郭帆+邓杰+李怀玉+高敏

摘 要：近年来，我国建筑能耗呈现快速增长趋势，为缓解我国能源和环境所面困境，国家相继出台各项政策和法律法规，提出大力发展“低碳、绿色、循环”经济的模式。建筑能耗的降低对建筑材料的保温性能提出了更高的要求，材料的性能不仅需要具备较好的保温、隔热性能，更要有较好的防火性能，以提高施工和使用过程中的安全性。

关键词：酚醛泡沫板；材料性能；设计要求；系统稳定性；工程应用

目前，我国建筑能耗已与工业能耗、交通能耗并列成为能源消耗的三大“耗能大户”，随着城镇化进程的加速发展和人民生活水平的提高，建筑能耗呈急剧上扬趋势，其能耗已占到全社会终端能耗的30%左右。为缓解我国能源和环境所面困境，十六大以来，党中央相继提出走新型工业化发展道路、发展低碳循环经济、建立资源节约型、环境友好型社会等理念；国务院办公厅2013年1号文件发布了“绿色建筑行动方案”，明确提出“大力发展安全耐久、节能环保、施工便利绿色建材”的总体目标。因此，绿色、低碳已成为我国建筑发展的主导方向。

建筑节能的全面推进使得保温材料在现有节能建筑中得到了广泛应用。目前建筑围护结构的保温材料中，主要使用的材料分为有机类和无机类，从使用的实际情况来看，我国北方寒冷地区和夏热冬冷地区围护结构绝大多数使用的为有机类保温材料，这主要是由于这些地区气候条件对围护结构保温性能的要求决定的。一般来讲，有机类材料的保温性能远优于无机类材料。但从建筑的防火等级要求来看，采用有机类保温材料与此存在一定的矛盾。

酚醛泡沫保温材料的主要应用形式为酚醛板，它是由大块泡沫切割或单层发泡而成，与传统有机保温材料相比，具有难燃、低烟、低毒和优异的耐热性，国内外应用实践表明，25毫米厚酚醛泡沫平板经受1700℃火焰喷射1O分钟后，仅表面略有碳化且不会被烧穿，可有效防止火灾发生和火势蔓延；与传统无机保温材料相比，由于其导热系数低，节能保温性能提高约1倍。因此，酚醛板保温材料兼备了有机和无机保温材料的优势，具有消防和节能的“双保险”。本文简要介绍了其研究和应用现状。

1 酚醛泡沫简介

1.1 普通酚醛泡沫

酚醛泡沫是由酚醛树脂经过发泡而得到的一种气固两相混合的高分子合成材料。根据泡沫内部的泡体结构可将酚醛泡沫分为闭孔泡沫和开孔泡沫两种。在闭孔泡沫塑料中，气体填充在由树脂构成的互不相通的格子中，而在开孔的泡沫塑料中，气体填充在树脂构成的互相连通的格子内。这种材料因内部大量气孔的存在，具有较好的保温隔热、吸声性能。其分子式如图1所示。

图1 高邻位酚醛树脂分子式

1.2 复合酚醛泡沫

普通酚醛泡沫由于其表面易氧化，起粉，同时，体系的PH呈酸性，在建筑保温领域使用过程中，由于水泥基材料的PH呈碱性，二者易产生酸碱反应，从而造成建筑表面开裂、剥落等问题。为克服上述缺陷，改善酚醛泡沫与建筑水泥基体的相容性，复合酚醛泡沫也随之产生。它是在工厂内预制的表面复合专用界面处理剂或聚合物砂浆增强卷材的硬质酚醛泡沫板，其芯材是改性酚醛泡沫。

目前，酚醛泡沫作为一种新型的多用途泡沫材料，以其耐热、难燃、耐火焰穿透、遇火无滴落物和防止火灾蔓延的性能优点，引起了人们的高度重视。人们重新认识到利用它既保温又耐燃的性能作为保温绝热材料在工业与民用建筑中得以广泛的应用。

复合酚醛泡沫板的优势：

① 优良的抗燃烧性能：法国建筑科学与技术中心曾对酚醛泡沫塑料全面检验，证明它抗火焰性能优良，如从焊枪喷出的高达3000℃温度的火焰对准泡沫板，2分钟后还未记录到有明显的热传到板背面，无高温热分解和发烟；

