集防水保温于一体的改性聚氨酯硬泡
作者：史章华
1、 前言
目前，我国现行的防水材料与保温材料都存在着性能单一、施工程序复杂的现象，防水的不保温，保温的不防水。一旦防水层出现渗漏，保温层即随之失去了保温性能，而且建筑防水工程与建筑节能工程是分别设计并分别施工的。
针对建筑业防水保温隔热材料性能存在的缺陷，十多年前国内已有人试喷硬质聚氨酯泡沫作建筑屋面防水保温应用。但效果一直不理想，经常因建筑物基础的不均匀沉降造成防水层断裂发生漏水，其原因是聚氨酯泡沫的延伸率不够。现在一般情况下只能做到延伸率在5%-6%，而建筑上要求聚氨酯泡沫的延伸率必须大于10%以上。
我公司针对延伸率课题，做了重点突破工作，经过多次试验，在保证一定抗压强度下聚氨酯泡沫的延伸率可达到大于10%。我公司将该材料定名为改性硬质聚氨酯泡沫。通过引进国外技术和先进设备，我公司在较短的时间内又开发出改性硬质聚氨酯泡沫现场连续喷涂施工新工艺。该产品得到了多家建设单位的认可以及省内技术权威机构的认定。
改性硬质聚氨酯泡沫塑料（以下简称NJSPF）是目前固体材料中隔热性能最好的保温材料，该材料的泡孔结构是由无数个微小的闭孔所组成，这些微孔互不相通，因此该材料不吸水也不透水。带表皮的改性硬质聚氨酯泡沫的吸水率为零。该材料既保温又防水，应用在屋面及墙体，可代替传统的防水层和保温层，具有一材多用之功效。
2、 NJSPF主要性能
（1） 密度：密度是NJSPF的一项重要性能，密度对该材料的其它性能，如强度、导热系统等有明显的影响。强度随密度的增加而增大，在其它条件相同的情况下，密度大，则成本高。为降低建筑造价，NJSPF在建筑屋面上运用，其密度可根据作用分为两种：一种是上人屋面，密度配制应≥50kg/m3，另一种是不上人屋面，密度宜控制在≥30 kg/m3。
（2） 强度：NJSPF的强度取决于它的原料、配方、结构及成型工艺等因素。其中泡沫的密度是首要因素，它对NJSPF的强度影响最大，密度≥50kg/ m3时，NJSPF的抗压强度≥300Kpa。
（3） 导热系统：NJSPF重要特性之一是导热系统小，它是目前固体保温材料中隔热性能最好的材料。导热系统最小可达0.017W/（m·k），在工程应用中该材料的导热系统一般在0.020-0.024 W/（m·k）。SPF导热系统的大小，主要受泡孔内的发泡剂和泡沫的密度影响。导热系统与密度的关系大致呈抛物线的趋势，密度为35kg/ m3左右时，材料的导热系数为最小。
（4） 吸水性：NJSPF的泡孔结构是由无数个微小的闭孔所组成（闭孔率在95%以上），这些微孔互不相同，因此该材料不吸水、也不透水。带表皮的NJSPF的吸水率为零。
（5） 尺寸稳定性：NJSPF具有较好的耐低温性能，在低温下长期使用，尺寸稳定，在-30℃-80℃时尺寸变化率≤1%。
3、 原料与成型工艺
NJSPF是以异氰酸酯和多元醇为主要原料，在发泡剂、催化剂、阻燃剂、匀泡剂、改性剂等多种助剂的作用下，通过专用设备瞬间充分混合，高压喷涂、现场发泡而成的新型高分子防水保温材料。
在NJSPF的生成过程中，随着聚醚多元醇与异氰酸酯聚合反应和增链反应的进行，其分子量不断增长，同时液相中的发泡剂在反应热的作用下迅速汽化并和反应中释放出的CO2气体一起，不断地在液相中产生数量众对的泡核。匀泡剂则对泡核产生速度和气泡生长速度适时进行平衡，在反应的最后阶段胶凝形成聚氨酯硬质泡沫。
在实际生产中，NJSPF的成型主要依靠高压（低压）浇注喷涂发泡设备发泡成型。
4、 NJSPF在屋面及墙体上的应用
4.1、 NJSPF在屋面的应用
采用NJSPF硬泡材料进行防水保温的屋面，其构造十分简单。根据JGJ24-86《民用建筑热工计算规程》，在屋面基层上直接喷涂3-5cm厚的硬泡材料即可达到节能设计要求。由于硬泡材料具有良好的不透水性和高的水蒸汽渗透阻，因此在一般情况下可以不单独设置隔汽层，在硬泡外侧也不必再铺设防水卷材层，但应有可靠的保护层，保护层的具体做法有两种：一种是不上人屋面保护层，通常采用防水防紫外线涂料涂于NJSPF表面；另一种是上人屋保护层，在NJSPF面层上铺设3cm厚1∶2水泥砂浆。
保护层的主要作用：
（1） 保护硬泡免受阳光的直接照射和外界风化作用；
（2） 提高屋面刚性强度，保护硬泡不受破坏。
4.2、 NJSPF材料在屋面应用的特点
（1）独特的不透水性
NJSPF是一种高强度互联壁微孔泡沫材料，闭孔率高达95%以上，具有光滑致密的自结皮，是一种优良的不透水材料。采用现场直接喷涂技术，使NJSPF硬泡形成没有拼缝的整体不透水层，从根本上杜绝了屋面水沿缝隙渗入的可能性。
NJSPF能与屋面基层牢固粘合，其卓越的自粘强度超过NJSPF硬泡材料本身的撕裂强度。从而使NJSPF硬泡层与屋面基层牢固地结为一体，避免了屋面水沿层间缝隙的渗透。
NJSPF屋面现场喷涂工艺是一种液体原料直接转变固体材料的成型技术。液体原料具有流动性、渗透性，在喷射压力的作用下，极易进入到屋面基层空隙之内膨胀发泡，起到密封空隙的作用。
以上特性是许多其它传统防水卷材所不具备的，因此NJSPF材料的防水功能是明显的、独特的。
a) 良好的隔热性能
表1是几种建筑材料隔热性能的对比情况。
表1 隔热性能对比
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材料名称
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导热系数W/m.k
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相同传热条件下保温层所需厚度mm
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NJSPF硬泡
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0.017—0.024
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25
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聚苯乙烯挤塑板
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0.029
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32
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聚氯乙烯泡沫板
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0.037
|
40
|
