真空絕熱板薄抹灰外保溫技術與標準解析

真空絕熱板薄抹灰外保溫技術與標準解析1真空絕熱板性能特點真空絕熱板（VacuumInsulationPanel，簡稱VIP板）是一種利用真空絕熱原理生產的新型高效節(jié)能環(huán)保絕熱材料，源于太空技術，具有環(huán)保、高效、節(jié)能的特點，是最先進的高效\h保溫材料之一，在多種絕熱節(jié)能領域得到應用。建筑用真空絕熱板以芯材和吸氣劑為填（圖16-1）。其中，芯材是由纖維狀、粉狀無機輕質材料組成，起成型阻熱作用的填充材料；吸氣劑是通過物理或化學方式吸附氣體的材料；復合阻氣膜是由熱封材料、阻氣材料、保護材料等經高溫粘合制成的具有阻止氣體透過作用的復合薄膜。13-1真空絕熱板構造示意現行真空絕熱板主要標準主要有三個：《真空絕熱板》GB/T37608—2019、《建筑用真空絕熱板》JG/T438—2014、《建筑用真空絕熱板應用技術規(guī)程》JGJ/T416—2017。根據JG/T438—2014規(guī)定，建筑用真空絕熱板按導熱系數不同進行分類，尺寸偏差、性能指標13-1～13-3建筑用真空絕熱板分類 表13-1產品類型W/(m·K)]Ⅰ型≤0.005Ⅱ型0.008Ⅲ型0.012建筑用真空絕熱板的尺寸偏差 表13-2項目允許偏差/mm厚度＜15mm+2,0≥15mm+3,0長度、寬度±10板面平整度2建筑用真空絕熱板性能指標 表13-3項目指標Ⅰ型Ⅱ型Ⅲ型W/(m·K)≤0.005≤0.008≤0.012穿刺強度，N≥18kPa≥80尺寸穩(wěn)定性，%長度、寬度≤0.5厚度≤3.0kPa≥100表面吸水量，g/m2≤100穿刺后垂直于板面方向的膨脹率，%≤10耐久性（30）W/(m·K)≤0.005≤0.008≤0.012垂直于板面方向的抗拉≥80燃燒性能A（A2）真空絕熱板性能優(yōu)勢保溫效果好，導熱系數最低可以達0.002W/(m·K)以下。防火性能A級，安全性高主要材料均為\h無機保溫材料。超薄輕質，安全性高，不易脫落?？臻g利用率高產品厚度僅為\h傳統材料的20%～25%，提高建筑得房率。使用壽命長由\h無機材料組成，性能穩(wěn)定，對溫度、氣候、環(huán)境變化耐候性強，真空絕熱板在工業(yè)領域應用已有40多年歷史，建筑領域使用已有30多年歷史。據\h德國科隆大學的使用監(jiān)測推論其使用壽命可達75年以上。真空絕熱板性能劣勢真空絕熱板高效保溫性能取決于真空度，一旦破損，保溫性能大幅喪失。真空密封性定型產品，不允許施工現場根據實際排板要求裁切。板面不允許打錨固件，只能在板縫處打錨固件，板材容易受損。板材真空成型，表面凹凸不平，與其他常見有機保溫材料薄抹灰做法平整度明顯存在差距，陽光照射下，板痕清晰可見。2真空絕熱板關鍵應用技術研究真空絕熱板真空度與導熱系數關系研究起的熱傳遞，使其導熱系數可以低到0.002W/(m·K)～0.004W/(m·K)，僅通常保溫材料導1/10。建筑用真空絕熱板根據芯材不同，可以分為氣相二氧化硅型和玻璃纖維型。兩種芯材的真空絕熱板在性能上存在一定差異（13-413-2）。芯材主要性能參數表 13-4芯材性能參數氣相二氧化硅芯材玻璃纖維芯材8nm～15nm2μm～5μm孔隙度＞95%＞99%體積密度170kg/m3～200kg/m3180kg/m3～250kg/m3 (b)13-2真空絕熱板芯材掃描電鏡照片氣相二氧化硅芯材；(b板板內壓力和導熱系數進行測試，研究導熱系數隨板內壓力的變化關系（表13-5），并結合芯材孔結構特點，從絕熱機理進行理論分析,繪制了圖表及關系曲線（圖13-3），得出結論：真空絕熱板內真空度較低時，真空度對導熱系數影響不大，隨著真空度的提高，導熱系數急速下降，當真空度大于某一值后，導熱系數趨于恒定，產生“S”型曲線。