粮仓常用隔热材料应用概况

刘胜强 唐 洁 蒋士勇 赵金辉 郑焱诚姜祖新 刘意辉 高钰钞 肖永胜 付鹏程

(1 中储粮成都储藏研究院有限公司 610091) (2 中国储备粮管理集团有限公司 100039) (3 中央储备粮益阳直属库有限公司 413000) (4 中央储备粮成都直属库有限公司 610400)

做好粮仓围护结构的隔热保温，减少粮仓内外热量交换，能够延缓仓温和粮温的上升速度，减少制冷设备的开启时间和频次[1]。一直以来，我国粮库仓房建设受投资所限，隔热性能普遍较差。新时期仓储行业面对控温保质、绿色储粮的要求，需要在建设完成后再进行粮仓的隔热改造。提升仓房的隔热性能也是实现低温储粮和准低温储粮的关键[1]。粮仓隔热改造涉及仓墙、仓顶、仓门、窗户、通风口盖板、过墙管道、孔洞等多个部位，是一项系统工程。而隔热材料种类众多，性能各异，材料也在不断发展迭代中，尚缺乏相关文献资料对常用材料进行介绍。本文从介绍当前粮仓隔热材料的物理性能、防火和防潮性能的角度，分析比较不同隔热材料的特点，旨在为粮库进行隔热改造遴选隔热材料时提供参考。

1 粮仓隔热材料概述

粮仓是工业建筑，用于粮仓的隔热材料种类和民用建筑的基本相同。材料已由厚层隔热向薄层隔热转变，目前建筑涂料通过反射起到一定的隔热效果，主要功能是作饰面美观和防水，不是严格意义上的保温材料，隔热材料目前以保温板材和现场喷涂聚氨酯为主。屋面板材施工有直贴式和架空式两种，外墙板材主要采用薄抹灰系统[2，3]施工，外刷浅色涂料或喷砂做饰面。屋面板材主要有彩钢板、岩棉板、菱镁板以及相应的复合夹心板等；仓内吊顶材料主要为聚氨酯板、聚苯乙烯板、酚醛板等；应用于内外墙体保温的板材主要有聚乙烯板、聚氨酯板、聚苯乙烯板、发泡水泥板等。这些保温板大多数以聚氨酯、聚苯乙烯树脂、酚醛树脂等保温材料为芯材，添加阻燃剂、发泡剂、交联剂等成分，经过特殊的发泡工艺制成。板材按芯材组分分为有机材料和无机材料两大类，此外也有它们的复合材料。

2 有机类保温隔热材料

有机材料的优点为造价较低，市场成熟，导热系数较小，实现保温目标需要的厚度小，方便运输与施工。目前我国建筑保温市场以聚苯乙烯(PS)、聚氨酯(PU)为代表的有机类保温材料占据很大的市场份额，在我国的三北地区和华东地区应用广泛。聚苯乙烯板材分为挤塑板(XPS)和模塑板(EPS)。常用的保温材料介绍如下。

2.1 模塑/膨胀聚苯乙烯泡沫塑料[4](EPS)

俗称苯板，是由可发性聚苯乙烯珠粒经加热预发泡后，在模具中加热成型制成的塑料板材，其中聚苯乙烯只有约2%，其余为空气，闭孔结构，蜂窝内的静止空气为热的不良导体，因而这种材料具有良好的保温性能。按表观密度大小分为6类，容重不同，用于外墙外保温的EPS容重18 kg/m3～22 kg/m3[5]，施工方便。抗压、抗拉强度较XPS稍差，粘接性好，透气性好。EPS板薄抹灰施工方式的外墙外保温工艺有成熟标准指导[6]，价格便宜，应用也最广泛。按标准施工，做好技术交底，一般不会出现外保温墙体的渗水问题，需重点注意门窗、穿墙洞口、女儿墙部位的规范施工[7]。

2.2 挤塑聚苯乙烯泡沫塑料[8](XPS)

简称挤塑板，是经特殊工艺连续挤出发泡成型的材料，其表面形成的硬膜均匀平整，内部完全闭孔发泡连续均匀，成蜂窝状结构，因此具有高抗压、轻质、不吸水、不透气耐磨、不降解的优点。但同时，由于板材的表面光滑比较难粘接，需要用到特殊胶粘剂和专用界面剂，施工较复杂[9，10]。材料单价较EPS贵，但材质致密，保温性较EPS好。该材料尺寸稳定性较差，用于建筑外墙保温常会出现接缝处开裂、局部脱落等现象，施工方式也是参照标准[3，11]，采用薄抹灰外涂饰面，因而其在外保温应用领域不及膨胀聚苯板优势大。建筑装饰行业常将其用于平面混凝土或钢结构屋顶、地面、地下室墙体覆土内的保温和防潮。部分粮库将其用于粮仓的吊顶隔热和屋顶隔热，XPS板加工后易老化，施工中需注意接缝处理。