② 优良的绝热性能：导热系数低（<0.04W/m·K），为保温、隔热的优良材料；

③ 抗腐蚀抗老化：几乎能够耐所有无机酸、有机酸、有机溶剂的侵蚀。在封闭环境中，各项性能长期保持稳定，具有较好的耐老化性；

④ 结构更有利于吸声；

⑤ 环保：复合酚醛保泡沫板采用无氟发泡技术，无纤维，符合国家、国际的环保要求；

⑥ 密度小、重量轻：在满足强度要求的前提下，酚醛保温板的密度达到50㎏/m3以下，可减轻建筑物的自重，降低建筑物的载荷，减少结构造价，且施工简便、快捷，可提高工效；

⑦ 吸声性能：酚醛保温板具有优良的吸声性能，开孔型的泡沫结构更有利于吸声 。

1.3 酚醛泡沫导热系数的影响因素

从酚醛泡沫的组成来看，其芯材内部存在大量气孔，这也是酚醛泡沫材料具有保温隔热效果的主要原因。但内部气孔的存在形式也有差异。根据泡沫内部的泡体结构可将酚醛泡沫分为闭孔泡沫和开孔泡沫两种。在闭孔泡沫塑料中，气体填充在由树脂构成的互不相通的格子中，而在开孔的泡沫塑料中，气体填充在树脂构成的互相连通的格子内。实际上，完全闭孔或完全开孔的泡沫塑料是很难实现的，一般只能得到闭孔结构占大多数或开孔结构占大多数的泡沫塑料。

在成型的酚醛泡沫体内的闭孔体所占的酚醛泡沫总体积的百分比叫作酚醛泡沫闭孔率。在热量传递过程中，开孔内部的空气流动大于闭孔，所以开孔率的增加会导致泡沫板材料的导热系数升高。同时，闭孔率很大程度地影响着泡沫塑料的吸水、透气、强度及刚度等性能。闭孔结构泡沫的吸水性、透气性、导热性均较开孔结构的小，刚度和强度比开孔结构高。同时，泡沫塑料中的气体含量和气体是否均匀对泡沫体质量的影响也较大。一般来说，均匀细孔结构的泡沫比大孔结构的拉伸强度要高。

因此，质量较好的酚醛树脂保温板应具有较高的闭孔率。这与酚醛泡沫的发泡工艺，发泡剂的种类、发泡工艺、表面活性剂等有较大的关系，目前我国酚醛泡沫保温板的闭孔率最高可以达到90%以上，其导热系数≤0.04W/（m·K）。

2 材料性能及设计要求

2.1 材料性能

通过对复合酚醛泡沫板的各项性能系统测试，结合生产企业的实际生产水平，酚醛泡沫保温板的指标及组成材料的性能指标如表1的规定。

表1 复合酚醛泡沫板组成材料性能指标

项目 性能指标 试验方法

聚合物砂浆增强卷材或专用界面处理剂 厚度/mm 0.2～0.7 —

拉伸粘结强度/MPa

（与硬质酚醛泡沫板） ≥0.10，且破坏部位不得位于粘结界面 JGJ 144

必须与硬质酚醛泡沫板相容 —

硬质酚醛泡沫板芯材 表观密度/（kg/m3） ≥60 GB/T 6343

导热系数/W/（m·K）

（平均温度25℃±2℃） ≤0.04 GB/T 10294

压缩强度/MPa ≥0.15 GB/T 8813

垂直于板面方向的抗拉强度/MPa ≥0.1，且破坏部位不得位于粘结界面 JG 149

尺寸稳定性/%

（70℃±2℃，48h） ≤1.5 GB/T 8811

体积吸水率/%（浸水96h） ≤5.0 GB/T 8810

透湿系数 [ng/（Pa·s·m）]（23℃±1℃，相对湿度50%±2%） 2～8 GB/T 17146

燃烧性能 不低于B1级 GB 8624

弯曲强度/MPa ≥0.2 GB/T 8812.2

2.2 酚醛泡沫外墙保温构造

酚醛泡沫外墙保温构造采用目前外墙保温板材常用的薄抹灰体系，其构造如表2所示。

表2 涂料（饰面砂浆）饰面复合酚醛泡沫板薄抹灰外墙外保温系统基本构造

基层

① 保温系统基本构造 构造示意图

粘结层

② 保温层

③ 抹面层

④ 饰面层

⑤

混凝土墙、砌体墙（基层水泥砂浆找平处理） 粘结剂 复合酚醛泡沫板 抹面胶浆复合耐碱玻纤网格布，辅以锚固件 涂料（饰面砂浆）饰面

3 酚醛泡沫外保温系统可靠性检验

按照复合酚醛泡沫板外保温系统构造，选择了两种不同工艺的板材进行了实体墙的施工，施工方法参照《酚醛泡沫外保温系统施工工艺》。自然养护28d后，每间隔一定时间观察实体墙墙面情况，并对实体墙进行拉拔强度现场检验。以研究时间、气候等因素对酚醛外保温系统的影响，现场检测照片如图2、检测结果如图3所示。