玻璃纖維芯材真空絕熱板的初始導熱系數低于氣相二氧化硅芯材真空絕熱板的初始導熱系數。真空絕熱板板內壓力與導熱系數測試值 表13-5項目技術指標壓力，Pa0.0050.050.55505005000氣相二氧化硅芯材逆真空法板內壓力，Pa2530455076140410導熱系數，mW/(m·K)4.985.325.485.695.755.8512.34玻璃纖維芯材逆真空法板內壓力，Pa4.68101523100320導熱系數，mW/(m·K)3.483.513.663.96.0717.4619.6813-3真空絕熱板導熱系數與板內壓力之間關系曲線玻璃纖維芯材和氣相二氧化硅芯材真空絕熱板導熱系數隨板內壓力變化趨勢基本一致。區(qū)別在于玻璃纖維芯材在壓力高于5Pa時，導熱系數開始上升，氣相二氧化硅芯材在500Pa真空絕熱板孔結構尺寸約0μ5a時空氣分子自由程約為.3m，遠大于其孔徑；氣相二氧化硅芯材真空絕熱板孔結構尺寸約50nm，比較而言要小很多，板內壓達到500Pa時空氣分子自由程約為13μm止。因此在制作真空絕熱板時，對玻璃纖維芯材，板內壓力降到1Pa時就可封口，氣相二氧化硅芯材，板內壓力降到100Pa時就可封口，過分的降低板內壓力影響制作效率和成本，對降低導熱系數貢獻不大。力上升到500Pa～000Pa（取決于纖維直徑及芯材孔隙的大?。r，認為其失去超級絕熱效0.015W(mK)500a吸氣劑（干燥劑），以及提高真空封裝工藝板來抑制板內氣壓的上升，維持良好的絕熱效果，延長使用壽命。根據不同的應用領域，例如建筑保溫領域、低溫冷藏領域（冰箱、保溫箱、冷求，建筑保溫可以達到3015絕熱板導熱系數對板內壓力不敏感，穩(wěn)定性更好，使用壽命可以達到30年以上，同樣適用一般在0.05WK)左右，而玻纖真空絕熱板初始導熱系數在0.002W/(m·K)），加之氣相二氧化硅芯材真空絕熱板成本偏高，對其發(fā)揮獨特的競爭優(yōu)勢不利。目前，市場上各種芯材的真空絕熱板均有存在，品質參差不齊，價格差異很大，使用無機礦物纖維代替玻璃纖維的，使用其他輕質無機粉料代替氣相二氧化碳的并不少見，使用者僅憑外觀或價格判斷難以辨別，選用合適的真空絕熱板用在合適的領域就變得至關重要。真空絕熱板真空度使用壽命分析研究與通常保溫材料有顯著差別，真空絕熱板是由多孔介質芯層隔熱材料、高阻氣性的隔氣結構及氣體吸附材料復合而成的一種保溫材料，具有極低的導熱系數，僅需很薄的厚度就能實現高效保溫。但前提是必須持續(xù)保持其真空度，一旦真空度喪失，其保溫性能也隨之大幅下降，甚至完全喪失。超薄厚度、并且是A級不燃保溫材料，應用前景廣闊；另一種觀點則認為，無法證明真空絕熱真空度使用壽命與絕熱性關系、材料、構造等問題做深入的剖析研究。真空絕熱板的導熱系數并不是恒定不變的，隨著其在保溫場合使用的時間推移，絕熱性能會隨之衰減，導熱系數也會隨之上升。因真空絕熱板導熱系數的變化受諸多因素的影響，實際使用壽命在很大程度上取決于真空絕熱板設計與材質、使用環(huán)境及所允許的最小熱阻值。標況下的使用壽命指在溫度為2450%的條件下真空絕熱板保持超絕熱性能的年限求的最小熱阻值。