建材行业5项节能降碳技术拟入选《国家工业和信息化领域节能降碳技术装备推荐目录（2024年版）》
4月30日，工信部公示了《国家工业和信息化领域节能降碳技术装备推荐目录（2024年版）》。
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【摘要】以工业废弃物粉煤灰和再生EPS颗粒为主要原料制备的新型复合保温材料，具有保温性能好、性价比高、生产施工方便等特点，广泛应用于屋面保温工程。本文介绍了该保温材料的生产原料、生产与施工工艺、工程应用。
【关键词】屋面保温材料；粉煤灰、再生EPS颗粒；循环经济
0 前言
屋面热损失约占建筑物全部热损失的9%，且对居住环境舒适度造成不良影响。因此必须提高屋面的保温性能。在屋面结构中增加保温层，并选用保温性能好、性价比高的保温材料是实现该目标的主要技术措施。
再生EPS颗粒-粉煤灰复合屋面保温材料(简称复合屋面保温材料)是基于建筑节能和发展循环经济而开发的，以再生EPS颗粒为轻骨料和保温主体，以水泥为胶凝材料，通过添加粉煤灰和复合增粘剂提高浆体结构稳定性与均匀性，从而获得良好的物理力学性能和热工性能。复合屋面保温材料可以先制成屋面保温块再铺装，也可以在屋面结构层上直接现浇，目前已在北京、西安、黄山、运城、徐州、威海等地的屋面保温工程中应用10多万平方米，取得了显著的技术经济效益和社会效益。
1 原材料
复合屋面保温材料主要原料包括超轻骨料EPS颗粒、水泥、粉煤灰、增粘剂、水等。
1.1 超轻骨料
(1) 原生EPS颗粒
原生EPS颗粒系采用可发性聚苯乙烯珠粒经过预发泡形成，主要特征为：密度特别低、绝热性好、封闭结构防止水分吸收和球形结构，其中球形结构对提高复合材料压缩强度有利。但是，原生EPS颗粒光滑的表面将影响水泥基体与颗粒间的粘结强度；单一颗粒级配不利于形成紧密堆积结构，对水泥基浆体需求量大，将影响复合保温材料的保温性能。此外，原生EPS颗粒价格相对较高。
(2) 再生EPS颗粒
再生EPS颗粒是由回收的废弃包装材料加工制成，基本保持了原生EPS颗粒的特征，即质轻、导热系数小、吸水率低。但其形状、表面状态和级配均发生了变化。再生EPS颗粒外形为准球型或碎石型，表面粗糙且部分表面开口，水泥浆体易进入孔隙，有利于与水泥基体粘结。再生EPS颗粒由多种粒径颗粒组成，具有一定级配，可以形成紧密堆积结构，对浆体需求量少。这些特性赋予了复合屋面保温材料良好的使用性能和施工性能。
原生EPS颗粒和再生EPS颗粒均可用于制备复合屋面保温材料，而再生EPS颗粒更为经济、合理。基本性能要求：最大粒径小于5mm，堆积密度小于20kg/m3。
1.2 水泥
选用强度等级为42.5的R型硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。根据工程实际要求，可考虑使用硫(铁)铝酸盐水泥和白色硅酸盐水泥。
1.3 粉煤灰
为改善浆体稠度和稳定性，提高复合屋面保温材料后期强度，选用Ⅲ级以上粉煤灰，干湿均可。粉煤灰性能应满足GB6566-2001《建筑材料放射性核素限量》标准要求。
1.4 增粘剂
在复合屋面保温材料中，增粘剂可增加浆体粘度和结构稳定性、优化浆体孔结构、改善外观质量和均匀性、提高浆体保水性。由中国建筑材料科学研究院研制，型号为WWX-Ⅰ。
1.5 其它
根据设计和施工需要，通过添加早强剂、增强剂、防水剂、矿物纤维等可进一步改善复合屋面保温材料的使用性能和施工性能。
2 生产与施工
复合屋面保温材料应用有两种方式：一种是在施工现场直接将复合屋面保温材料浆料摊抹在屋面结构层上，形成屋面整体保温层，对于坡屋面和平屋面均能够方便施工；另一种是在工厂预制成屋面保温块，然后再铺装于屋面上。该法生产率高，保温材料质量和相对含水率易控，可减少现场湿作业，但造价偏高。屋面保温层现浇是发展趋势，本文主要介绍复合屋面保温材料屋面整体现浇的生产施工工艺。[Page]