图2 酚醛泡沫外保温系统可靠性检验

通过上述现场试验表明，复合酚醛泡沫板外墙外保温系统在近1年的时间内外观不存在裂纹、空鼓等问题，其粘结层与保温层的拉拔强度始终围绕在一定的数值波动，变化不明显，且抗拉拔指标均高于国标规定值，这些可以说明，在这段时间内，经历炎热和寒冷的天气，酚醛保温系统仍然足够稳定。

图3 酚醛泡沫外保温系统可靠性检验结果

4 复合酚醛板在工程实际中的应用

2012年，酚醛板在重庆地区开始应用，半山公馆作为重庆地区首个采用的项目，位于大石杨片区（高九路旁），沙区、渝中、九龙坡区三区交汇处，紧邻石桥铺、大坪等城市核心地带，建筑面积近22万方，项目在外墙、架空楼板等部位采用酚醛板保温，现场施工如图4所示。

图4 酚醛板重庆半山公馆项目施工照片

从现场施工效果来看，其各项性能指标均达到设计要求，建筑工程完工两年后，外墙无裂纹、空鼓现象。能效测评结果显示建筑能耗指标满足居住建筑节能65%的相关规定。

5 结语

在国家大力推广建筑节能的趋势下，不少省份相继出台了建筑节能50%、65%的相关标准，其中对材料的保温隔热性能有了明确的界定，对围护结构材料的要求不断提高。但材料的燃烧等级、保温性能之间的矛盾一直是不可忽视的问题。复合酚醛泡沫保温板以其保温隔热性能优异、密度低，特别是能够克服有机类保温材料耐热差、易燃烧，燃烧时释放大量热量并产生大量有毒烟气和溶滴等现象，通过外墙保温系统的可靠性测试和实际工程应用效果表明，其各项性能指标符合我国对建筑保温材料的相关要求，具有较好的发展前景。

参考文献

[1] 黄志雄，彭永利，秦岩，等.热固性树脂复合材料及其应用[M].北京：化学工业出版社，2006.

[2] 薛斌，张兴林.酚醛树脂的现代应用及发展趋势[J].热固性树脂，2007（4）.

[3] 张洋，李晓林，李玉斌.非均相聚合改性酚醛树脂的研究[J].热固性树脂，1998（4）.

[4] 张莉.酚醛泡沫绝热材料的常温制备及性能研究[D].武汉：武汉理工大学，2006.

[5] 何金桂，薛向欣，李勇.酚醛树脂的合成及应用研究进展[J].辽宁化工，2010（1）.

