建筑业是以消耗大量的自然资源以及造成沉重的环境负面影响为代价的,有近2/3的能耗是使用于住宅建筑中，能源的大量消耗使得建筑的节能显得尤为重要。建筑节能可采取增加门窗的气密性、加大围护结构的热阻、改善墙体保温等措施，在这些措施中，改善墙体的保温无疑是最行之有效的方法，而墙体保温也直接影响到节能的效果。
在20世纪70年代，石油危机促使西方国家开始重视能源的节约，并把建筑物的节能放在重要位置，经过长时间的工程实践和理论的研究，西方国家在墙体的保温方面的整个体系已经健全。欧盟、美国等均颁布了外墙保温的规范文件。随着社会的不断发展，人们对节能的要求也不断的提升，相应的外墙保温的标准也在不断的进行修正，欧盟也已经发布了《带抹灰层的墙体外保温复合体系指南》。这个新标准是欧洲带抹灰层的外墙外保温体系的技术总结。
我国是从20世纪80年代开始研究外墙保温技术，并且有相应的标准颁布，在《外墙外保温工程技术规程》JGJ14422004 中主要规范了EPS 板薄抹灰外墙外保温系统、胶粉EPS 颗粒保温浆料外墙外保温系统、EPS板现浇混凝土外墙外保温系统、EPS 钢丝网架板现浇混凝土外墙外保温系统和机械固定EPS 钢丝网架板外保温系统等5种外墙外保温系统。但是在标准中
对外墙保温材料的耐力学作用和稳定性,火灾情况下的安全性,卫生、健康和环境性能考虑较少，对不同的保温材料的涵盖面也较窄，一些新型的保温材料并未包括进去。
目前外墙保温按保温材料设置位置的不同可以分为内保温、外保温和夹心保温外墙等。外墙内保温存在容易引起热桥而造成较大的热损失、饰面容易产生开裂造成不便于二次装修、会减小室内使用空间以及受室外温度的影响容易造成墙体开裂等缺点。随着我国节能标准的提高，内保温的做法已经不适应新的形势，对建筑物也有不利的影响，在寒冷地区和严寒地区已经逐步的淘汰。
外墙外保温的方式主要有膨胀聚苯板（EPS板）、挤塑聚苯板（XPS板）、岩棉板、胶粉聚苯颗粒保温砂浆料、聚氨酯发泡材料以及珍珠岩等浆料。其中岩棉板在国外应用较多，比如英国占85%，德国占70%，日本占92%，美国占90%以上。但岩棉也存在密度低、性脆、抗压强度不高、耐长期潮湿性比较差、手感不好和施工时有刺痒感等缺点[1]。
膨胀聚苯板（EPS板）、挤塑聚苯板（XPS板）、胶粉聚苯颗粒保温砂浆料、聚氨酯发泡材料等技术比较成熟，我们统称为有机保温材料。虽然这些材料在外墙保温中使用率很高，但存在的缺陷却无法回避。
首先，有机保温的安全性[2,3]。膨胀聚苯板和挤塑聚苯板的安全使用温度为只有70℃，最高使用温度为90℃，如果遇到高温会产生软化变形，一旦燃烧，火势蔓延极快，防火性能很差，会造成非常大的安全隐患。聚氨酯发泡材料虽然具有非常低的导热系数，但是价格较高，也具有易燃的缺点。最近几年发生的央视大火、上海静安区住宅楼大火、沈阳大火都与外墙的保温材料易燃有着直接的关联。而随着高层建筑的兴起，防火的安全性将更为突出。聚氨酯泡沫等有机材料燃烧的同时，释放出大量有毒有害黑浓烟，火势迅速蔓延，而烟气中的CO、CO2、HCN、HCNO等有毒有害气体又是导致人员伤亡的主要原因。这些火灾使得外墙外保温的防火安全性再次成为焦点[4]。这些火灾也充分说明虽然有机保温材料的施工简单，质轻、保温、隔热性好，但是却存在致命的安全隐患。而建筑物整体的耐火性也是保证建筑结构在火灾发生时不发生大的破坏的根本。在我国大量使用的EPS、XPS、PU等虽然解决了外墙的保温，起到了节能作用，但同时却相应的增加了火灾隐患。全国近10 年期间建节能建筑约22 亿m2, 每年竣工约2 亿m2, 若以80%的比例计算,至少有18 亿m2 以上的建筑、约1200 万居民处于重大火灾隐患之中,这些还不包括既有建筑、工业建筑、农村住宅的节能改造面积[5]。