闞安康等對此作了深入的研究，提出了真空絕熱板使用壽命的理論評估模型，所得出計算結論通過實驗室驗證結果基本相吻合。以下是其研究成果的部分內容：工程熱物理及傳熱學將導熱系數0.20W/(m·K)作為保溫材料及非保溫材料的分界線，但對絕熱材料與普通保溫材料并沒有給出明確分界。參照美國ASTMC1484-01標準規(guī)定，絕熱材料指的是在平均溫度為24℃(75℉)的測試環(huán)境中，中心區(qū)域導熱系數不高于0.011495W/(m·K)的保溫材料，因此，取0.0115W/(m·K)作為絕熱材料導熱系數的上限。真空絕熱板使用壽命的理論評估模型真空絕熱板因長期使用，氣體、水蒸汽會通過隔氣結構及封口滲入到板內、以及隔氣結構和芯材釋放氣體到板內，都會造成板內氣壓的上升，從而影響其使用壽命。隔氣結構是形成真空環(huán)境的屏障，是真空絕熱板的重要組成部分。隔氣結構導熱系數、厚度等因素都會對真空絕熱板的邊緣熱橋效應的高低有一定影響，從而影響真空絕熱板的有效導熱系數。隔氣結構的透氣性能與透濕性能直接影響真空絕熱板內的真空度穩(wěn)定性，從而影響其絕熱性能的長期穩(wěn)定性。在理論計算時，為簡化模型，假設板內氣壓與水分對導熱系數的影響是相互獨立的，故而可采用相互疊加的方式對其進行評估。) 式中:λ(τ)——使用年時間后的導熱系系數，W/(m·K)；W/mK)；W/(·KW/(·K用氣體滲透率（GTR）來表示，其值一般由組成隔氣結構的材料和封口情況來決定，為溫度透率（OTR）。氧氣滲透速率是指在大氣環(huán)境條件下單位面積隔氣結構每天滲透的氧氣量，c/(·dPa214但氧氣在許多膜中的滲透速率較高，一般為氮氣滲透率的5倍以上。事實上，滲入到真空絕熱板內的干空氣不僅僅是氧氣、氮氣等，其他氣體也會因內外壓差而滲入到真空絕熱板內。研究發(fā)現，氮氣滲透率為氧氣滲透率的1/5，在理論計算時氣體滲透率可以采用下式計算。=+1/=/P （1-2）Rc/(·PaGTRRc/(··Pa0TRA；VIPR——透過周長為C（mc/(·dPaVIP氣體的滲透量可以用表示為：TR 13-）式中略不計，則上式可以表示為：R （1-4）em；eK；——環(huán)境大氣壓。而定，分壓力f（13-6）P·/s；i i0.51.0之間。在第一小時內釋放的某種氣體總量。在板內氣壓較低時，內部壓力呈線性遞增，在擴散效應的作用下，氣體進入真空絕熱板內部后，其多種氣體造成的升壓是疊加的。因此，根據式（13-5）和式（13-6）易于得：（13-7）式（16-7）經積分求解，可得真空絕熱板內氣壓隨時間變化的較為精確近似解(板中無氣體吸附材料)。式中t=0時真空絕熱板內殘余氣體壓力。當ii小于1時，采用式13-）i1（1-9計算。（13-8）（13-9）幾種真空絕熱板真空度使用壽命比較分析其使用壽命的重要因素。根據美國ASTMC518-98標準規(guī)定，在23℃，相對濕度為50%的工.005cm/(md)(參照ASTMD3953為100.01/(·d)ASTMF149-0使用壽命按照ASTMC1484-01的規(guī)定(溫度為24℃，相對濕度為50%)進行計算。此時對應水蒸汽的飽和分壓力為2980Pa，K取0.0008，初始真空絕熱板中心區(qū)域有效導熱系數取0.0040W/(m·K)。