作者简介：郭帆，女，中煤科工集团重庆设计研究院绿色建筑技术中心工程师，主要从事建筑节能与绿色建筑技术研究。

通过对复合酚醛泡沫板的各项性能系统测试，结合生产企业的实际生产水平，酚醛泡沫保温板的指标及组成材料的性能指标如表1的规定。

表1 复合酚醛泡沫板组成材料性能指标

项目 性能指标 试验方法

聚合物砂浆增强卷材或专用界面处理剂 厚度/mm 0.2～0.7 —

拉伸粘结强度/MPa

（与硬质酚醛泡沫板） ≥0.10，且破坏部位不得位于粘结界面 JGJ 144

必须与硬质酚醛泡沫板相容 —

硬质酚醛泡沫板芯材 表观密度/（kg/m3） ≥60 GB/T 6343

导热系数/W/（m·K）

（平均温度25℃±2℃） ≤0.04 GB/T 10294

压缩强度/MPa ≥0.15 GB/T 8813

垂直于板面方向的抗拉强度/MPa ≥0.1，且破坏部位不得位于粘结界面 JG 149

尺寸稳定性/%

（70℃±2℃，48h） ≤1.5 GB/T 8811

体积吸水率/%（浸水96h） ≤5.0 GB/T 8810

透湿系数 [ng/（Pa·s·m）]（23℃±1℃，相对湿度50%±2%） 2～8 GB/T 17146

燃烧性能 不低于B1级 GB 8624

弯曲强度/MPa ≥0.2 GB/T 8812.2

2.2 酚醛泡沫外墙保温构造

酚醛泡沫外墙保温构造采用目前外墙保温板材常用的薄抹灰体系，其构造如表2所示。

表2 涂料（饰面砂浆）饰面复合酚醛泡沫板薄抹灰外墙外保温系统基本构造

基层

① 保温系统基本构造 构造示意图

粘结层

② 保温层

③ 抹面层

④ 饰面层

⑤

混凝土墙、砌体墙（基层水泥砂浆找平处理） 粘结剂 复合酚醛泡沫板 抹面胶浆复合耐碱玻纤网格布，辅以锚固件 涂料（饰面砂浆）饰面

3 酚醛泡沫外保温系统可靠性检验

按照复合酚醛泡沫板外保温系统构造，选择了两种不同工艺的板材进行了实体墙的施工，施工方法参照《酚醛泡沫外保温系统施工工艺》。自然养护28d后，每间隔一定时间观察实体墙墙面情况，并对实体墙进行拉拔强度现场检验。以研究时间、气候等因素对酚醛外保温系统的影响，现场检测照片如图2、检测结果如图3所示。

图2 酚醛泡沫外保温系统可靠性检验

通过上述现场试验表明，复合酚醛泡沫板外墙外保温系统在近1年的时间内外观不存在裂纹、空鼓等问题，其粘结层与保温层的拉拔强度始终围绕在一定的数值波动，变化不明显，且抗拉拔指标均高于国标规定值，这些可以说明，在这段时间内，经历炎热和寒冷的天气，酚醛保温系统仍然足够稳定。

图3 酚醛泡沫外保温系统可靠性检验结果

4 复合酚醛板在工程实际中的应用

2012年，酚醛板在重庆地区开始应用，半山公馆作为重庆地区首个采用的项目，位于大石杨片区（高九路旁），沙区、渝中、九龙坡区三区交汇处，紧邻石桥铺、大坪等城市核心地带，建筑面积近22万方，项目在外墙、架空楼板等部位采用酚醛板保温，现场施工如图4所示。

图4 酚醛板重庆半山公馆项目施工照片

从现场施工效果来看，其各项性能指标均达到设计要求，建筑工程完工两年后，外墙无裂纹、空鼓现象。能效测评结果显示建筑能耗指标满足居住建筑节能65%的相关规定。

5 结语

在国家大力推广建筑节能的趋势下，不少省份相继出台了建筑节能50%、65%的相关标准，其中对材料的保温隔热性能有了明确的界定，对围护结构材料的要求不断提高。但材料的燃烧等级、保温性能之间的矛盾一直是不可忽视的问题。复合酚醛泡沫保温板以其保温隔热性能优异、密度低，特别是能够克服有机类保温材料耐热差、易燃烧，燃烧时释放大量热量并产生大量有毒烟气和溶滴等现象，通过外墙保温系统的可靠性测试和实际工程应用效果表明，其各项性能指标符合我国对建筑保温材料的相关要求，具有较好的发展前景。

参考文献

[1] 黄志雄，彭永利，秦岩，等.热固性树脂复合材料及其应用[M].北京：化学工业出版社，2006.

[2] 薛斌，张兴林.酚醛树脂的现代应用及发展趋势[J].热固性树脂，2007（4）.

[3] 张洋，李晓林，李玉斌.非均相聚合改性酚醛树脂的研究[J].热固性树脂，1998（4）.

[4] 张莉.酚醛泡沫绝热材料的常温制备及性能研究[D].武汉：武汉理工大学，2006.

[5] 何金桂，薛向欣，李勇.酚醛树脂的合成及应用研究进展[J].辽宁化工，2010（1）.

