料问世之前，以上两种材料还是可以通过优势互补地加以利用。比如在防火要求高的城市公共建筑和高层建筑就可多采用无机保温材料，而在北方较严寒地带，则可利用有机保温材料来实现更高的节能效率。所以，房屋建筑保温材料未来的发展方向可归结为：一方面是研制出防火性能更好、更适于工程应用的有机保温材料；另一方面是研制出更保温节能和更具可加工性的无机保温材料；当然也可以是加强兼具两者优点摒弃两者缺点的复合型保温材料的研究。