聚乙烯醇在石膏外墻內保溫體系中的應用

上海市建筑科學研究院 上海金樹樹脂粉末有限公司 葉蓓紅，孫杰，徐汝謀 一、概述

      中國正處于工業化和城鎮化快速發展的階段，目前我國每年城鄉新建房屋建筑面積近20億平方米中，80％以上為高能耗建筑；既有建筑近400億平方米，95％以上是高耗能建筑。我國單位建筑面積能耗是發達國家的2至3倍，對社會造成了沉重的能源負擔和嚴重的環境污染，為此建設部己制定明確的工作目標：爭取到2020年，大部分既有建筑實現節能改造，新建建筑完全實現建筑節能65％的總目標。但是建設部2005年年底向外界披露的調研結果顯示：目前我國嚴寒的北方地區建筑節能設計階段的達標率為80% ，但施工階段達標率只有60% ；在夏熱冬冷中部地區，兩個階段的數字分別為20％和10 % ；夏熱冬暖的南部地區則為10％和8％。 在我國長江流域地區，氣候夏熱冬冷，為了緩解酷暑嚴寒，這一地區，冬季和夏季己較普遍使用空調系統。由于長期以來未能采取建筑節能措施，建筑物的保溫隔熱性能差，能源浪費十分突出。以上海地區為例，持續不斷的住宅建設熱，每年開發的房地產達二千多萬平方米，全面實施節能措施，對建筑節能材料的需求將非常之大，而我國特別是夏熱冬冷地區的建筑保溫材料的開發和應用起步較晚，產品品種單一，可供用戶選擇的余地較小。以目前主要推廣的聚苯板外墻外保溫體系為例，盡管這一體系具有眾多優點，但該系統組成復雜，現場施工工序繁多，工程質量難控制，外墻裝飾自由度小；特別是長江三角地區高層建筑較多，又有臺風威脅，外墻外保溫體系的安全性、耐久性都存在一定的隱患。

       根據國際權威資料統計，在英法日韓等發達國家，安全有效的外墻內保溫系統占市場的主導地位。外墻內保溫雖然存在熱橋、占用室內面積等缺點，但更具有造價低，施工方便，不受建筑物高度限制，外墻裝飾自由度大，質量穩定，使用壽命長（外墻內保溫系統使用壽命50年，外墻外保溫系統使用壽命15年）等優點。非采暖地區主要采用間歇式空調系統，外墻內保溫系統用于間歇式空調系統，室內變溫快（無須先加熱或冷卻建筑物墻體）?，F在這一地區采用的粉刷石膏膨脹聚苯板外墻內保溫系統以及紙面石膏板與膨脹聚苯板復合內保溫系統都能滿足夏熱冬冷地區住宅建筑圍護結構的節能標準。
粉刷石膏膨脹聚苯板外墻內保溫系統是用粘結石膏將膨脹聚苯板（也可以采用泡沫玻璃、酚醛樹脂板、硬質礦棉板、水泥發泡板等）內貼在外墻的內側，再用粉刷石膏護面。紙面石膏板與聚苯板復合內保溫系統是將聚苯板與紙面石膏板在工廠預制成型，成為保溫石膏大板，現場直接粘貼，并可現場切割，板縫用嵌縫石膏批嵌，不易產生裂縫；基本干作業，施工質量更容易控制。

二、石膏和粉刷石膏

      石膏是傳統的三大膠凝材料（水泥、石膏、石灰）之一，生產建筑石膏的能耗只有水泥的四分之一，在天然石膏資源缺乏的上海以及江浙地區可采用煙氣脫硫石膏為原料，預計至2008年上海地區煙氣脫硫石膏將達100萬噸，煙氣脫硫石膏的綜合利用可使新建建筑對不可再生資源的總消耗比下降，更符合節能環保和可持續發展的要求。
      石膏是公認的綠色建材，石膏本身的導熱系數小，具有一定的保溫性，適合開發建筑節能材料，并且石膏建材良好的呼吸性更能給出居住者以舒適的室內環境。但石膏屬于硬性膠凝材料，只能在空氣中水化硬化，以石膏為膠凝材料生產的石膏建材一般只適用于室內。粉刷石膏用于建筑物室內墻面和頂棚上的表面抹灰，與傳統的水泥砂漿相比，具有輕質、防火、保溫、吸聲、調節空氣濕度等功能，并且不起殼、不開裂、與基層粘結牢固。但是當粉刷石膏用于聚苯板表面時，石膏的粘結性達不到標準。這是由于粉刷石膏的特性是當石膏漿體涂抹到各種墻面上時、石膏漿體進入墻面孔隙中，利用石膏水化硬化時產生的膨脹產生物理楔嵌粘結作用。而膨脹聚苯板表面光滑，基本無孔，則石膏膨脹產生的物理楔嵌作用不明顯。為此，石膏內保溫系統需提高石膏與聚苯板的粘結力。
三、增加石膏與聚苯板的粘結力

