临汾市节能监察支队 山西临汾 041000
摘要：新的建筑节能设计标准，要把建筑节能措施从目前的居住建筑扩展到公用建筑、工业建筑，从新建建筑扩展到对既有建筑的节能改造。新标准的实施和建筑节能领域的拓展，需要不断开发新技术及新产品。高分子材料技术的创新突破为建筑行业的节能技术带来的新的活力。以聚氨酯硬泡沫为代表的防水保温材料已经成功在建筑施工中进行了良好的应用。本文针对高分子聚氨酯材料在建筑行业的节能应用进行原理性研究，探究其节能应用的机理。
关键词：聚氨酯 防水 保温
1.前言
高分子硬质聚氨酯防水保温材料作为隔热防水材料，是采用直接喷涂成型技术，将硬泡应用于屋面工程，形成无接缝并与基层牢圈粘结的整体层面，集优良的绝热性能和独特的防水效果于一体，具有屋面结构简单、荷载轻、使用寿命长、工艺简单、施工灵活、工效高，对环境污染小等许多方面的优异性能，使屋面设计达到完美无缺的理想境界。它适用于摄氏90度至零下50度环境温度，可以在全球各个地域使用。同时，它也适用于各类工业、商业及民用建筑的新建量面以及旧屋面的修复。下面就从原理出发，探索应用机理。
2.高分子聚氨酯硬泡沫体的防水保温机理
2.1高分子聚氨酯硬泡沫体的防水机理
聚氨酯硬泡体是由异氰酸酯和多元醇为基本原料聚合而成的结构细密的微孔泡沫体，其闭孔率高达90%以上，在0.2MPa×24h×3 cm厚条件下不透水。材料延伸率一般可达5%以上；具有一定的弹性；采用现场喷涂成型技术，聚氨酯硬泡层没有拼缝，使雨水无缝可浸入。聚氨酯硬泡层底面，能与基层牢固粘结，顶面能与材料性质相匹配的涂料保护层紧密结合，屋面整体性好，杜绝了雨水沿构造间渗透的可能性。
聚氨酯硬泡具有较低的水蒸汽渗透性和优良的不透水性，一定厚度的泡沫体，沿厚度方向的众多泡孔，相当于多层膜状材料叠合一起从而具有较高的介质渗透阻力，孔壁膜的厚度确定了渗透阻力和机械强度。
通常所说聚氨酯硬泡制品的闭孔率和吸水率的测试指标，皆是将制品表皮切除后测得性能指标。对于直接喷涂成型具有完整表皮的聚氨酯硬泡板，可以认为闭孔率接近100%，吸水率小于0.5%。曾试验：①采用具有自然表皮或没有自然表皮的聚氨酯硬泡，做成水盆，盛水300 mm深，长期存放不渗、不漏。②割去自然表皮30 mm厚的聚氨酯硬泡块，在承受压力为0.2MPa水压作用下，经20天试验不渗，不漏，切开观察剖面.水浸入深度1mm~ 2 mm，经分析此深度是因聚氨酯硬泡板表面因刨光切削作用而造成的开孔的深度。
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聚氨酯硬泡密度为33kg/m3时的粘结强度对不同材料分别为：铝板：0.1 MPa；砂石：0.12MPa；木材：0.12MPa；钢材：0.12MPa，它是现代防水、保温、隔热材料中综合性能最好的一种。
2.2聚氨酯硬泡体的保温隔热机理
聚氨酯硬泡是一种新型的高分子合成材料，是由聚氨酯形成封闭性微孔骨架，气孔内充填着导热系数很低的发泡剂蒸汽的泡沫体；具有容重小、导热系数低，不透水和耐腐蚀的优良性能，泡沫在制造过程中，采用无氟产品为发泡剂，发泡时形成均匀致密的封闭泡孔中充满了发泡剂的蒸汽，聚氨酯硬泡的导热系数取值50%~70%由充填气体的导热系数来决定。
聚氨酯硬泡板密度为33 kg/m3左右时，在室温下的导热系数0.0174 W/（m·K），即使切去表层表皮，长期暴露于空气中，导热系数可以稳定在0.024 W/（m·K）左右，按《民用建筑热工设计规范》GB 50176-93中附录四《建筑材料热物理性能计算参数》选取密度为30 kg/m3 ~40 kg/m3的硬泡导热系数远远小于0.033 W（m·K）的规定值。
3 高分子聚氨酯材料在建筑施工中的应用
