李颖 黄艳芳

（广东省建筑材料研究院有限公司）

0 引言

人类的生存、发展以及社会的进步都离不开对能源的开发利用，但随着能耗的增加，可供人类开发的能源日渐匮乏，因此，发展可再生新能源或者减少现阶段生活中的能耗对于缓解能源匮乏具有重要意义。建筑行业作为我国国民经济的重要组成部分，但也是高能耗产业，资料显示我国建筑能耗占总能耗的27.6%[1]。在建筑的全寿命周期中，建筑能耗主要包括施工建设期的能耗以及建筑在使用期的能耗，前者只存在建设阶段而后者则伴随建筑终身，空调的制冷与供暖、电梯、家用电器等都是后者的组成部分。

我国很多地区都是夏热冬冷气候，夏季需要空调制冷而冬季需要空调或暖气供暖，这大大增加了建筑的能耗，因此，建筑围护结构应具备良好的保温隔热性能以减少室内与室外的热量传递从而降低建筑能耗。建筑围护结构的保温隔热材料可分为有机类、无机类和复合类，有机类包括聚苯乙烯泡沫板(EPS)、聚氨酯材料(PU)、挤塑聚苯乙烯泡沫板(XPS)等，此类材料具有低导热系数、高强、防水、防渗、防火性差等特点；无机类包括玻化微珠、膨胀珍珠岩、泡沫混凝土、岩棉等，此类材料防火性好、阻燃性强、抗老化性能强、与建筑同寿命、施工工艺简单等特点；复合类包括复合型硅酸盐保温隔热材料、中空陶瓷-乳液复合型保温隔热材料、泡沫塑料-硅酸盐复合保温隔热材料等，此类材料具有保温隔热性能好、抗火阻燃性好、施工难度小、抗老化、原材料来源广等特点[2]。

通过阅读相关文献资料，本文介绍了玻化微珠的理化性能、玻化微珠保温材料性能影响因素，进行了玻化微珠保温材料在建筑物中的作用分析以及效应分析，以期为工程人员对于玻化微珠保温材料在建筑行业中的使用提供参考。

1 玻化微珠保温材料

1.1 玻化微珠的特点

玻化微珠属于无机玻璃质矿物材料，经过多级碳化硅电热管式加工而成的一种不规则球状颗粒，颗粒表面玻化封闭且具有一定的强度，而颗粒内部为多孔空腔结构，因此，玻化微珠具有优异的绝热、防火、抗老化等性能，将其作为轻质骨料添加在砂浆中可提高砂浆的工作性能、减少砂浆的收缩率。表1 为相关规范中关于玻化微珠的性能指标。

表1 玻化微珠颗粒性能指标

1.2 玻化微珠保温砂浆设计

由于玻化微珠具有质轻、多孔、导热系数低、防火性好、无污染等特点，将其作为细骨料制备的保温砂浆是一种无机保温隔热制品，可用于建筑围护结构中。玻化微珠保温砂浆是由水泥、玻化微珠、外加剂、水等多种原材料搅拌而成的一种复杂混合材料，其性能会受到多种原材料的影响，表2 展示了通过设计不同的配合比来分析原材料对玻化微珠砂浆性能的影响，表中结果显示水泥用量和玻化微珠掺量为保温砂浆性能的主要影响因素。

表2 掺入玻化微珠对砂浆性能的影响

2 玻化微珠保温砂浆对建筑保温隔热性能的影响

2.1 建筑围护结构中保温隔热技术

建筑围护结构的保温隔热技术可分为外墙内保温、外墙外保温、内外墙混合保温和整体式保温[5,9]。

外墙内保温是将保温材料设置在外墙的内部，此方法对外墙的垂直度要求不高，因此施工简单、快速，能够保证施工进度。但是，采用外墙内保温技术容易发生“热桥”现象和结露现象，前者会增加建筑物的能耗而后者会导致墙体发霉、开裂，保温层发生裂缝，亦会增加建筑物的能耗。

外墙外保温是将保温材料设置在墙体的外侧，此方法是目前建筑围护结构保温隔热技术的主流形式，适用范围广且能够保护主体结构、减少墙面裂缝，便于旧建筑进行节能改造，同时有助于提高建筑外墙的防水性能和气密性，而且基本上消除了“冷热桥”现象。

内外墙混合保温是在外墙外保温施工方便地方采用外保温技术而在施工不方便的地方采用内保温技术，此方法同样具有施工快捷，能够保证施工进度，而且还可以有效减少“冷热桥”现象。但是，墙体采用外保温做法与内保温做法时所受到的温度应力不同，在建筑外墙的局部区域采用外保温、内保温的混合做法时，容易使该区域部分地方产生不同的变形速度与变形尺寸，长此下去将导致裂缝的产生，不仅增加了建筑能耗，甚至影响建筑的安全性。