則取不同直徑或孔徑，規(guī)格為300mm×300mm×10mm的真空絕熱板進行計13-4φ=100μmPUfoam孔徑100φ=10μmfiberglass10φ=10μmPUfoam孔徑10微米的聚氨酯泡沫；φ=1μmfiberglass1；φ=100μmfumedsilica100；φ=10μmfumedsilica1013-4不同孔徑的多孔介質真空絕熱板導熱系數隨時間變化曲線從圖中可以看出，芯材不同，其導熱系數隨時間的變化曲線也不相同。聚氨酯芯材的真空絕熱板，其導熱系數隨時間變化較為明顯。Φ=100μm的聚氨酯真芯材空絕熱板開始導熱系數隨時間變化劇烈，后隨著板內外壓力差得減小，其導熱系數變化率減緩，但10年后，其導熱系數已經高達11.75mW/(m·K)，高出了真空絕熱板使用壽命對應導熱系數的上限；而對于Φ=10nm的氣相二氧化硅芯材真空絕熱板，雖然其導熱系隨著時間呈上升趨勢，經過50年后其導熱系數僅上升到7.93mW/(m·K)，遠小于使用壽命規(guī)定的上限值。這說明氣相二氧化硅芯材真空絕熱板導熱系數穩(wěn)定性較好，玻璃纖維真空絕熱板次之，而聚氨酯真空絕熱板較差。對于同種多孔介質芯材的真空絕熱板，其孔徑或直徑不同，導熱系數的變化也不一樣，對Φ=100μm和Φ=10μm的聚氨酯真空絕熱板相比較不難發(fā)現，Φ=10μm的聚氨酯芯材在使用15年后，其導熱系數為8.87mW/(m·K)，仍未超出標準所規(guī)定的上限值；而對于玻璃纖維和二氧化硅芯材的真空絕熱板，也存在類似的變化規(guī)律。這說明，孔徑越大，真空絕熱板導熱系數增長越快，孔徑越小，其導熱系數增長越慢。延長真空絕熱板使用壽命措施真空絕熱板因長期使用，氣體、水蒸汽會通過隔氣結構及封口滲入到板內、以及隔氣結構和芯材釋放氣體到板內，都會造成板內氣壓的上升，從而影響其使用壽命。板內\h真空度的使用壽命，可以從減少氣體滲入和降低芯材及隔氣結構放氣等環(huán)節(jié)入手。如：選擇即能有較強抗氣體滲透能力，又能最大程度上減小熱量傳遞的高阻隔薄膜。選擇多孔或直徑較小的多孔介質芯材。封裝之間采用間歇式加熱抽真空的芯材預處理方法。根據芯材及表面薄膜類型及其氣體釋放、滲透和水蒸汽滲透情況選擇氣體吸附材料的種類和數量。真空絕熱板粘結性能研究《建筑用真空絕熱板應用技術規(guī)程》JGJ/T416—2017規(guī)定的真空絕熱板外墻外保溫系統直接套用了《模塑聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統材料》GB/T29906—2013構造，所規(guī)定的膠粘劑、抹面膠漿性能指標也完全一致。這種不加區(qū)別的簡單套用有失嚴謹，存有隱患。最初的膠粘劑、抹面膠漿是專門針對模塑聚苯板性能特點設計的，盡管后來的擠塑聚苯板、套用都有效。真空絕熱板的阻氣薄膜最外層是光滑的玻璃纖維織物，與常規(guī)的保溫材料表面特性存在明顯差異，常規(guī)的膠粘劑、抹面膠漿與其拉伸粘結強度能否達到0.1MPa的標準要求，需要做嚴格試驗加以驗證才能下結論。為此選用滿足《模塑聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統材料》GB/T29906—2013標準要求的膠粘劑、抹面膠漿與真空絕熱板進行拉伸粘結強度測試，試驗嚴格按照《模塑聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統材料》GB/T29906—2013規(guī)定的方法進行，為說明問題，膠粘劑、抹面膠漿中可再分散乳膠粉的摻量分別定為1%、1.5%、2.5%三個級別。