被動式超低能耗建筑助力綠色轉型，已經(jīng)是未來建筑發(fā)展的趨勢。但目前市場上的被動式超低能耗建筑外墻保溫材料是以建筑節(jié)能 75% 標準設計，一是不能滿足節(jié)能率達到 90% 以上的超低能耗建筑技術要求，二是阻燃等級以 B 級為主，存在很大的安全隱患。目前，建筑外墻常用的保溫材料主要為有機聚合物多孔泡沫材料、無機纖維棉和泡沫無機保溫材料。有機聚合物如擠塑板、石墨聚苯板等以其優(yōu)異的保溫效果、較輕的材料密度、方便的施工操作等特性占據(jù)了絕大多數(shù)市場份額，但是易燃是其致命缺點。建筑外墻保溫材料失火的案例頻出，人員財產(chǎn)損失嚴重，各地也陸續(xù)出臺了對外墻保溫材料阻燃等級的應用限制。而無機保溫材料如珍珠巖板等在燃燒性能方面優(yōu)于有機保溫材料，但是導熱系數(shù)以及容重等性能則稍顯遜色，無法滿足市場上對超低能耗建筑保溫材料的要求。

SiO2 氣凝膠作為一種多功能的高效保溫隔熱環(huán)保材料，以其獨特的低熱導率、耐高溫，遇火不燃等特性已在航空航天、工業(yè)保溫領域應用多年。近年來，國內(nèi)的氣凝膠制備技術已有了較大突破，可實現(xiàn)常溫常壓生產(chǎn)，解決了制備設備能耗高、超臨界高壓危險性大的難題，原材料成本大幅降低，故氣凝膠類保溫材料在建筑保溫隔熱中的應用變多，更適合用于超低能耗建筑的外墻保溫。本文主要針對 SiO2 氣凝膠保溫隔熱材料在外墻保溫系統(tǒng)應用的特點作了分析和總結，對推動氣凝膠材料在被動式超低能耗建筑領域的發(fā)展提供參考。

保溫材料現(xiàn)狀與缺陷

現(xiàn)在的建筑外墻外保溫材料選用較多的仍是有機材料（EPS 板等），其絕熱性能優(yōu)異，但由于內(nèi)部含有大量化學反應極高的化合物，在溫度達到一定限度時，就會發(fā)生分解反應或降解反應，釋放出大量可燃氣體，導致火災發(fā)生且難以控制。 

保溫優(yōu)勢

氣凝膠自身重量超輕，密度為 3.55kg/m3，僅為空氣密度的 2.7 倍。與玻璃纖維針刺氈復合而成的氣凝膠氈常見厚度范圍為 3-10mm，極少數(shù)廠家可制備 20mm氣凝膠氈，其密度為 180~220kg/m3，25℃導熱系數(shù)低至 0.018 W/(m·K)，與傳統(tǒng)隔熱材料進行對比，在相同熱阻要求下，其使用厚度最低，可極大程度提高建筑容積率。

憎水性優(yōu)勢

優(yōu)質(zhì)的氣凝膠氈有超高的憎水性， 憎水率可達 99.7%，而常見的憎水巖棉由于其添加的憎水劑會在使用過程中老化失效，導致巖棉受潮、吸水，最終影響保溫效果。

耐火優(yōu)勢

選取有機保溫板與氣凝膠材料進行耐火試驗。傳統(tǒng)保溫材料阻燃等級雖可達 B1 級，但有離火自熄，遇火可燃的特性，在火災發(fā)生時易致火勢蔓延。氣凝膠氈擁有 A1 級防火性能，耐溫性可達 600℃以上，并且燃燒過程中不會產(chǎn)生明火、熔化等現(xiàn)象，可有效阻止火勢蔓延，是一款出色的阻燃材料。

氣凝膠隔熱氈的應用現(xiàn)狀

氣凝膠氈的生產(chǎn)加工工藝，使其在生產(chǎn)、運輸、應用的過程中產(chǎn)生纖維絲和氣凝膠粉塵，皮膚接觸后會產(chǎn)生瘙癢等癥狀，同時，吸入過量的玻纖絲會對人體造成傷害。因此，市場上也出現(xiàn)了表面覆膜的氣凝膠氈，但由于覆面層的鋁箔膜與砂漿粘接力并不理想，故多在外墻內(nèi)保溫龍骨 + 保溫材料填充的結構中使用。