2.1 工艺流程
复合屋面保温材料生产施工工艺流程见图1。
2.2 施工要点
2.2.1 浆体制备
先将水泥、粉煤灰、增粘剂、其它添加剂等粉料预混均匀，然后加水搅拌3~5min，再加入再生EPS颗粒后搅拌1~3min，制成粘稠的复合屋面保温材料浆体。再生EPS颗粒采用体积计量，其它组分按重量计量。
随着建筑砂浆的商品化和干粉化，除再生EPS颗粒外，水泥、粉煤灰(干)、增粘剂和其它添加剂等复合屋面保温材料组成可在工厂预混合，形成复合胶凝材料，然后与再生EPS颗粒按比例供应。现场施工时，直接加水搅拌即可。如此除能保证产品质量，而且可减少现场粉尘。
2.2.2 屋面基层处理
对于平屋面只需按作业条件，清理干净即可施工，施工前适当浇水湿润基层。对于坡度大于30°的混凝土斜屋面需涂刷界面剂，以提高保温层与基层的粘结力。
2.2.3 弹线
按设计厚度及规范要求，在周边墙面弹好厚度、坡度标准线、注意排水坡向。
2.2.4 设计保温层厚度标志线
在屋面适当位置设置厚度标准灰饼或冲筋，间距1~1.5m。
2.2.5 铺抹复合屋面保温材料浆料
将拌制好的复合屋面保温材料浆料按比标准厚度稍高的高度均匀摊铺在屋面上，用铁锹、木抹拍实，用木杠刮平即可。周边、阴角、管根等连接部位需仔细拍填实抹平。平屋面的找坡层、找平层和保温层全部使用复合屋面保温材料浆料，合三为一，不但简化施工工序。而且造价降低。复合屋面保温材料浆料随搅随用，一般应在2h内用完。浆料保温层一般应晾置5~7天，待完全干燥后方可进行抗裂砂浆层和防水层施工。
2.3 配合比
密度为300kg/m3的复合屋面保温材料，其配合比组成如下：
普通硅酸盐水泥：150~250 kg
再生EPS颗粒：1.0~1.4 m3
粉煤灰(干灰或湿排灰)：50~150 kg
增粘剂：1.0 kg
其它：适宜
3 复合屋面保温材料性能
3.1 热工性能
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保温性能优劣主要决定于材料的导热系数。导热系数越小，保温性能越好。导热系数与材料的分子结构、表观密度、内部结构、传热时的平均温度和热流方向、含水率等有关。一般而言，表观密度越轻，导热系数越小。在材料成分、表观密度、平均温度、含水率完全相同的条件下，多孔材料单位体积中气孔数量越多，导热系数越小。在孔隙率相同的条件下，孔隙尺寸愈大，导热系数就愈大；孔隙相互连通比封闭而不连通的导热系数要高。
复合屋面保温材料由再生EPS颗粒和复合胶凝材料组成，其热工性能同时决定于再生EPS颗粒和硬化体的导热系数。具有密实结构的复合胶凝材料硬化体热工性能较差，导热系数较高。采用物理成孔技术降低复合胶凝材料硬化体密实度，可显著改善其保温性能，降低导热系数。在制备复合屋面保温材料浆料时，掺加由WWX-Ⅰ型增粘剂，引入微细球形气泡(直径在0.3mm以下)，提高复合屋面保温材料中的孔隙率。经检测，绝干密度小于300kg/m3的复合屋面保温材料，导热系数均小于0.070W/(m×K)。
研究表明，在原料体系和生产工艺不变时，复合屋面保温材料的密度与导热系数之间存在相关性。在实际施工中，通过控制浆体湿密度可保证复合屋面保温材料的导热系数达到设计要求。
3.2 力学性能
建筑物屋面通常要承受一定荷载(如雨雪、风荷载等)，因此保温层应有足够的承载能力，否则保温层和防水层破坏，不但影响屋面保温效果，甚至会影响屋面结构的正常使用。屋面保温材料的压缩强度通常应大于500kPa。
研究表明，直接用水泥与再生EPS颗粒制备密度等级在300kg/m3以下的复合屋面保温材料，压缩强度偏低，吸水率较高，试块外观质量和内部结构均匀性极差。采用粉煤灰取代部分水泥和掺加增粘剂，可显著改善复合屋面保温材料的浆体性能和硬化体性能，制备密度等级小于300kg/m3、压缩强度在500kPa以上的复合屋面保温材料完全可行。与现有的水泥聚苯板相比，最大特点是外观质量好、内部结构均匀、强度高、热工性能更佳。
