绿色安全气凝胶复合保温材料设计应用解决方案

■ 信息来源：西安方元绿洲新材料科技有限公司 齐荣兴/余华超/郭宪强

“碳达峰、碳中和”已成为国家战略。从全球来看，建筑行业贡献了碳排放总量的40%，建筑领域的节能减排、低碳转型是我国实现“双碳”目标的关键一环。建筑外墙保温技术为我国建筑节能事业的发展起着非常重要的作用，随着建筑节能标准的提高，外墙保温的技术要求也越来越高。为提高建筑保温工程安全性和可靠性，推进城市建设高品质高质量发展，外墙保温的安全已经提到了新的高度。

一 当前行业存在的“痛点”分析

我国自本世纪初开始的建筑保温事业发展速度很快，建筑保温技术也是层出不穷，归纳起来有三大类：一是外墙外保温薄抹灰保温系统，二是外墙外（内）保温浆体保温系统，三是建筑保温结构一体化系统。这些技术的应用，为我国的基本建设提供了有力保障，但同时也暴露出很多问题，突出表现在火灾隐患、保温层脱落和外围护热桥。
导致三大问题的成因，主要出现在外墙外保温薄抹灰保温系统和外墙外（内）保温浆体保温系统，原因有二：
第一、材料自身问题。火灾是以聚苯板、挤塑板、聚氨酯为代表的B级防火材料所致；保温层脱落是由于材料的粘接强度不够（如粘接砂浆、传统浆体保温材料等），以及岩棉保温板吸水膨胀开裂脱落等造成。
第二、施工工艺问题。主要是外墙外保温薄抹灰保温系统，这种系统的基本工艺是，墙体砂浆找平→粘贴保温板（粘接面积平均40%）→抗裂砂浆夹铺网格布保护层→腻子→涂料饰面。这个工艺里面最大的隐患就是粘贴保温板形成的腔隙层，是“负压”状态。如果系统采用的是聚苯板等B级防火保温材料，那么这个腔隙层实质上起到的就是“烟囱”作用，星星之火，快速助燃；如果是岩棉保温材料，这个腔隙层实质上起到的就是“渗水通道”作用，导致岩棉板大面积吸水，继而导致岩棉板丧失保温性能，并逐渐膨胀、起鼓、开裂直至脱落。
建筑保温结构一体化系统的安全性很好，政府层面也一直强力引导，但是由于种种原因，这项技术的普及度还不高，自身暴露出来的问题也亟待改进和完善。