測試結果表明，在同等試驗條件下，這些材料與模塑聚苯板拉伸粘結強度均大于0.10MPa，與水泥砂漿的拉伸粘結強度均大于0.60MPa，符合標準要求，但是與真空絕熱板的拉伸粘結強度下降明顯，拉伸粘0.05MPa、0.06MPa、0.09MPa，達不到標準要求。為此在真空絕熱板表面涂刷30%濃度EVA乳液界面劑，重新進行測試。結果表明，可再分散乳膠粉摻量最低的膠粘劑、抹面膠漿與真空絕熱板的拉伸粘結強度也能夠由0.05MPa0.12MPa，滿足標準要求。此外，馬科根據真空絕熱板工程中實際應用情況，通過實驗室模擬不同情況下的真空絕進行分析研判。結果表明，真空絕熱板在受到３00N的拉拔外力時的變形微弱,具有較優(yōu)異的力學性能。100mm×100mm真空絕熱板測試的拉伸粘結強度為0.052MPa。抹面膠漿內使用網高了157.5%，真空絕熱板的真空狀態(tài)對真空絕熱板薄抹灰系統的粘結強度有明顯的影響，真空度破壞的板材拉伸粘結強度為0.031MPa,比正常狀態(tài)下的粘結強度降低了69.9%。真空絕熱板薄抹灰系統不同部位處的拉伸粘結強度存在較大的差異,丁型縫處拉拔粘結強度最大，板中心處次之，一型縫處最小。3真空絕熱板薄抹灰系統常見問題及技術調整措施真空絕熱板薄抹灰工程問題照片13-5。 13-5真空絕熱板問題照片真空絕熱板薄抹灰施工應用過程中常見問題及防治措施1）施工環(huán)境問題：在不符合要求的環(huán)境條件下進行真空絕熱板保溫施工。防治措施：5級以上大風和雨、雪、大雱天氣不得施工；環(huán)境溫度低于5℃時不得施工。2）基層問題：建筑外墻基層表面不符合保溫施工要求。防治措施：施工前將基層表面的油污、脫模劑及浮灰等妨礙粘結的附著物打磨干凈，將凸起、空鼓和疏松部位剔除并用水泥砂漿找平，二次結構必須抹水泥砂漿或聚合物砂漿找平層，不允許直接在砌體面上作保溫層。在舊樓改造時，當原基層為涂料飾面時，應將原基層的涂料和膩子清理干凈，并對粘貼基層進行界面處理后，方可粘貼真空絕熱板；當原基層為面磚飾面時，應將空鼓、松動的面磚清理完畢，并使用瓷磚專用界面劑對基層進行界面處理后，方可粘貼真空絕熱板。吊籃施工問題：采用吊籃施工時，吊籃靠墻一側的邊角和突岀部位未做防護處理，施工過程中對已粘貼的真空絕熱板碰撞破壞。防治措施：吊籃施工應嚴格按照相應的國家標準和安全技術規(guī)范執(zhí)行。吊籃靠墻一側的復磕碰而造成真空絕熱板破損漏氣。施工工具問題：工人抹灰時使用四角鋒利的鋼制抹子和批刀易造成真空絕熱板破壞制破壞。使用鋸齒形抹子更便于條粘法施工。砂漿問題：粘結砂漿、抹面砂漿堿性過大，損害真空絕熱板表面玻纖保護層。砂漿攪拌不充分均勻、稠度偏差大。一次性攪拌量過大，使用“過時灰”。防治措施：專用粘結砂漿和專用抹面膠漿是真空絕熱板的配套材料，均為單組份低堿度專用干混聚合物砂漿，除拌和水外，現場不得再添加其它材料。砂漿配制應嚴格按供應商提供的配比和制作工藝在現場進行。一般情況下應將攪拌好的粘結砂漿靜置10分鐘，再進行二次攪拌后使用。一次配置砂漿過多，導致部分砂漿在一定時間內未使用完而凝結硬化，造1.5排板問題：真空絕熱板在墻面上粘貼排布不嚴格，存在水平縫不平直或豎向通縫等問題。防治措施：真空絕熱板粘貼順序應由下而上沿水平方向進行施工，先粘貼陰陽角，大墻面上的真空絕熱板應進行豎向錯縫施工，陰陽角交錯互鎖施工。粘結面積問題：真空絕熱板與基層面有效粘結面積不足，達不到規(guī)范要求或存在虛粘問題。