作者简介：郭帆，女，中煤科工集团重庆设计研究院绿色建筑技术中心工程师，主要从事建筑节能与绿色建筑技术研究。

通过对复合酚醛泡沫板的各项性能系统测试，结合生产企业的实际生产水平，酚醛泡沫保温板的指标及组成材料的性能指标如表1的规定。

表1 复合酚醛泡沫板组成材料性能指标

项目 性能指标 试验方法

聚合物砂浆增强卷材或专用界面处理剂 厚度/mm 0.2～0.7 —

拉伸粘结强度/MPa

（与硬质酚醛泡沫板） ≥0.10，且破坏部位不得位于粘结界面 JGJ 144

必须与硬质酚醛泡沫板相容 —

硬质酚醛泡沫板芯材 表观密度/（kg/m3） ≥60 GB/T 6343

导热系数/W/（m·K）

（平均温度25℃±2℃） ≤0.04 GB/T 10294

压缩强度/MPa ≥0.15 GB/T 8813

垂直于板面方向的抗拉强度/MPa ≥0.1，且破坏部位不得位于粘结界面 JG 149

尺寸稳定性/%

（70℃±2℃，48h） ≤1.5 GB/T 8811

体积吸水率/%（浸水96h） ≤5.0 GB/T 8810

透湿系数 [ng/（Pa·s·m）]（23℃±1℃，相对湿度50%±2%） 2～8 GB/T 17146

燃烧性能 不低于B1级 GB 8624

弯曲强度/MPa ≥0.2 GB/T 8812.2

2.2 酚醛泡沫外墙保温构造

酚醛泡沫外墙保温构造采用目前外墙保温板材常用的薄抹灰体系，其构造如表2所示。

表2 涂料（饰面砂浆）饰面复合酚醛泡沫板薄抹灰外墙外保温系统基本构造

基层

① 保温系统基本构造 构造示意图

粘结层

② 保温层

③ 抹面层

④ 饰面层

⑤

混凝土墙、砌体墙（基层水泥砂浆找平处理） 粘结剂 复合酚醛泡沫板 抹面胶浆复合耐碱玻纤网格布，辅以锚固件 涂料（饰面砂浆）饰面

3 酚醛泡沫外保温系统可靠性检验

按照复合酚醛泡沫板外保温系统构造，选择了两种不同工艺的板材进行了实体墙的施工，施工方法参照《酚醛泡沫外保温系统施工工艺》。自然养护28d后，每间隔一定时间观察实体墙墙面情况，并对实体墙进行拉拔强度现场检验。以研究时间、气候等因素对酚醛外保温系统的影响，现场检测照片如图2、检测结果如图3所示。

图2 酚醛泡沫外保温系统可靠性检验

通过上述现场试验表明，复合酚醛泡沫板外墙外保温系统在近1年的时间内外观不存在裂纹、空鼓等问题，其粘结层与保温层的拉拔强度始终围绕在一定的数值波动，变化不明显，且抗拉拔指标均高于国标规定值，这些可以说明，在这段时间内，经历炎热和寒冷的天气，酚醛保温系统仍然足够稳定。

图3 酚醛泡沫外保温系统可靠性检验结果

4 复合酚醛板在工程实际中的应用

2012年，酚醛板在重庆地区开始应用，半山公馆作为重庆地区首个采用的项目，位于大石杨片区（高九路旁），沙区、渝中、九龙坡区三区交汇处，紧邻石桥铺、大坪等城市核心地带，建筑面积近22万方，项目在外墙、架空楼板等部位采用酚醛板保温，现场施工如图4所示。

图4 酚醛板重庆半山公馆项目施工照片

从现场施工效果来看，其各项性能指标均达到设计要求，建筑工程完工两年后，外墙无裂纹、空鼓现象。能效测评结果显示建筑能耗指标满足居住建筑节能65%的相关规定。

5 结语

在国家大力推广建筑节能的趋势下，不少省份相继出台了建筑节能50%、65%的相关标准，其中对材料的保温隔热性能有了明确的界定，对围护结构材料的要求不断提高。但材料的燃烧等级、保温性能之间的矛盾一直是不可忽视的问题。复合酚醛泡沫保温板以其保温隔热性能优异、密度低，特别是能够克服有机类保温材料耐热差、易燃烧，燃烧时释放大量热量并产生大量有毒烟气和溶滴等现象，通过外墙保温系统的可靠性测试和实际工程应用效果表明，其各项性能指标符合我国对建筑保温材料的相关要求，具有较好的发展前景。

参考文献

[1] 黄志雄，彭永利，秦岩，等.热固性树脂复合材料及其应用[M].北京：化学工业出版社，2006.

[2] 薛斌，张兴林.酚醛树脂的现代应用及发展趋势[J].热固性树脂，2007（4）.

[3] 张洋，李晓林，李玉斌.非均相聚合改性酚醛树脂的研究[J].热固性树脂，1998（4）.

[4] 张莉.酚醛泡沫绝热材料的常温制备及性能研究[D].武汉：武汉理工大学，2006.

[5] 何金桂，薛向欣，李勇.酚醛树脂的合成及应用研究进展[J].辽宁化工，2010（1）.

作者简介：郭帆，女，中煤科工集团重庆设计研究院绿色建筑技术中心工程师，主要从事建筑节能与绿色建筑技术研究。