其次，有机保温材料的可靠性。由于苯板之类的保温材料属于有机材料，必然存在老化性的问题，苯板在老化降解之后导热系数会发生什么样的变化，降低还是升高？还未有明确的数据显示。但有机材料一旦降解，则材料的性能必然会发生变化。因此，使用有机保温材料是否能达到长效的节能保温，还不能确定。苯板生产出来之后需要一个陈化期，但是厂家为了节省成本，很多苯板在没有经过陈化期就直接使用，2-3年之后会出现开裂现象。苯板的粉化现象也很严重，粉化部位的保温肯定变差，另外热胀冷缩和强度都会随着时间的推移而使苯板的保温性能变差。
第三、有机保温材料的成本。在达到节能的前提下，要考虑三方面因素，一是节能造价是否低，二是使用寿命，三是节能总量与总造价比值是否合适。目前大量使用的苯板保温材料后期维护无疑较大。后期有机保温材料降解之后能否达到保温效果，需要更换那么它的否经济性还值得商榷。
目前，岩棉、玻璃棉、加气混凝土等无机保温材料在国际市场上已被广泛采用, 许多国家出于节能、环保和消防安全的考虑, 严格限制使用有机保温材料。例如美国有20多个州禁止使用模塑聚苯乙烯泡沫塑料；在英国, 高度在18 米以上建筑不允许使用EPS板外墙保温系
统；德国则规定，22 米以上的建筑不允许使用有机可燃保温材料；日本政府也出台法规，规定公共建筑只许采用非燃烧性能的无机材料作保温层,不许在公共建筑上使用有机材料作保温层。
因此未来新型的建筑保温材料应具有良好的防火性、阻燃性、变形系数小以及成本低廉等特点。寻合适的无机保温材料代替有机保温材料提高安全性则显得尤为迫切，这不仅是中国也是世界范围内亟待解决的难题。
由无机材料制成的轻质、阻燃材料无疑极大地降低了建筑物燃烧的风险，提高了建筑物使用寿命和安全性，无机保温材料的材质结构使其防火能力达到A级，安全系数是一流的，同时能与建筑物体同生存、同寿命，无“三废”产生，对环境无危害并可回收再利用，环境健康有保障，一经应用，长期有效，节能效果经久不衰。
煤矸石建筑保温材料是由工业废渣煤矸石为主要原料经过细粉碎，再经过高温处理而制成的无机非金属保温材料。长安新星
煤矸石是煤矿中夹在煤层间的一种含碳量低、质地坚硬的黑岩石，是目前我国排放量最
大的工业固体废弃物之一。目前我国已累计堆存30多亿吨,占地约1.2×104ha。多年来，每年煤矸石的排放量相当于当年煤炭产量的10%左右。随着资源开发的深入，排放量有进一步增加的趋势，年排放速度将大于1.6亿吨。堆放煤矸石不仅占用大量土地和农田,而且由于煤矸石风化产生大量粉状物质，污染大气和地下水质，影响人们的生活和健康。另外，煤矸石山经常发生自燃，不仅白白浪费能源，而且产生大量烟尘和有害气体。自燃的煤矸石山在一定的条件下还会发生爆燃，使高压气体携带炽热的矸石，突破矸石山表层的束缚，向自由空间喷泄出去，形成矸石山的喷爆。喷爆常常会诱发矸石山崩塌与滑坡，直接危害附近的建筑设施和人身安全。因此，若能将煤矸石加工制成建筑保温材料，进行资源化利用，原料来源丰富，同时可以消除煤矸石对环境和安全带来的危害，变废为宝，有效发挥其潜力和作用。
煤矸石建筑保温材料板作为一种无机保温材料，具有绝热、吸声、防潮等优点。导热系数较小，它的生产是废弃固体材料再利用，也是保护环境并获得丰厚经济利益的范例[15]。
另外，煤矸石建筑保温材料具有良好的防火安全性，属A级不燃，与建筑物同寿命[14]，可
钉、可锯、锯开形成的多孔断面有非常大的比表面积，粘结砂浆可以进入孔的内部，形成机械咬合，因此垂直表面的拉伸粘结强度远高于EPS板。同时具有密度、热膨胀系数小，尺寸稳定不变，机械强度高又可以解决承重问题。通过不同的墙体设计，应可以满足国家对建筑的节能要求标准。