传统保温系统存在的问题：火灾隐患、保温层脱落和热桥

二 以创新为路径，实现绿色安全高效协调统一

基于以上情况，我公司依托多年来专注于隔热保温材料的研发、生产与应用的经验，特别是依托院士工作站的科研优势，以及航天热控技术，多年来，我们从广泛的调查研究，到确定科研主攻方向；从筛选原材料到论证分析；从突出重点到兼顾全面，等等。历经了难以计数的否定和肯定，终于云开雾散取得了突破，开发出了气凝胶复合保温系统，力求通过这个系统，彻底解决火灾隐患、保温层脱落隐患以及热桥问题。提高材料性能指标，优化施工工艺，特别是在行业内率先确定传导节能与辐射节能相结合的技术路线，使得这个全防御保温系统既有高效的节能率，又有安全的可靠性，综合性价比优势十分突出。在定位上，力求将气凝胶复合保温系统作为建筑保温结构一体化的互补技术，推动全国城镇化建设更安全、更高效、更简捷、更环保。
1.产品介绍气凝胶复合保温系统（DK优盾建筑保温系统）是一种新型全防御建筑保温系统，系统由气凝胶复合保温材料和纳米生态节能环保涂料两大主材构成。
气凝胶复合保温材料（别名：无机-有机轻集料建筑保温材料，DK优盾建筑保温材料等）：由气凝胶、陶瓷空心颗粒、焦磷酸钛、硅藻土、矿物纤维、特种纳米粘接材料以及再生聚苯颗粒等构成，产品为A级防火，无毒，无味，隔音，防霉，防水，对人体无害。使用时，利用机械增压泵将物料增压，经高压软管输送至管口处释放液压，形成附着在墙体表面的连续性大厚度保温层的施工方式。
纳米生态节能环保涂料：由无机纳米粉体材料、气凝胶以及环保乳液等构成，产品可降低保温层每天的冷热温差，减少温差形变。同时具有颜色持久弥新，耐沾污性能好，使用寿命可达20年等多种优势。目前，产品已荣获国际绿色建材LEED认证，2020年“3.15”全国消费者质量信得过产品称号。
2.技术体系气凝胶复合保温系统，是由气凝胶复合保温材料和纳米生态节能环保涂料两大主材构成的新型全防御建筑保温防火系统。在系统的设计上，采用逐层渐变、柔性释放应力的技术路线，系统粘结强度好，抗裂能力强，具有耐候性好，防火和安全性能高的特点。气凝胶复合保温系统可以满足所有新建和改扩建的，工业和民用建筑的建筑节能需要。特别是南方多雨地区，气凝胶复合保温系统更具应用优势。
气凝胶复合保温系统的“1234”：一个系统：新型全防御建筑保温系统二个主材：气凝胶复合保温材料、纳米生态节能环保涂料三个根除：根除火灾隐患，根除保温层脱落隐患，根除保温层热桥。四个全防御：   ①在传导节能的基础上，增加了辐射节能，节能效果更好。   ②建筑全寿命周期没有火灾隐患。   ③保温层不脱落，无需重复节能改造。   ④整体帷幕保温，没有热桥。
3 .施工工艺基于气凝胶复合保温系统的技术特点，无需对墙体砂浆找平即可直接进行保温层施工，工序少了，施工快了，成本低了。基本工艺是“打点冲筋--压筑保温层施工--抗裂砂浆夹铺网格布保护层-高弹防水腻子---纳米生态节能环保涂层”，这种工艺，施工效率较传统保温系统提高约20%，既适合外墙外保温，又适合外墙内保温。尤其是在南方，这一优势更加突出。对于既有建筑节能改造，气凝胶复合保温系统相较建筑保温结构一体化系统，更有优势。

 气凝胶复合保温系统施工工艺 

  岩棉板系统施工工艺

三 以安全为根本，牢牢扭住两个牛鼻子

正如第一部分所述，建筑外墙保温系统的安全，集中在两个问题，那就是火灾隐患和保温层脱落隐患，这是传统建筑保温技术无法回避的两个头疼问题。
1.从材料和工艺入手，解决防火问题。首先，气凝胶复合保温保温材料在配比上，恰当的考虑了无机材料对聚苯颗粒的完整包覆，使之成为阻断燃烧的密实夹层，保证材料无法渗透性燃烧；其次，在系统结构方面充分考虑了保温层外部的安全防护，即抗裂砂浆保护层的有效保护，技术标准要求抗裂砂浆保护层的厚度至少达到5mm，地面以上10m的高度内，要求抗裂砂浆保护层的厚度至少达到10mm；加之保护层外面的柔性防水腻子层等，可有效防止外部火焰灼烧到保温层，达到安全防护目的；其三，气凝胶复合保温材料与墙体100%紧密粘接在一起，没有薄抹灰系统产生的负压腔隙层，氧气无法进入到保温层与墙体之间，不能产生自内向上的助燃条件，消除了火焰从里面燃烧的可能性。从而，在材料和工艺上保证了优异的防火性能。
2.从材料和工艺入手，解决防脱落问题。气凝胶复合保温材料，独立研发了特种纳米粘接材料，将多种纳米材料杂化在一起，使其活性倍增，能渗透扎根填充墙体上的毛细空隙，如同一根根树根，牢牢地与墙体结合在一起，保证了极好的粘接性能和抗裂性能。在防脱落的质量控制点上，突出了压剪粘接强度指标，即保温材料粘接面施加剪切应力的测试，气凝胶复合保温材料压剪粘接强度指标实际测试结果为60KPa，即每平米保温材料粘接面的剪切应力高达6000公斤力，远远大于每平米保温材料不足20公斤的质量，保证了保温系统能够牢牢的和墙体“长”在一起。在建筑寿命周期内，避免了重复性的节能改造，既保证了安全，又节省了巨额的后期改造费用。
3.从材料和工艺入手，解决防脱落问题。仅仅解决了保温系统的防火问题和防脱落问题是不够的，还要考虑到保温系统的耐久性问题，要想在风吹、雨淋、暴晒和冰冻的自然环境条件下保温系统安然无恙，最重要的一点就是保温系统的防开裂问题。否则，无论保温材料的粘接性能多好，一旦保温层开裂渗水，就会在冻融循环条件下起鼓脱落。

