聚氨酯在围护结构.doc

聚氨酯硬泡在建筑围护结构保温系统中的应用
中国建筑科学研究院
近年来，墙体保温节能的观念逐渐深入人心，外墙外保温节能体系以其众多的优点已成为墙体保温形式的主流，它有着一系列的优点例如保护主体结构，延长建筑物寿命，基本消除了“热桥”的现象，有利于室温稳定等，现今市面上所用的保温材料主要是聚苯板和挤塑板，其导热系数较低，能够满足现行的节能50%的要求，但随着节能要求的进一步提高，从节能50%到65%，甚至以后可能到75%或更高，这就对保温层的保温材料提出挑战，这样聚氨酯硬泡保温材料就以独特的保温隔热的优势登上保温舞台。
本文主要介绍了聚氨酯硬泡保温材料在建筑保温体系中应用的有关情况，本文的主要内容有以下几点：
1、硬质聚氨酯泡沫在建筑保温领域应用国内外发展现状
一、
2、硬质聚氨酯泡沫及其保温体系性能特点综述
3、推广应用硬质聚氨酯泡沫外墙外保温体系的原因
二、
4、硬质聚氨酯泡沫外墙外保温体系应用中有关问题探讨
5、进一步加强推广应用的工作设想

一、硬质聚氨酯泡沫在建筑保温领域的国内外发展现状
1.1 概述
1、国外硬质聚氨酯泡沫的应用现状：
硬质聚氨酯泡沫在国外大量用于屋面和墙体保温绝热。主要应用形式有复合板材、现场喷涂两类。
（1）、国外硬质聚氨酯泡沫夹心板材已有30年的应用历史， 其表层一般为镀锌彩色压型钢板，质轻、强度高，保温隔声性能和耐候性好集保温、防水、装饰于一体 ，但价格较贵。
（2）、现场喷涂硬质聚氨酯泡沫适用于混凝土、金属、塑料、 沥青等多种基层， 国外应用已很普遍。 其中用于屋面保温的历史也已达30年以上。
英国上个世纪60年代已将硬质聚氨酯泡沫应用于墙体和屋面。美国1996年建筑用硬泡占硬泡总耗用量的49%，家用、商用冰箱等设备仅占23.5%。又如美国莫贝公司的建筑用硬泡中，有50%用于维修旧屋面、17%用于新屋面、15%用于墙体。 据美国聚氨酯工业协会统计：目前，为了达到节能约50%-70%的目的，在美国每年大约修建一百五十万个家庭住宅, 房屋的保温系统所采用的保温材料由玻璃纤维一致地转向聚氨酯保温材料，以充分利用聚氨酯保温材料的卓越的保温性能和防水性。
（3）、国外硬质聚氨酯泡沫应用效果分析：
近年来，美国喷涂聚氨酯协会会员的有关专家对喷涂聚氨酯屋面系统进行调查和研究：
所调查的屋面系统超过1600套，并对其中的160套进行详细调查，最近得出的调查报告称：此系统屋面在美国6种气候条件下，具有很高的寿命和使用性，时间最长的屋面系统已超过26年，在所调查的屋面中有97.6%的屋面没有出现渗漏，93%有不超过1%的退化，55%没有被维修过，聚氨酯硬泡的物理性能并没有随着时间的流逝而减少，超过70%的聚氨酯硬泡屋面系统超过普通屋面系统的使用期限。并通过对超过8百万平方英尺的屋面系统节能进行计算，证明节能效果明显。
（4）、国外硬质聚氨酯泡沫保温系统中的相关标准：
欧洲标准：
DIN 18159-1-1991 建筑工业作现场浇泡沫用泡沫塑料. 绝热和防寒用现浇聚氨酯泡沫塑料.应用、性能、结构、检验
DIN EN 13165/A1:2004 建筑物的热绝缘产品.工厂制硬质聚氨酯泡沫产品.规范
DIN EN 13165:2001 建筑物用隔热产品.工厂制硬质聚氨酯泡沫制品.规范
国际标准：
ISO8873-1987 硬质泡沫塑料 建筑物热绝缘喷涂的聚氨酯泡沫规范
英国标准
BS EN 13165:2001 建筑物的热绝缘产品.工厂生产的硬质聚氨酯泡沫产品.规范
BS 4841-1:1993 建筑用聚氨酯(PUR)和聚异氰尿酸酯(PIR)泡沫.
BS 4840-2-1994 冷藏箱、冷藏室及冷库用聚氨脂泡沫塑料规范
日本：
JIS A9526-1994 喷涂硬质聚氨酯泡沫保温材料
美国材料、试验标准
ASTM D 5469-00 新喷涂的聚氨酯泡沫和覆层屋顶系统应用的标准指南