3.1聚氨酯硬泡体防水保温工程的设计
聚氨酯硬泡体防水保温工程设计方案的选择，应根据各类建筑的防水与保温隔热性能要求、区域气候条件、建筑结构特点、工程耐用年限、维修管理等因素设计出不同的配方，然后反复进行配方试验、性能测试直至所有的性能达到用户使用的要求。聚氨酯硬泡体防水保温材料适用于防水等级为Ⅰ级~Ⅳ级的工业与民用建筑的平屋面、坡屋面和异形屋面的防水保温，还适用于旧屋面的维修和改造工程。
采用聚氨酯硬泡体防水保温材料的屋面，其屋面结构的热工性能应符合《民用建筑热工设计规范》（GB 50176-1993）、《民用建筑节能设计标准》（JGJ 26-1995）等相关的规范、规程的要求。
聚氨酯硬泡体防水保温层的厚度设计应符合《民用建筑热工设计规范》，按屋面传热系数[K（W/m2·K）]的大小，一般分为4个厚度等级。当屋面传热系数K≤0.80时，防水保温层厚度应为25mm；当屋面传热系致K≤0.70时，防水保温层厚度应为30mm；当屋面传热系书K≤0.60时，防水保退层厚度应为40mm；当屋面传热系数K≤0.50时，防水保温层厚度应为≥50mm，最大厚度可以达到80mm；不需要保温的部位（如山墙、女儿墙及突出屋面的结构）的结构防水层厚度不应小于 20mm，防水保温层表面上应该设防护层。
3.2基于聚氨酯材料的屋面防水构造的设计
屋面工程分为4个防水等级，按不同等级进行设防。喷涂聚氨酯硬泡体防水保温材料可作为一道设防，不同防水等级的设防要求应符合《屋面工程技术规范》（GB 50349-2004）的有关规定。采用聚氨酯硬泡体的屋面主要由结构层、聚氨酯硬泡体防水保温层、保护层构成。
结构层一般为预制板式现浇混凝土层面板，使用聚氨酯硬泡的屋面现浇混凝土屋面板随打随拌，一次完成，不分作水泥砂浆找平层。
聚氨酯硬泡层是屋面防水与保温隔热的主体，其厚度是通过喷拉移动速度和往复次数来实现，30 mm厚完全可以满足防水和保温隔热的要求。如遇到大面积结构层（如超过500 m2以上〕，为防止混凝土板因温差变化收缩开裂破坏聚氨酯硬饱层，需在结构墙及女儿墙交接处涂刷1~2遍高弹性的柔性防水材料（如丙烯酸涂料、聚合物水泥防水涂料）作过渡层以适应基层在一定范围内的收缩裂缝，而不直接破坏聚氨酯泡层。
聚氨酯硬泡的保护层可选用40 mm厚的1：3的钢网水泥砂浆或C15的无筋细石混凝土，同时设立分格缝。
合成高分子防水涂料的选用，对于干燥基层应使用聚氨酯防水涂料，对潮湿基层应使用丙烯酸弹性防水涂料。聚氨酯硬泡体防水保温层根据屋面的使用情况，可分为上人屋面和不上人屋面，上人屋面在聚氨酯硬泡体防水保温上应设置刚性保护层或块材保护层，不上人屋面在聚氨酯硬泡体防水保温层上应设置水泥砂桨保护层，水泥砂桨保护层宜为1：3，水泥砂浆保护层应设表面分格缝（V型槽），分格面积宜为1m2。
4 结语
良好的绝热性能是聚氨酯高分子材料在建筑节能上应用的关键因素，它的绝热性能是常规材料无法比拟的。良好的环境适应性，已经材料的轻密度，使得聚氨酯硬泡体材料得到了快速的应用和技术发展，未来在科技不断创新的推动下，聚氨酯高分子材料定会在更多的领域发挥无可替代的重要作用。
参考文献
[1]徐培林，张淑琴.聚氨酯材料手册. 化学工业出版社. 2011-8.
[2]朱吕民.聚氨酯合成材料. 江苏科学技术出版社. 2002-2.
[3]黄 鹂.高分子材料. 化学工业出版社. 2016-1.
论文作者:席毅
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第25期
论文发表时间:2018/1/30
标签：聚氨酯论文; 屋面论文; 厚度论文; 保护层论文; 系数论文; 材料论文; 高分子论文; 《建筑学研究前沿》2017年第25期论文;