为此，在研制气凝胶复合保温材料时，认真分析了现有质量控制的约束条件，最终将抗裂性能较国家标准提升了10倍，即线性收缩率仅为0.03%。此外，在结构上，按照“气凝胶复合保温层与墙体的无缝隙渗透扎根--聚合物防水抗裂砂浆保护层----柔性防水腻子---防水抗碱封闭底漆---纳米生态节能环保涂层”的工艺，在杜绝腔隙层的基础上，采用逐层渐变、柔性释放应力的技术路线，使得系统的粘结性能、抗裂性能以及防水性能协调统一，能广泛适用于多种气候区、不同基层墙体的外墙保温。

四 以绿色为重点，提高功效节约资源

“3060”双碳政策的核心理念，是要持续改善生态环境，有序推进碳达峰碳中和工作，坚决遏制高能耗、高排放、低水平项目盲目发展。巩固蓝天、碧水、净土保卫战成果。工业和民用建筑领域是国家经济支柱产业，碳排放总量占比巨大，实现绿色转型任重道远。但生态环保、绿色建筑的生存环境早已成为我们不懈追求的目标，践行“绿水青山就是金山银山”，既要“金山银山”，也要“绿水青山”，推动建筑保温技术的生态高质量发展，久久为功，刻不容缓。
气凝胶复合保温材料的绿色，至少体现在三个方面：第一，绿色建材三星认证。气凝胶复合保温材料由气凝胶，硅藻土，焦磷酸肽，陶瓷空心微珠，闭孔珍珠岩微珠，特种纳米粘接材料、聚丙烯纤维、矿物纤维，以及聚苯颗粒等混合而成。取材环保，生产过程环保标准、超低能耗，无有毒有害物质排放，是国家认证的“绿色建材三星”产品。
第二，无需砂浆找平层。根据产品性能，在工艺上取消砂浆找平层，不仅仅强化了保温层与墙体的结合强度，而且还节省了原材料、提升了功效。据测算，仅减少找平砂浆和粘接砂浆一项，每平米可节约40公斤砂浆，约10公斤水泥，30公斤沙子。若100万平米的施工面积，则可节约4万吨砂浆，约1万吨水泥，30万吨沙子。仅此一项，每年将为国家节约大量资源。

第三，坚持循环经济再利用。在不影响保温系统防火性能的情况下，合理使用再生聚苯颗粒，不仅有利于降低成本，更有利于聚苯颗粒的循环再利用，也将为早期上墙的聚苯板保温材料，在二次改造过程中实现固废利用提供了通道。