氣凝膠氈中的氣凝膠粉體依附于玻璃纖維表面，產(chǎn)品整體的抗壓強度、垂直于板面的抗拉強度均取決于玻璃纖維氈。市場上氈材的質(zhì)量也存在差異，且沒有相關執(zhí)行標準，成本較低的氣凝膠氈纖維松散，表層纖維與芯部纖維連接不緊密，垂直于板面的抗拉強度僅有 10-15KPa，除強度外其他性能也不高。在工業(yè)、儲罐等保溫領域應用影響不大，故價格低廉的氣凝膠氈也充斥著整個氣凝膠氈行業(yè)，使該產(chǎn)品一直處于“混亂期”，但如果這種纖維松散的氣凝膠氈應用于建筑外墻，則會有空鼓或脫層現(xiàn)象，無法使用，故建筑外墻應使用性能更好的氣凝膠氈。

氣凝膠隔熱氈在建筑應用中的問題

性能影響燃燒等級

質(zhì)地松散的氣凝膠氈纖維疏松，易產(chǎn)生纖維粉塵，同時會增加氣凝膠氈掉粉率，最終影響產(chǎn)品導熱系數(shù)。有學者研究發(fā)現(xiàn)，因生產(chǎn)工藝等問題，一般憎水型玻纖基材氣凝膠氈，通過憎水處理產(chǎn)生硅烷基團，以及干燥過程中殘留的部分有機溶劑導致產(chǎn)品燃燒等級降低，僅為 A（A2）級。通過實際燃燒對比，一般憎水型玻纖基材氣凝膠氈在產(chǎn)品受火區(qū)域接觸火焰 5 秒內(nèi)呈現(xiàn)黑色和黃色不同程度的變色，且燃燒時產(chǎn)生刺鼻氣味。

施工困難

氣凝膠氈有著與巖棉板類似的特征，均為纖維制品。玻纖絲對人體產(chǎn)生的影響，導致施工人員望而卻步，其參考巖棉保溫施工工藝所產(chǎn)生的施工成本，較普通保溫材料的施工成本高出 30%，且施工效率較低。質(zhì)地松散的氣凝膠氈，壓縮變形量大，塊材生產(chǎn)時產(chǎn)品厚度極易造成不均勻，導致涂抹砂漿的厚度不均勻，且不易找平。

存在安全隱患

氣凝膠氈通過薄抹灰工藝粘貼于寬度不小于 3.0m，高度不小于 2.0m，面積不小于 6㎡ 的墻體上，經(jīng)過 28天養(yǎng)護周期后進行耐候測試。第一階段進行高溫—淋水循環(huán)80 次，每次不少于6h；第二階段進行48h 狀態(tài)調(diào)節(jié)；第三階段進行加熱—冷凍循環(huán)5 次，每次不少于24 小時。測試溫度按《外墻保溫工程技術標準》JGJ144-2019 附錄 A.1 進行，取得了相關檢測報告。

通過測試，了解到氣凝膠氈的纖維緊密程度，直接影響著外墻保溫結構的耐久性。因氣凝膠氈表面纖維與芯部纖維連接不緊密，無法使其與砂漿進行緊密結合，猶如在滿是浮灰的基層表面粘貼膠帶，其實并未與材料結構進行有效粘接，及易出現(xiàn)分層和空鼓，最終出現(xiàn)安全問題。

外墻外保溫用氣凝膠氈應用與施工

基于應用端改良新款氣凝膠氈后，并在三亞某示范項目中應用。示范項目優(yōu)化后的綜合能耗的相對節(jié)能率可達到 70%，在提高建筑節(jié)能率的同時，對氣凝膠氈的施工方法和參數(shù)選擇也指導了方向。數(shù)

防水性和強度選擇

施工前，在各廠家產(chǎn)品測試中發(fā)現(xiàn)，短切玻纖增強 SiO2 氣凝膠氈，憎水率可達 99.9%，質(zhì)量吸濕率及體積吸水率也為最優(yōu)。

同時也發(fā)現(xiàn)，短切玻纖增強 SiO2 氣凝膠氈的測試結果大于 0.035MPa，氈材自身斷裂，力學性能優(yōu)勢突出，且產(chǎn)品自身的抗壓強度、板面平整度更為優(yōu)異，更易于后續(xù)施工。而普通氣凝膠氈的垂直于表面抗拉強度僅為 0.015MPa，粘接層斷裂，膠粘劑無法與氣凝膠氈實現(xiàn)有效粘接。