2、国内硬质聚氨酯泡沫的应用现状：
在我国建设工程中，硬质聚氨酯泡沫在屋面保温隔热防水，以及冷库、大中型化工设施、大棚、粮库等保温隔热方面都有应用，并且大多都有十多年的历史。其中屋面、冷库等均制订了相应的施工应用技术规范。
随着节能要求的提高和硬质聚氨酯泡沫保温技术的发展，聚氨酯硬泡越来越引起建筑保温行业的关注，在外墙外保温领域的应用技术研究也在近几年开始起步。北京、新疆、吉林等地都有不少的工程实例，并且，吉林省已于2003年制订了《硬质聚氨酯泡沫塑料外墙外保温工程施工及验收规程》（DB22/T365-2003）
北京市也在进行此项工作。此外，单组分聚氨酯泡沫密封胶也在门、窗安装工程中得到大量应用。
1.2 工程应用举例
现场喷涂硬质聚氨酯泡沫广泛应用于建筑屋面保温、钢结构建筑屋面保温、化工储罐外保温等，除此之外预制硬质聚氨酯泡沫保温板也应用于工程之中
工程的施工照片如下

图1 硬质聚氨酯泡沫的内墙和外墙喷涂施工
从上述分析与工程实例可得出如下结论：

1、硬质聚氨酯泡沫严格地说不是一种新产品。如从国外开始用于屋面保温隔热工程中算起，其用于建筑工程的历史已达30年以上。我国1987年烟台合成革厂研制使用，93年开始用直喷法将硬质聚氨酯泡沫喷涂于屋面工程，取得了良好效果。国内外许多工程实践证明：该类产品是一种传统的优质建筑保温隔热材料，用于建筑工程中是可行的、是成功的。
2、建筑物外墙保温是建筑节能的重要环节，外墙外保温的要求越来越高。硬质聚氨酯泡沫用于外墙外保温是提高其保温性能的要求。但是这方面的研究和工程实践在国内外都是近几年的事。
所以，我们可以将目前正在研究及推广应用的硬质聚氨酯泡沫外墙外保温体系定位为：传统的高性能保温材料开拓新用途。

二、硬质聚氨酯泡沫及其保温体系性能特点综述
2.1 硬质聚氨酯泡沫材料的特点
1、导热系数低，保温隔热效果好
聚氨酯发泡时闭孔率高，所以当硬质聚氨酯泡沫密度为35-40Kg/m3时，导热系数仅为0.018-0.023W/（m·K），在同样保温效果下，保温层厚约相当于EPS的一半，在目前所有保温材料中导热系数最低，其热工性能优越。
2、粘结性能好
硬质聚氨酯泡沫体直接喷涂于墙体，通过喷枪形成混合物直接发泡成型,液体物料具有流动性、渗透性，可进入到墙面基层空隙中发泡，与基层牢固地粘合并起到密封空隙的作用。
3、防水性能好
硬质聚氨酯泡沫吸水率低，抗水蒸气渗透性好，闭孔率达95%以上，是结构致密的微孔泡沫材料，不易透水，施工连续，整体性能好，因此防水效果好，且不会因吸潮而增大导热系数，防水性能可靠。
4、现场喷涂或浇注施工，整体性好
硬质聚氨酯泡沫采用喷涂或浇筑施工，施工具有连续性，独特的施工技术使整个保温层无接缝、具有整体性，墙体形成无接缝连续壳体，有利于整体的保温效果和防水性能。
5、耐老化、化学稳定性好
与聚苯乙烯等保温材料相比，硬质聚氨酯泡沫
（1）耐老化性能较好，化学性能稳定；
（2）低温-50℃不脆裂，高温+150℃不流淌，不粘连，可正常使用；
（3）耐弱酸，弱碱等化学物质侵蚀，使用寿命长。

2.2 与其他材料保温体系相比聚氨酯外保温体系优缺点
表1详细列出了几种外保温做法的优缺点：
表1 几种外保温做法的优缺点对比表
体系种类
优缺点

粘贴EPS板和 XPS板外墙外保温体系

浇筑EPS板和XPS板外墙外保温体系

喷涂PU外墙外
保温体系

浇筑PU外墙外保温体系

1、保温效果

聚苯板的导热系数一般在0.036 W/（m·K）左右，而挤塑聚苯板的导热系数一般在0.028 W/（m·K）左右，厚度按热工计算一般为40～60ｍｍ时能满足节能50%的要求

聚氨酯硬泡发泡时闭孔率高，所以当硬质聚氨酯泡沫密度为35-40Kg/m3时，导热系数仅为0.018-0.023W/（m·K），25mm厚的聚氨酯硬质泡沫塑料的保温效果相当于40mm厚的EPS，在目前所有保温材料中导热系数最低，其热工性能优越