防治措施：除用于平屋面保溫施工時真空絕熱板粘結面積不小于60%外，其他基層真空80%，粘結方式采用條粘法，以達到滿粘效果。安裝問題：真空絕熱板粘結時工人用磚塊、木條等堅硬物敲擊固定，造成真空絕熱板破損漏氣。防治措施：真空絕熱板在粘結時應用手均勻擠壓,可用橡皮錘輕輕敲擊固定，嚴禁使用磚塊、木條等堅硬物敲擊固定。平整度問題：已粘貼完的真空絕熱板板面平整度不達標準。防治措施：施工時用長度不小于2m的靠尺進行靠平檢査，真空絕熱板板面平整度、垂4mm破損板更換問題：已粘貼的真空絕熱板有破損漏氣板未及時更換，或破損板取下后采用保溫漿料填充。防治措施：真空絕熱板破損后保溫效果大幅下降，已粘貼的真空絕熱板損壞后應及時更換。破損板處使用保溫砂漿填充抹平會造成熱橋，屬于違規(guī)操作。板縫問題：真空絕熱板板縫處理不規(guī)范。防治措施：真空絕熱板應壓接施工，即—塊板的熱封邊與另一塊板的熱封邊迸行疊加施d≤15mm，板縫處用保溫漿料進行填充找平。預留孔洞問題：真空絕熱板施工前未預留穿墻洞口和安裝預埋件。防治措施：真空絕熱板嚴禁切割和刺穿，所以粘貼真空絕熱板前需預先留岀空調風管等穿墻泂口和安裝落水管卡件等預埋件，再粘貼真空絕熱板，穿墻套管和預埋件周邊位置用真空絕熱板拼接，剩余部位用保溫漿料抹平。加強防護問題：首層墻面、墻體陰陽角未加鋪玻纖網。防治措施：為提髙墻面的抗沖擊能力，首層墻面應加鋪一層玻纖網，加鋪的玻纖網的接縫為對接，接縫應對齊平整。建筑墻體陰陽角部位應加設一層玻纖網增強搭接，兩側的搭接200mm。技術調整措施真空絕熱板屬于真空密封成型板材，高效保溫性能取決于自身的真空度，故不允許對板面裁切、打錨固件。真空絕熱板熱封邊搭接部位、外墻面異形部位、穿墻孔洞、交界節(jié)點部位等無法通過板材拼接方法實現保溫層覆蓋，實際施工中，此處多采用A級保溫漿料抹灰覆蓋。再有，負壓成型的真空絕熱板表面凹凸不平，陽光照射下，真空絕熱板薄抹灰系統表面平整度明顯差于常規(guī)有機保溫材料薄抹灰系統表面的平整，往往可以看見清晰的板痕（圖13-6），為避免這種問題出現，實際施工時也有使用A級保溫漿料全面覆蓋找平的做法。A級保溫漿料局部找平覆蓋或全部找平覆蓋是真空絕熱板薄抹灰外墻外保溫系統常見配套做法，純粹的真空絕熱板薄抹灰做法少之又少。 13-6真空絕熱板面層清晰的板痕?；⒅闊o機保溫砂漿、膠粉聚苯顆粒貼砌漿料是兩種最常用的A級保溫漿料。膠粉聚苯采用膠粉聚苯顆粒貼砌漿料復合真空絕熱板，形成“三明治”外墻外保溫系統構造（如圖構造要點：板縫處理完畢后應涂刷界面劑一道。抹面膠漿施工前，應設置20mm厚膠粉聚苯顆粒貼砌漿料過渡層。熱系數、極薄的保溫厚度，又是A級保溫材料，這些突出優(yōu)勢恰好可以彌補常規(guī)有機保溫材料三明治厚度偏大，不能滿足A級要求，而巖棉三明治雖可以滿足A體偏重等不足。膠粉聚苯顆粒貼砌漿料自身是A級材料，既具有一定的強度，又具有一定真空絕熱板帶來的施工不便；外面抹20mm的膠粉聚苯顆粒貼砌漿料，解決薄抹灰系統整體板真空度長期保持的問題。1-基層墻體；2-找平層（必要時）；3-膠粉聚苯顆粒貼砌漿料；4-真空絕熱板；5-膠粉聚苯顆粒貼砌漿料；6-抹面層，內嵌玻纖網；7-飾面層圖13-7膠粉聚苯顆粒貼砌漿料真空絕熱板復合外墻外保溫基本構造在近零能耗建筑中，真空絕熱板以其超低導熱系數、超薄厚度，A級不燃材料的特殊屬性熱系數.02W/(·KB1與真空絕熱板在工廠粘結預制復合，形成BA（B指硬泡聚氨酯板，A指真空絕熱板，下同）構BAB構13-8～13-9。1-內墻抹灰層；2-基層墻