五 技术优势明显，综合性价比优势突出

1.气凝胶复合保温系统的技术优势，主要体现在：第一，在安全保障方面：牢牢锁定A级防火和保温层不脱落，确保无后顾之忧。
第二，在高效保温方面：充分利用气凝胶材料优异的隔热保温性能，采取优质的气凝胶复合保温材料和纳米生态节能涂料相结合，坚持传导节能和辐射节能的复合节能路线，更加符合客观实际。同时，纳米生态节能涂料的辐射节能又能最大限度的消除保温层的温差形变，延长保温系统的使用寿命。
第三，在结构特点方面：①保温层与墙体渗透扎根，保证了保温层与墙体结合的安全可靠性；②没有腔隙层没有缝隙，整体帷幕保温，没有冷桥；③无需砂浆找平工序，可直接在毛墙上施工。
第四，在施工效率方面：减少了砂浆找平工序等，施工工艺简捷，与薄抹灰系统相比可提高工效20%左右。
第五，在成本优势方面：气凝胶复合保温系统与传统保温系统相比，具有显著的综合性价比优势和安全保障。一是直接成本对比，本系统无需砂浆找平，施工简捷高效，纳米生态节能环保涂料与真石漆性价比优势突出；二是间接成本对比，本系统保温层厚度比岩棉系统更薄，套内面积更大。超长使用寿命避免重复性的节能改造，纳米生态节能环保涂料的附加节能效果，以及在安全方面消除了火灾隐患和保温层脱落隐患。
2.气凝胶复合保温系统与传统浆体保温材料的对比产品关键性能多点突破，是创新产品：①保温性能创新。气凝胶复合保温系统材料的导热系数0.041w/(m.k），而以GB/T20473标准为代表的传统浆体保温材料的导热系数0.060w/(m.k），前者较后者性能提升了31%；
②抗裂性能创新。气凝胶复合保温系统材料的线性收缩率为0.03%，而以GB/T20473标准为代表的传统浆体保温材料的线性收缩率为0.3%，前者较后者性能提升了10倍；
③粘接性能创新。气凝胶复合保温材料与以GB/T20473标准为代表的传统浆体保温材料的压剪粘接强度，虽然都表述为50Kpa，但内涵差别很大。一是后者较前者保温层厚度要增加1.4倍，二是后者干密度按照350考虑，较前者增加了2.3倍。这两方面叠加后，实际上前者比后者的粘接性能提升了3.3倍。陕西省住建厅和西安市住建局组织专家亲临天津市武清开发区项目考察

六 产品应用优势明显，市场看好

产品应用市场看好正如住建部科技成果鉴定专家的评价一样，气凝胶复合保温系统推向市场后，很快赢得业内专家和行家的好评，大家一致认为，气凝胶复合保温系统的科技创新，吻合了业内对建筑保温技术创新的需求，在安全性、高效性、实操性以及综合性价比方面，的的确确比传统建筑保温技术综合优势突出。如，2020年完成的河北燕郊开发区燕龙国际生态大酒店项目，原设计保温材料是聚苯板，后变更设计采用了气凝胶复合保温系统。2020年5月5日晚，一辆三轮车在楼房根基处自燃，结果大楼安然无恙。见下图：江西九江完成的军分区项目、生益科技园项目、医院项目以及学校项目等，经历了2020年以来，多次特大雨季考验。充分证明了在A级保温材料方面，气凝胶复合保温系统比岩棉保温系统具有绝对的优势。见下图九江生益科技园区外墙外保温项目：在外墙内保温方面，DK优盾建筑保温材料也显示出了独特的优势，在毛墙上直接施工，代替了砂浆找平层，减少了墙体厚度。特别是竣工后的工作面，强度非常好，钉子长期负重不脱落。见下图：

图一：客户自行测试的保温层强度 

图二：四川省德阳金科集美内保温项目

图三：天津意大利风情街程季华故居项目

图四：汉中市汉航研发中心外墙保温项目

图五：桂林市永福县法院外墙保温项目

图六：郑州市携驿轻奢酒店外墙保温项目

图七：天津市美森工业园外墙保温项目

在新农村建设和既有建筑改造方面，DK优盾建筑保温材料更有独特的优势，老百姓的安全意识很强，很多老百姓自己就可以施工，赢得很好赞誉。见下图：

图一：西安市南山农舍外保温项目

图二：鄂尔多斯市成吉思汗景区外保温项目

气凝胶复合保温系统较传统技术优势突出，面对市场较好的认可度。从大量的市场反馈来看，归纳起来有以下几点：①能节省外墙砌块外立面（或内立面）抹灰；②解决了块料外保温层与建筑物粘接紧密性的问题；③更能够保证外墙外表面数据效果；④节约了成本；⑤真正实现外墙保温层与墙体合成一体；⑥规避或减少了绝大多数质量通病。

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