表面處理選擇

因材料特性，氣凝膠氈表層纖維的抗拉強度較弱，極易影響與砂漿的粘接性能，為極大程度降低產(chǎn)品在運輸、施工過程中產(chǎn)生纖維粉塵的危害，同時要確保各項性能不受影響，須在其表面進行涂覆處理。經(jīng)測試，涂覆普通涂料的氈材，在溫度 120℃時，4 小時涂層出現(xiàn)黃變，10 小時出現(xiàn)粉化現(xiàn)象，且涂料與氈材的附著力并不理想。而涂覆柔性漿料，涂層可滿足 200℃耐溫性，彎折不開裂，同時可使氈材垂直于表面的抗拉強度進行有效提高，且不影響粘接性能。

氣凝膠氈施工方法

現(xiàn)階段氣凝膠氈在建筑領域的應用方式多以龍骨+填充保溫材料的方式使用，應用單一，無法有效體現(xiàn)和控制產(chǎn)品質(zhì)量，優(yōu)質(zhì)的氣凝膠氈無法有效得到推廣。在建筑外墻外保溫系統(tǒng)中，薄抹灰技術更適合氣凝膠氈材料的應用。

目前雖多地發(fā)文禁止或限制新建建筑的薄抹灰工藝，但舊改項目仍可以使用，且如果類似氣凝膠氈這類高保溫、高阻燃的材料可以大面積推廣，嚴格執(zhí)行施工標準，施工和監(jiān)管體系完善，薄抹灰工藝或許可重新煥發(fā)活力也未可知。施工流程，如圖 3 所示。

氣凝膠隔熱涂料的應用

在氣凝膠復合制品中，氣凝膠隔熱涂料產(chǎn)品也相對成熟，其保溫效果也較其他類型的涂料相對明顯。經(jīng)過長達 3個月的自然環(huán)境下性能對比測試發(fā)現(xiàn)，氣凝膠隔熱涂料在隔熱保溫效果上有明顯優(yōu)勢。因其隔熱保溫特性，應用場景更為廣泛，在夏熱冬暖等熱輻射較大的地區(qū)，建筑保溫系統(tǒng)使用氣凝膠隔熱涂料，可有效阻止輻射熱的入侵，同時降低室內(nèi)冷空氣的流失，從而減少建筑能耗，測試數(shù)據(jù)如圖 4 所示。

氣凝膠保溫板的應用

氣凝膠復合不燃保溫板采用氣凝膠、水泥基膠凝材料和可發(fā)性聚苯乙烯等原料，通過特殊工藝復合加工制成，防火等級可達到 A2 級。相較于傳統(tǒng)保溫材料和同類產(chǎn)品，具有諸多優(yōu)勢：導熱系數(shù)低，保溫性能佳，單位能耗低；容重輕、吸水率低、強度高，使用壽命長；施工簡便，工期短，施工效率高；綠色環(huán)保，安全可靠；產(chǎn)品規(guī)格多樣化，綜合性價比高。因此，氣凝膠復合不燃保溫板具備替代傳統(tǒng)保溫材料的潛力，可有效解決吸水、掉粉、脫落、纖維過敏等問題。

氣凝膠復合不燃保溫板適用于保溫裝飾一體化及薄抹灰體系，廣泛應用于新建建筑、工業(yè)廠房、舊樓改造、活動房等場景，可以滿足建筑行業(yè)對安全環(huán)保、高效節(jié)能等方面的需求，其應用能夠極大提高外墻外保溫系統(tǒng)的節(jié)能性，助力建筑實現(xiàn)超低能耗，如圖 5 所示。

氣凝膠材料憑借其卓越的保溫性能，有效提高了建筑外圍護結構的熱阻，降低了建筑能耗損失，并增強了建筑的耐火性。在“十四五”規(guī)劃期間，氣凝膠材料作為綠色建筑推薦材料，有望在綠色建筑領域迎來更大的發(fā)展機遇。然而，目前氣凝膠制品在外墻保溫方面的實際應用案例較少，仍處于市場推廣階段。為此，我們亟需將試驗檢測結果和示范工程的應用經(jīng)驗進行充分總結，制定相關的施工工藝、監(jiān)理監(jiān)測標準，為各個環(huán)節(jié)提供執(zhí)行準則、質(zhì)量保障和安全保險，推動氣凝膠材料在外墻保溫領域的進一步規(guī)范化和推廣，以滿足綠色建筑的需求。

“路雖遠行則將至，事雖難做則必成”，盡管被動式超低能耗建筑目前還處于“混亂期”，但我們相信它將逐漸邁向“應用期”和“升級期”，穩(wěn)步實現(xiàn)由超低能耗向近零能耗、凈零能耗的轉變，最終實現(xiàn)建筑產(chǎn)能目標，為中國實現(xiàn)“碳達峰、碳中和”作出重要貢獻。

來源：建設科技