整体式保温是指建筑物的六面均采用保温材料，兼具外保温与内保温的优点，能够保护建筑主体结构避免发生大的温度变化，延长建筑寿命，同时还有助于改善建筑物夏热冬冷的室内环境。传统建筑供暖形式是将建筑物看成一个整体，没有顾及楼板、内墙的保温隔热，因此相邻房屋之间的温差会影响建筑能耗，而整体式保温是让每栋建筑物内每一户能够进行单独保温隔热，甚至于每一个房间都能够进行单独保温隔热，使得寒冷地区的建筑能够用最低的热量让室内温度达到目标温度，极大地降低了建筑全寿命周期中的能耗[9]。

2.2 玻化微珠保温砂浆对建筑围护结构保温隔热性能的作用分析

为研究玻化微珠保温砂浆在建筑围护结构中的构造形式对建筑保温隔热性能的影响，刘泳[10]等对两个相同户型的单元A、B 分别采用外保温和整体式保温隔热措施，具体构造形式如表3 所示，由表中结果可知单元B 的外墙构造中设有两层玻化微珠保温砂浆层，整体构造类似于“三明治”形状，而单元A 仅设有一层，同时单元B 的楼底面构造中设有玻化微珠保温砂浆层，而单元A 中并未设置。利用有限元软件对单元A、B 的外墙和楼地面进行稳态传热分析，温度路径图如图1～图4 所示，图中结果显示单元A 的外墙和楼地面的温度路径图主要由线段Ⅰ、Ⅱ组成，而单元B 则由线段Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ组成。结合表3 及图1-4 分析可知图1 中线段Ⅰ、Ⅱ分别表示40mm 厚玻化微珠保温砂浆和200mm 厚钢筋混凝土墙的温升曲线，图2 中线段Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ分别表示40mm 厚玻化微珠保温砂浆、200mm 厚钢筋混凝土墙和20mm 厚玻化微珠保温砂浆的温升曲线，图3 中线段Ⅰ、Ⅱ分别表示100mm 厚钢筋混凝土楼面板和50mm 厚水泥砂浆的温升曲线，图4 中线段Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ分别表示100mm 厚钢筋混凝土楼面板、30mm 厚玻化微珠保温砂浆和20mm 厚水泥砂浆的温升曲线，对比上述温升曲线可发现采用整体式保温措施能够有效降低钢筋混凝土墙或钢筋混凝土楼面板的温度波动，有利于保护建筑的主体结构；另一方面，在墙体构造中设有两层玻化微珠保温砂浆层以及在楼地面构造中设有玻化微珠保温砂浆层能够有效减少建筑物内部与周围环境进行热量传递，使得建筑物具有更加良好的保温隔热效果。

表3 外墙和楼地面的构造形式[10]

郭艳佳[11]采用相同的研究方法也得出相类似的结论，而岳俊峰[12]等通过试验对比了玻化微珠整体式保温隔热措施与传统保温建筑的保温隔热措施，结果表明采用玻化微珠整体式保温隔热能够更有效地减少建筑物内部温度、湿度的损失，使得建筑物具有更加良好的保温隔热性能，减少了建筑能耗。

3 玻化微珠保温材料的效益分析

玻化微珠保温砂浆作为单组分保温材料，具有质量稳定可靠、施工方便、施工周期短等特点，能够极大地节约建筑中保温系统的建造成本，另一方面，玻化微珠保温砂浆具有抗老化、抗开裂、耐候性等良好性能，可延长使用寿命以及减少后期的维护费用[13]。安培霞[14]以山西太原某小区多层住宅楼为例，对玻化微珠保温系统在建筑全寿命周期中的效益进行了评估，结果显示采用玻化微珠保温系统每年可节约标准煤约58.775 吨，相当于减少排放二氧化硫940㎏、碳氢化合物435㎏、烟尘11755㎏、二氧化碳156.34 吨，显示出良好的环境效益、社会效益。赵林[15]以山西晋城某示范工程为例，研究发现在满足建筑保温隔热性能的前提下，采用玻化微珠保温混凝土材料可使建筑物每平方的造价减少92.5 元；张泽平[16]将几种不同保温系统的平方米造价、使用寿命以及每年分摊的成本进行了对比，如表4 所示，结果显示玻化微珠保温材料保温系统的成本相对较低，表现出较好的经济效益。

表4 不同保温系统的成本[16]

4 小结

玻化微珠具有质轻、多孔、低导热系数等特点，是一种性能优良的无机保温材料，将其作为原材料制备成保温材料有利于提升建筑物的保温隔热性能。整体式保温隔热方式有助于保护结构主体免受温度变化的影响，减少温度应力带来的损伤，延长了建筑物的使用寿命；另一方面，整体式保温隔热形式能够减少室内与室外的热量传递，也能够减少建筑物内温度、湿度的损失，降低了能耗。玻化微珠保温系统能够大幅减少标准煤的需求量，同时也能够降低建筑物的造价，展现出良好的环境效益、经济效益以及社会效益。