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玻璃纤维
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0.035
|
38
|
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珍珠岩
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0.178
|
193
|
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水泥矿渣棉
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0.04—0.07
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59
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软木
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0.127
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138
|
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牛毛毡
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0.05
|
54
|
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普通砖
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0.61
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663
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由上表可见：在一般居住建筑物中使用NJSPF硬泡材料做防水保温层，其厚度仅为传统材料厚度的三分之一，其热阻值却是他们的三倍。
b) 屋面载荷轻
SPF硬泡材料密度小，重量轻，因而屋面的承载负荷也轻，与传统材料的比较见表2。
表2 采用不同保温材料的屋面载荷(kg/m2)
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屋面结构层材料
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NJSPF硬泡材料
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水泥珍珠岩
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水泥蛭石
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一毡四油一砂防水层
|
/
|
40
|
40
|
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水泥砂浆保护层
|
50
|
50
|
50
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保温层
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1.2
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37
|
39
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冷底子油隔热层
|
/
|
5
|
5
|
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水泥砂浆找平层
|
/
|
40
|
40
|
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合计
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51.2
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172
|
174
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由表2可见：在屋面支撑板以上部分的载荷中，使用NJSPF硬泡材料的屋面是使用传统材料做法屋面载荷的三分之一，这对改善房屋整体结构，降低房屋造价具有十分重要的意义。同时由于其密度小，材质轻，吸振效果好，隔音性能强，尤其适用于大跨度薄壳钢结构屋面的防水保温，在滴水成冰的严冬完全可以保证建筑物内部不结露、不滴水。
c) 综合造价便宜
虽然NJSPF材料的单价比其他传统保温材料的单价高，但由于该材料兼有保温、防水、隔汽多重功能，屋面如采用NJSPF后，就省去了防水层、隔汽层、保温层和找平层的费用，从而使整个屋面造价费用低于用传统材料进行屋面施工的费用。
4．3、NJSPF外墙保温系统的施工工艺
NJSPF硬泡超强的自粘能力和现场喷涂工艺，可给建筑外围结构牢固地粘贴上一层整体无缝保温层，完全消除“热节”和“冷桥”、并且材料本身优异的防水性能，从根本上杜绝了墙体的泛潮现象。
NJSPF外墙保温系统的施工工艺如下：
（1） 将墙面的洞口堵实、用压缩空气吹除墙面上的浮尘；用高压喷涂发泡机向墙面喷涂NJSPF，厚度一般为25-30mm,其厚度可用打点挂线法进行控制，喷涂施工完毕后对局部地方打磨找平；
（2） 在打磨找平后的墙面上，涂刷按比例调配好的高聚合物水泥灰浆，即可进行墙面的粉饰工作；
（3） 墙面的粉饰材料可用混合砂浆、水泥砂浆等，也可在墙面上进行其它粉饰施工。
4．4墙面喷涂NJSPF的优点
（1）工艺简单、施工快捷。
（2）墙体外表面喷涂NJSPF，与传统的岩（石）棉墙体保温材料相比，该材料不吸水、不透水，解决了墙体渗漏问题；与传统夹填聚苯乙烯泡沫板法相比，解决了墙体局部热桥传热问题。
（3）墙体外表面喷涂25-30mm厚的NJSPF，与其它墙体保温材料相比，在满足墙体保温的同时，增大了实际使用面积，减轻了建筑荷载，并有效地防止了外墙渗漏问题。
4、结论
NJSPF由于具有其独特性——保温的同时又防水，应用在建筑屋面上可替代传统的保温和防水材料，应用在墙体上在满足保温的同时解决了防水，因此，该材料具有广阔的市场前景。
南京长三角防水保温材料有限公司
