李玉娜 ，趙津津 ，彭丹 ，陳江濤 ，高欣 ，胡培峰

（1.鄭州電力高等?？茖W(xué)校 動(dòng)力工程系，河南 鄭州 450000；2.南陽(yáng)理工學(xué)院 建筑設(shè)計(jì)院，河南 南陽(yáng) 473004）

0 前 言

隨著我國(guó)建筑節(jié)能工作的不斷開(kāi)展，各種新型節(jié)能材料在建筑工程中得到了廣泛應(yīng)用[1]。保溫系統(tǒng)在高溫和寒冷環(huán)境下，對(duì)降低屋面結(jié)構(gòu)負(fù)荷起著非常重要的作用[2]。丁楊等[3]利用軟件對(duì)保溫系統(tǒng)進(jìn)行模擬研究，得出了不同的構(gòu)造措施對(duì)傳熱的影響。在構(gòu)造形式分析上，JED Oliveira等[4]通過(guò)一系列的實(shí)踐對(duì)構(gòu)造進(jìn)行改進(jìn)得到了屋面隔熱效果的理論分析。SA和MF[5]在對(duì)節(jié)能建筑的保溫隔熱層的厚度進(jìn)行研究時(shí)，認(rèn)為厚度的選取還應(yīng)考慮熱橋的影響。Seo等[6]在三維熱傳導(dǎo)研究上，對(duì)自保溫系統(tǒng)的三維穩(wěn)態(tài)的傳熱模擬，得到了模擬計(jì)算可以減小建筑構(gòu)件中的多維傳熱帶來(lái)的計(jì)算誤差。許凱等[7]通過(guò)對(duì)節(jié)能窗的數(shù)值模擬得出了三維傳熱模擬與二維傳熱模擬結(jié)果相差6%以上。張國(guó)永等[8]以燒結(jié)保溫砌塊為例，通過(guò)模擬計(jì)算分析了砌塊的砌筑方式、砌筑砂漿、抹灰砂漿對(duì)墻體自保溫系統(tǒng)熱工性能的影響。崔崳等[9]為了研究聚苯乙烯外墻保溫系統(tǒng)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的問(wèn)題，對(duì)比了3種火災(zāi)測(cè)試方法，得到了影響聚苯乙烯外墻保溫系統(tǒng)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵因素。管旭東和孫立新[10]通過(guò)建立巖棉板薄抹灰外保溫系統(tǒng)承載力試驗(yàn)分析模型，對(duì)不同構(gòu)造類型的系統(tǒng)承載力、粘錨連接特性、典型墻材錨栓承載力等進(jìn)行試驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析。張苗等[11]通過(guò)采集試驗(yàn)表觀現(xiàn)象、火焰蔓延特性、溫度分布特性、系統(tǒng)損壞特征等耐火性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)，綜合比較分析了不同工況下不同燃燒性能等級(jí)的建筑幕墻外保溫系統(tǒng)的耐火性能。朱保華和韓麗婷[12]介紹了由水性環(huán)氧樹(shù)脂浸潤(rùn)劑處理的玻璃棉板外保溫系統(tǒng)，包括系統(tǒng)組成和結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)施工工藝，并測(cè)試分析了其保溫性能。閆坤惠和丁子虎[13]介紹了某保溫裝飾一體板外墻保溫系統(tǒng)的保溫性能的測(cè)試及優(yōu)化過(guò)程。通過(guò)數(shù)值模擬、實(shí)驗(yàn)室測(cè)試找到了影響此保溫系統(tǒng)保溫性能的關(guān)鍵因素，提出了優(yōu)化改進(jìn)措施以及應(yīng)用中需要特別注意的事項(xiàng)。毛朝君等[14]介紹了不燃外墻保溫裝飾系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及低密度泡沫混凝土基板的研究現(xiàn)狀。采用正交試驗(yàn)確定低密度泡沫混凝土的生產(chǎn)配方，對(duì)其及生產(chǎn)工藝、連接飾面鋁板與低密度泡沫混凝土的粘結(jié)劑選擇、不燃保溫裝飾板成型工藝、裝飾板粘錨結(jié)合施工方法、裝飾板間的接縫的處理及排氣孔的安裝方式等進(jìn)行研究。

本文結(jié)合混凝土耐久性試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)市場(chǎng)常見(jiàn)的保溫隔熱材料進(jìn)行耐候性試驗(yàn)，為今后設(shè)計(jì)與施工提供技術(shù)參考。

1 導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試方法

導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)試方法一般有穩(wěn)態(tài)法和動(dòng)態(tài)法2類。本文選擇穩(wěn)態(tài)法測(cè)試保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)，先利用熱源對(duì)樣品加熱，樣品內(nèi)部的溫差熱量從高溫向低溫處傳導(dǎo)。