复合屋面保温材料还具有良好的耐水性能。试验表明，超轻屋面保温材料的软化系数(压缩强度)均大于0.85。
3.3 施工性能
在复合屋面保温材料浆料中含有增粘组分，显著改善了浆体的稳定性和粘度。增粘剂换降低了复合胶凝材料浆体密度，使水泥基浆体和再生EPS颗粒间的密度差减小，使混合料具有塑性和粘性稠度，这样即使实施激烈的振动密实，也可以阻碍EPS颗粒上浮。复合屋面保温材料与膨胀珍珠岩类保温材料相比，最显著的特征是浆体体积稳定性好。
4 应用
4.1 保温层厚度设计
4.1.1 复合屋面保温材料保温层厚度按下式计算：
δx=λx(R0,min-Ri-R-Re) (1)
式中：δx —— 保温层厚度，m；
λx —— 复合屋面保温材料导热系数，W/(m·K)；
R0,min— 屋面系统的最小传热阻，(m2·K)/W。R0,min=1/K，不同地区民用建筑屋面传热系数K值的限值见JGJ26《民用建筑节能设计标准(采暖居住建筑部分)》中表4.21和JGJ134《夏热冬冷地区建筑节能设计标准》中表4.08。
Ri ——内表面换热阻，(m2·K)/W，取0.11(m2·K)/W；
R —— 除保温层外，屋面系统材料层热阻，(m2·K)/W；
R —— 除保温层外，屋面系统材料层热阻，(m2·K)/W；
Re —— 外表面换热阻，取0.04(m2·K)/W。
4.1.2 除保温层外，屋面各层材料热阻之和R应按下式计算：
R=δ1/λ1+δ2/λ2+···δn/λn (2)
式中：R —— 除保温层外，屋面系统材料热阻，(m2·K)/W；
δ1、δ2···δn ——各层材料的厚度，m；
δ1、δ2···δn ——各层材料的厚度，m；
λ1、λ2···λn ——各层材料的导热系数，W/(m·K)。
4.1.3 各层材料的导热系数参见《民用建筑热工设计规范》(GB50176-93)附表4.1。
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4.1.4 屋面系统的最小传热阻取值，应按《民用建筑节能设计标准(采暖居住建筑部分)》(JGJ26-95)确定，并符合国家有关节能标准的规定。
4.2 应用实例
4.2.1 屋面保温块
运城市佳旺新型建筑材料有限公司将复合屋面保温材料制成屋面保温块，规格尺寸为600mm×300mm×80mm。经国家建筑材料工业房建材料质量监督检验测试中心检测，干密度为285kg/m3的屋面保温块，压缩强度达到570kPa，导热系数为0.068W/(m.K)。目前用量达到20000m2。
4.2.2 坡屋面保温工程
山东荣成市德信防水工程有限公司将复合屋面保温材料用于某高档住宅小区的坡屋面保温工程，采用现浇工艺施工，用量近10000m2，见图2。经检测，复合屋面保温材料绝干密度为290kg/m3，压缩强度达到600kPa，导热系数为0.069W/(m.K)。
4.2.3 平屋面保温工程
江苏宿迁某公司将复合屋面保温材料用于地税局大楼平屋面保温工程，采用现浇工艺施工，找平层、找坡层和保温层均采用复合屋面保温材料，用量近500m3，见图3。
5 结论
1．以工业废弃物粉煤灰和再生EPS颗粒为主要原料制备的复合屋面保温材料具有密度低、压缩强度高、保温性能好、造价便宜、方便施工等特点，是改善屋面热工性能和顶层居住环境质量的环保型材料，市场前景良好。
2．密度小于300kg/m3的复合屋面保温材料，压缩强度大于 500kPa，导热系数小于0.070W/(m×K)。使用时即可以先制成屋面保温块再铺装，也可以在屋面结构层上直接现浇，提高屋面保温性能。
3．复合屋面保温材料的核心技术是物理成孔技术和增粘技术。
王武祥
(中国建筑材料科学研究总院,100024)
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