用煤矸石建筑保温材料可以根据不同的成型方式被制备成不同类型的材料，可以直接制备成板材[16-18]。与膨胀珍珠岩相比，煤矸石建筑保温材料板材的基质为玻璃，因此不会吸水，内部的气泡也是封闭的，膨胀系数、体积收缩率小，不易脆化，稳定性好，因此材料性能长期不变。煤矸石建筑保温材料板材，可切割成型，使用方便，具有优良的抗压性能，还可以解决外墙外保温承重问题，较其他材料更能经受住外部环境的侵蚀和负荷，具有很好的绝热透湿性，因此热导率长期稳定，不因环境影响发生变化，绝热性能良好。与有机保温材料相比，煤矸石建筑保温材料板材不会自燃也不会被烧毁，是优良的防火材料，具有较好的防火安全性。内部多孔还可以减少建筑物的自重。因此煤矸石建筑保温材料板材在大多数物理、化学性能上优于其他任何无机、有机的保温材料。目前，国内的年产量为5 万m2， 而仅我国国内的实际年需求量就在10万m2以上，而且国外也存在着需求市场，因此具有广阔的发展空间。
对于煤矸石建筑保温材料来讲，目前其隔热性能还达不到聚氨酯、聚苯板等有机保温材料的保温效果。其主要原因是因为煤矸石建筑保温材料结构中孔大小不一且大孔多，孔分布杂乱，影响其隔热性能的提高。另外，这种大孔为主的结构也使得其强度与孔隙率间产生矛盾。目前在其隔热性能的提高方面，主要是对外加剂、添加剂等进行工艺探索，很少牵扯到材料孔结构及形成机理的研究 [19-20]，作为普及推广燃烧性能为A 级的保温材料，相应的机理研究有所滞后，研究带有很大的盲目性，研究效率低且效果不佳。而孔结构及形成机理及其与材料物理性能的关系是制约材料物理性能提高的关键。根据材料孔结构及形成机理的分析可以为材料制备工艺及配比提供研究基础，从而有可能进一步提高材料性能，为煤矸石建筑保温材料领域带来新的突破。为了推进煤矸石建筑保温材料外墙保温系统，有必要对煤矸石建筑保温材料的孔结构及形成机理进行深入研究。
综上说述，在建筑中外围护结构的热损耗较大，而且外围护结构中墙体又占了很大份额，所以建筑墙体改革与墙体节能技术的发展是建筑节能技术的一个最重要的环节，发展外墙保温技术及节能材料则是建筑节能的主要实现方式。本项目拟通过煤矸石建筑保温材料孔结构及形成机理以及与材料导热性能的关系研究，以计算机模拟、材料制备实验、材料结构分析及性能测试实验相结合的方法，确定煤矸石建筑保温材料孔结构和性能的关系
以及煤矸石建筑保温材料的多孔结构形成机理，为材料性能提高及制备工艺优化提供基础。
参考文献
[1] 庞福坤，浅谈建筑外墙外保温材料选用，今日南国[J]，2010，（8）：207-216
[2] 郭声波，闵雁，煤矸石建筑保温材料在建筑外墙外保温中的应用现状及前景，建材世界[J]，2009，（5）：22-26
[3]何处寻真相 杨晓丹，张宏，陈亿雄，浅谈建筑外墙保温材料防火性能设计，物流工程与技术[J]，2010，（10）：31
[4] 阚捷华，几种墙体保温材料的保温、安全及防火性能的研究，工程建设[J]，2009，（4）：14-19
[5] 中公教育黑龙江分校孙德民, 关于推广应用苯板（EPSwouldyouplease）外墙外保温技术的三点质疑，辽宁建材[J]，2008，（9哥白尼革命）：28-30
[6] 葛伟青 ,杨静，国内煤矸石建筑保温材料的研究现状及发展趋势，唐山学院学报[J]，2008,(3):66-86
[7] 田英良,张磊 ,顾振华等，国内外煤矸石建筑保温材料发展概况和生产工艺，玻璃与搪瓷[J]，2010，（2）：37-41
[8] 张淑会,康志强，薛向欣，利用铁尾矿制备煤矸石建筑保温材料复合材料，硅酸盐通报[J]，2010，（2）：486-490
[9] 张剑波，吴勇生，煤矸石建筑保温材料的研究进展，中国资源综合利用，2010，（4）：25-30
[10]姜晓波，煤矸石建筑保温材料的研究，天津职业院校联合学报[J]，2008中共六大，（10），2:36-38
[11] GUOHong
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议