設(shè)在物體內(nèi)部垂直于熱傳導(dǎo)方向相距h，即樣品厚度，冷板熱板溫度分別設(shè)置為15℃和35℃。待檢測(cè)樣品內(nèi)部形成穩(wěn)定的溫度分布后，導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試儀根據(jù)這一溫度分布按公式（1）計(jì)算出導(dǎo)熱系數(shù)。

式中：△Q——熱量；△t——時(shí)間差；λ——導(dǎo)熱系數(shù)；A——材料接觸面積；T1——熱板溫度；T2——冷板溫度；h——樣品厚度。

試驗(yàn)選用市場(chǎng)上常見(jiàn)的3種保溫材料，南京凱凱聚氨酯有限公司生產(chǎn)的聚氨酯、北京高圣佳保溫材料廠生產(chǎn)的擠塑聚苯板及北京中科新筑泡沫混凝土有限公司生產(chǎn)的泡沫混凝土進(jìn)行4種耐久性試驗(yàn)，試驗(yàn)材料的主要性能及規(guī)格見(jiàn)表1。

表1 3種保溫材料主要性能及規(guī)格

2 耐久性試驗(yàn)

濕熱老化試驗(yàn)：根據(jù)GB/T 12000—2003《塑料暴露于濕熱、水噴霧和鹽霧中影響的測(cè)定》，將材料置于相對(duì)濕度93%，溫度25℃12 h、40℃12 h的條件下進(jìn)行循環(huán)試驗(yàn)，每隔7 d進(jìn)行導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)試。

凍融循環(huán)試驗(yàn)：參考混凝土的凍融循環(huán)試驗(yàn)方法，將保溫材料放入-20℃冷凍機(jī)12 h，隨后再將材料放入20℃的恒溫恒濕箱中12 h，依次進(jìn)行循環(huán)試驗(yàn)，每隔7 d進(jìn)行導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)試。

高低溫循環(huán)：由于直接與外界環(huán)境相接觸，最高溫度為60℃，最低溫度則為-20℃，每隔7 d進(jìn)行導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試。

干濕循環(huán)：參考GB/T 2423.34—2012《環(huán)境試驗(yàn)第2部分：試驗(yàn)方法試驗(yàn)ZAD：溫度濕度組合循環(huán)試驗(yàn)》，將保溫材料置于恒溫恒濕箱中，每隔7 d進(jìn)行導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)試。

2.1 泡沫混凝土

泡沫混凝土是將泡沫劑水溶液制備成泡沫，再將泡沫加入到由水泥基膠凝材料、集料、摻合料、外加劑和水制成的料漿中，經(jīng)混合攪拌、澆注成型、養(yǎng)護(hù)而成的一種適用于室內(nèi)外墊層、屋面保溫隔熱、非承重墻體或隧道、基坑填充等多孔現(xiàn)澆混凝土及其制品。泡沫混凝土耐候性試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 泡沫混凝土的耐久性試驗(yàn)結(jié)果

從圖1可以看出，泡沫混凝土經(jīng)濕熱老化后導(dǎo)熱系數(shù)總體減小，這可能是因?yàn)闈駸嵫h(huán)過(guò)程中，水泥會(huì)進(jìn)一步水化，加劇泡沫混凝土的硬化凝結(jié)，使得開(kāi)口孔隙率降低，導(dǎo)熱系數(shù)減小。而在凍融循環(huán)過(guò)程中泡沫混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)持續(xù)增大，從0.0778 W/（K·m）增大至56 d時(shí)的0.0870 W/（K·m），增加了11.8%，這是因?yàn)榕菽炷猎趦鋈谘h(huán)試驗(yàn)中泡孔剝落，質(zhì)量下降，導(dǎo)致導(dǎo)熱系數(shù)逐漸增大。而在高低溫循環(huán)和干濕循環(huán)試驗(yàn)中，導(dǎo)熱系數(shù)波動(dòng)較大，可能是由高低溫所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力導(dǎo)致泡沫混凝土受拉破壞。

2.2 擠塑聚苯板

擠塑聚苯板耐久性試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 擠塑聚苯板的耐久性試驗(yàn)結(jié)果