      通常纖維素醚類保水劑具有增加石膏與基底的粘結作用，其原理是保證進入墻體孔隙中的石膏漿體不失水，完全水化硬化產生膨脹。如需增加與膨脹聚苯板的粘結力，還需添加一些聚合物膠粘劑，利用聚合物膠粘劑干燥成膜產生與聚苯板的粘結力。常用聚合物膠粘劑為聚乙烯醇膠水（PVA）、羧甲基纖維素（CMC）、改性淀粉、聚醋酸乙烯酯（白膠）( PVAc）、乙酸乙烯酯一乙烯共聚乳液（VAE或EVA) 以及可再分散乳膠粉（EVA) ，聚乙烯醇粉末（PVA）等。為了保證產品質量，現采用干粉砂漿的形式，即在工廠預混，現場加水直接攪拌即可使用。為此必須使用粉狀的聚合物膠粘劑，主要是粉狀聚乙烯醇粉末（PVA）和可再分散乳膠粉(EVA或VAE）。

      聚乙烯醇（PVA）是一種水溶性高分子聚合物，由醋酸乙烯（VAM）經醇解聚合而制成，具有較佳的粘接性、皮膜柔韌性，并具一定的保水作用，具有幾十年的使用歷史，是傳統的粘結劑。但是液體的聚乙烯醇膠水由于生產中加入甲醛提高聚乙烯醇耐水性和防霉性，若生產時聚乙烯醇與甲醛的縮合不當，則有游離甲醛存在，有害人體健康，近年聚乙烯醇縮甲醛膠水的應用受到限制，本項目采用不含甲醛的冷溶型聚乙烯醇粉末膠粘劑（簡稱聚乙烯醇粉末），用于防水要求相對較低的內保溫體系?？稍俜稚⑷槟z粉（EVA或VAE）是近幾年普遍用于膨脹聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統的聚合物粘結劑，可再分散乳膠粉與水泥形成的薄抹灰具有粘結力好，外墻的吸水率降低，防水性提高。

     羧甲基纖維素（CMC）和改性淀粉主要起增稠作用，可使石膏漿體增稠，增粘，提高可施工性能，保水和粘結效果并不明顯，特別是羧甲基纖維素會使石膏緩凝，甚至不凝固，并且強度下降明顯，所以不作為粘結劑使用。粘結石膏和抹面石膏為了便于施工，在生產時都加入了石膏緩凝劑來延長石膏漿體的施工時間，由于石膏中摻入了緩凝劑，抑制了半水石膏的水化過程，這類石膏漿體在未凝結之前，水分會揮發或被墻體吸收，如果不進行保水處理，造成石膏漿體硬化時缺水，水化不完全，引起石膏與墻面結合處的分離、起殼以及表面的微裂縫。為此需提高粘結石膏和抹面石膏漿體的保水性。

     《 粉刷石膏》標準JC/T517-2004首次引入保水率的測試方試，主要是參考日本標準（JISA6904 石膏砂漿），采用真空抽濾法測定保水性能。方法是通過真空抽濾，使石膏漿體失去水分，然后計算石膏漿體中保留的水占原始含水量的百分數。真空抽濾法測定保水率的實驗裝置較復雜，另一種濾紙吸水法測保水性能比較簡便，在法國和德國等應用普遍，它是以石膏漿體在濾紙上吸水的多少來相對比較保水性能，濾紙上吸水率越小，保水性越好。表一是采用濾紙吸水法測定石膏漿體吸水率。

      從表一的測試結果可見，聚乙烯醇粉末和可再分散乳膠粉都具有一定的保水性，但是聚乙烯醇粉末具有很好的保水性，可達到甲基纖維素的性能，而可再分散膠粉必須與甲基纖維素配合使用。
     二種石膏膨脹聚苯板內保溫系統都需將聚苯板粘貼至內墻面，本項目的研究主要是提高石膏與膨脹聚苯板的粘結力。石膏與膨脹聚苯板的粘結力的測試方法采用《膨脹聚苯板外墻外保溫系統》 JG149-2003中規定的測試方法，即用被測的石膏砂漿粘結標準水泥砂漿塊與標準膨脹聚苯板，測定石膏與標準膨脹聚苯板之間的粘結力，要求拉伸粘結強度大于0.1MPa ，并且破壞面在膨脹聚苯板內部，聚乙烯醇膠粉和可再分散乳膠粉的測試結果見表二。

      聚乙烯醇達到指標時的摻量僅需0.5 % （固體總量），小于可分散性乳膠粉，并且可不用甲基纖維素，但是為了提高粘結石膏的防垂性，可摻入少量的中粘度的甲基纖維素增稠。聚乙烯醇膠粉的價格低于可分散性乳膠粉，所以選擇聚乙烯醇膠粉增加石膏與膨脹聚苯板的粘結力相對比較經濟可行。
四、結論：
1、石膏膨脹聚苯板外墻內保溫系統滿足夏熱冬冷地區住宅建筑圍護結構的節能標準。
2、利用煙氣脫硫石膏開發節能產品，綠色建材，可使新建建筑對不可再生資源的總消耗比下降，更符合節能環保和可持續發展的需要。
3、選用聚乙烯醇膠粉提高石膏與膨脹聚苯板的粘結力經濟可行，石膏膨脹聚苯板外墻內保溫系統造價低，施工方便，不受建筑物高度限制，外墻裝飾自由度大，質量穩定，使用壽命長。