2、施工性能

粘结施工，不会造成环保问题，施工较方便，可对板材任意切割，但要注意粘结砂浆的粘结性能，且施工是在主体结构完成后，需另计算工期。

施工与结构施工同步，节省工期，解决了板材与墙面的粘结问题，施工效率较高，但浇筑易出现保温板上下受力不均匀，产生应力集中，使保温板不平整，易使表面砂浆出现裂纹。

直接于墙体发泡,可与基层牢固地粘合，保温层无接缝，墙体形成无接缝连续壳体；适应于任何形状结构，改造方便；但施工时须注意天气情况、喷涂技术的熟练度等，需解决喷涂泡沫的飞溅漂浮等环保问题，厚度需均匀，需掌握好平整度，解决与表层的粘结问题等。处理不当易产生饰面层的起鼓、脱落、开裂等现象

厚度均匀、不存在接缝问题，整体性好，能解决平整度问题，防水保温性能好，节省工期；但浇筑时可能产生浇筑不均匀，形成空洞等，检测不方便，需制作专业模板，另需进行模板的固定等

3、防水性能

体系防水性能不如聚氨酯硬泡，水分侵入会可能造成聚苯板保温效果失效。

硬质聚氨酯泡沫吸水率低，抗水蒸气渗透性好，泡沫闭孔率达95%以上，结构致密，不易透水，属憎水材料，连续无接缝特性的特性保证了其整体防水效果尤秀，且不会因吸潮而增大导热系数，防水性能可靠。

4、抗裂性能

体系抗裂性由抹面砂浆承担，因此抗裂砂浆性能要保证，一旦开裂水分侵入保温材料会造成保温材料的失效

硬质聚氨酯泡沫能依靠自身粘结性能与墙体基面直接粘结，整体性好，聚氨酯自身的抗裂性能优越，水侵入也不会造成保温效果的失效。

5、粘结性能

粘结保温板主要靠粘结砂浆，所以粘结砂浆的性能须保证

浇筑施工利用砼的粘结性，粘结性能保证，但须注意抹面砂浆的粘结性能。

聚氨酯发泡时能与基层牢固地粘合并起到密封空隙的作用，其粘结强度超过泡沫体本身抗拉强度，使硬泡层与墙面基层成为一体，不易发生脱层，但聚氨酯发泡所形成的表面硬壳较光滑，须十分注意抹面砂浆的粘结性，必要时使用合适的界面剂。

6、整体性能

粘贴和浇筑聚苯板，均采用加工成型的尺寸固定的板材，不可避免地出现接缝问题，所以整体性能较差。

喷涂法和浇筑法能充分利用聚氨酯材料本身的发泡过程粘结形成整体板材，施工连续好，整个保温层无接缝，具有整体性，墙体形成连续无接缝壳保温层。

7、环保性能

由于使用的保温板均为工厂加工预制，所以施工和使用的过程中不会存在环保问题。

喷涂硬质聚氨酯泡沫，易受天气影响，造成聚氨酯泡沫飞溅、漂浮，可能对周边环境产生影响。

浇筑聚氨酯保温层由于会受模板限制，泡沫飞溅较轻，影响小。

8、耐久性能

由于聚苯板本身的特性，所以在遭受水侵入后极易发生保温失效现象，在遭受高温时易收缩变形，并可能形成滴液，使保温板破坏，失去保温效果，使用的粘结砂浆如粘结强度稍弱，则会发生板材脱落，耐久性相对来说较弱。

采用聚氨酯做保温层，保温防水一体化，不会因为水侵入而造成保温层的失效，聚氨酯的耐老化性能好，化学性能稳定。屋面喷涂聚氨酯的使用年限已超过26年，至今系统运行的很好

三、要进行硬质聚氨酯泡沫外墙外保温体系推广应用
推广应用硬质聚氨酯泡沫是我国保温材料体系走向高性能化的必然要求
，保温体系的高性能化，必然要依赖于保温材料的保温性能的大幅度提高。理论计算与工程实践证明： 以EPS和XPS为代表的保温材料在厚度限定时难以满足节能65%的要求。硬质聚氨酯泡沫的保温性能更优越、更能够满足于节能65%的要求。推广应用硬质聚氨酯泡沫是由其自身高性能决定的，
综上所述，我们认为：从内因和外因二个方面看:硬质聚氨酯泡沫的推广应用都有一定的必然性，它的生产与在建筑保温方面特别是在外墙外保温方面的应用在未来几年内将会有较大发展。经过大家的努力，3-5年内聚氨酯外墙外保温体系将在我国总的外墙外保温体系中占有一席之地。