從圖2可以看出，擠塑聚苯板經(jīng)4種耐久性試驗(yàn)中導(dǎo)熱系數(shù)均增大。在濕熱老化試驗(yàn)中，擠塑聚苯板導(dǎo)熱系數(shù)變化最大，從0.0185 W/（K·m）增大至56 d時(shí)的0.0210 W/（K·m），提高了13.5%。這是因?yàn)樵诟邷厍闆r下，高分子材料中的化學(xué)鍵出現(xiàn)斷裂，導(dǎo)致化學(xué)成分發(fā)生降解，整個(gè)材料破壞，發(fā)生不可逆的變化而產(chǎn)生老化損傷。在凍融循壞試驗(yàn)中，擠塑聚苯板的導(dǎo)熱系數(shù)從0.0193W/（K·m）增大至56d時(shí)的0.0204W/（K·m），提高了5.7%，這是因?yàn)樵趦鋈谘h(huán)過(guò)程中，孔隙被脹裂破壞，從而結(jié)構(gòu)被破壞。在干濕循環(huán)試驗(yàn)中，擠塑聚苯板的導(dǎo)熱系數(shù)從0.0183 W/（K·m）增大至56 d時(shí)的0.0193 W/（K·m），提高了5.5%，這是因?yàn)樵诟蓾裱h(huán)中會(huì)出現(xiàn)吸水膨脹，破壞材料結(jié)構(gòu)。在高低溫試驗(yàn)中，擠塑聚苯板的導(dǎo)熱系數(shù)從0.0180 W/（K·m）增大至56 d時(shí)的0.0186 W/（K·m），提高了3.3%，這是因?yàn)楦叩蜏匮h(huán)出現(xiàn)了溫度差導(dǎo)致了材料被拉壞。

2.3 聚氨酯

聚氨酯發(fā)泡保溫材料是一類以閉孔為主體且綜合性能優(yōu)異的高分子絕熱材料，具有導(dǎo)熱系數(shù)低、密度小、力學(xué)強(qiáng)度高以及防水性、粘結(jié)性、化學(xué)穩(wěn)定性和隔聲性好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于建筑墻體、屋面、天花板等保溫系統(tǒng)中。聚氨酯保溫材料的耐久性試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 聚氨酯的耐久性試驗(yàn)結(jié)果

從圖3可以看出，聚氨酯經(jīng)4種耐候性試驗(yàn)中導(dǎo)熱系數(shù)均增大。但在凍融循環(huán)試驗(yàn)中聚氨酯的導(dǎo)熱系數(shù)變化最大，從0.015W/（K·m）增大至56d時(shí)的0.019W/（K·m），提高了26.7%。這是因?yàn)樵趦鋈谘h(huán)過(guò)程中孔隙會(huì)被脹裂破壞，從而結(jié)構(gòu)被破壞。在濕熱老化試驗(yàn)中，聚氨酯的導(dǎo)熱系數(shù)從0.0140W/（K·m）增大至56 d時(shí)的0.0155W/（K·m），提高了10.7%。在干濕循環(huán)試驗(yàn)中，聚氨酯的導(dǎo)熱系數(shù)從0.0150 W/（K·m）增大至56 d時(shí)的0.0183 W/（K·m），提高了22.0%；這是因?yàn)樵诟蓾裱h(huán)中會(huì)出現(xiàn)吸水膨脹，從而破壞材料的結(jié)構(gòu)。在高低溫試驗(yàn)中，聚氨酯的導(dǎo)熱系數(shù)從0.0147 W/（K·m）增大至56 d時(shí)的0.0165 W/（K·m），提高了12.2%，這是因?yàn)楦叩蜏匮h(huán)出現(xiàn)了溫度差導(dǎo)致了材料被拉壞。

3 結(jié) 論

（1）泡沫混凝土經(jīng)凍融循環(huán)試驗(yàn)導(dǎo)熱系數(shù)變化最大，56 d后提高了11.8%；而經(jīng)濕熱老化循環(huán)試驗(yàn)，導(dǎo)熱系數(shù)則會(huì)降低。根據(jù)這一特性，建議在濕熱地區(qū)選用泡沫混凝土作為保溫材料。

（2）擠塑聚苯板經(jīng)4種耐久性試驗(yàn)導(dǎo)熱系數(shù)均增大。但在濕熱老化實(shí)驗(yàn)中導(dǎo)熱系數(shù)變化最大，56 d后提高了13.5%，這是因?yàn)樵跐駸崂匣h(huán)境下，高分子材料中的化學(xué)鍵會(huì)出現(xiàn)斷裂，導(dǎo)致化學(xué)成分發(fā)生降解，整個(gè)材料出現(xiàn)破壞，發(fā)生不可逆的變化而產(chǎn)生老化損傷。

（3）聚氨酯在4種耐候性試驗(yàn)中導(dǎo)熱系數(shù)均增大。但在凍融循環(huán)試驗(yàn)中導(dǎo)熱系數(shù)變化最大，56 d后提高了26.7%，這是因?yàn)樵趦鋈谘h(huán)過(guò)程中，孔隙會(huì)被脹裂破壞，從而結(jié)構(gòu)被破壞。根據(jù)這一特點(diǎn)，有機(jī)類保溫隔熱材料擠塑聚苯板、聚氨酯導(dǎo)熱系數(shù)受濕熱老化影響較大，受凍融循環(huán)及干濕循環(huán)影響較小。建議在溫度變化不是特別大的地區(qū)使用有機(jī)類材料作為保溫材料。