2.3 硬质聚氨酯泡沫塑料[12](PU)

在常见的建筑保温材料中，硬质聚氨酯泡沫塑料导热系数小，吸水率最低，有很好的防水、隔热效果。现场喷涂发泡已经在建筑装饰行业和粮库外墙、屋面顶板内侧隔热广泛应用，喷涂的整体性和稳定性好，施工快，对基物的形状无要求。但由于10℃以下喷涂得率低，不适合冬季室外施工，喷涂成型速度快不易平整，现场喷涂较适合于窗槽、孔洞、管道等不规则部位和屋面上弦板喷涂施工，应用于外墙隔热需要在喷涂后填缝再涂砂浆和做饰面，施工后的隔热效果受施工人员的技术影响较大[13]。另外，市面上聚氨酯产品质量参差不齐，阻燃B1型价格远高于可燃型，聚氨酯燃烧的烟气极具刺激性[14]，粮仓为二级防火单位，隔热施工中应注意选用阻燃型的材料。相比之下，采用以聚氨酯为芯材的型材板更适合规则墙面施工，根据粮仓尺寸定制单面复合铝箔的聚氨酯整板能满足内墙隔热和吊顶的需求，目前市面上已有成熟的产品，国家也有标准指导生产[15]，价格比喷涂要贵，但施工安装方便、产品稳定性好。

2.4 聚乙烯保温板(PEF)

该材料最初是为中央空调系统、制冷设备、风道、冷库等装置研制开发的专用隔热材料，材料内部微观结构为网状均衡气泡的闭孔结构，靠闭孔内的气体绝热而非聚乙烯材料实现绝热，其板材有绝热效果好，柔软缓冲性好，无毒性，轻便施工，抗老化，防潮防结露，综合成本较低的优点。目前，PEF板材已在部分粮库的粮仓内墙隔热改造中应用，常贴4 cm厚度。但是，就目前的使用效果看，用于内墙板材抗压不够，粮食出仓后，板材受挤压明显变薄。PEF板目前的产品性能适合堆粮线上方和仓内吊顶使用。

2.5 酚醛泡沫保温板(PF)[16]

酚醛板是由苯酚和甲醛的缩聚物(酚醛树脂)与其他添加剂，如固化剂、发泡剂、表面活性剂和填充剂等混合制成的多孔型泡沫板。酚醛板和聚氨酯板一样，属于热固性的有机保温材料，保温性能和阻燃性能都比挤塑板和聚苯板优异。不需要添加任何阻燃剂阻燃等级能达到GB 8624规定[17]的B1级。

国外推广酚醛板较早，日本的夹芯保温体系大量采用酚醛板，由于生产工艺先进，生产的酚醛板具有较好的保温性能，导热系数比挤塑聚苯板低。但是国内起步晚，生产技术也较为落后，其保温性能略差于国外产品，难燃、抗高温，但易吸水、脆、易粉化，烟气安全性存在争议[18]，用于外墙外保温薄抹灰系统[19，20]有严重的饰面开裂、脱落隐患。酚醛泡沫板通过近几年在外墙保温应用，其还存在一定脆性、酸高的不足，主要原因是树脂中酚羟基与亚甲基特别容易产生氧化反应。对酚醛板进行改性，降低酸性和增强韧性是完善酚醛保温板物理指标的前提[21]。目前产品性价比还较低，市场还不普及，目前多用于大型冷库、储罐、船舶及各种保温管道、包括空调管道的保温[22]以及做夹芯板[23，24]，国内的酚醛板生产工艺正在政策指引下逐步转型升级，随着国家对建筑防火要求的提高，酚醛板因其良好的阻燃性将来具有较大的市场空间。

3 无机类保温材料

在建筑保温材料中，其无机原料主要有石膏和水泥，并配合各种矿物或工业废渣，同时掺杂有其他发泡添加剂，形成性能各异的产品。无机保温材料基本都能达到标准的A级不燃[14，17]，但基本达不到建筑节能标准[25，26]规定的65%的保温效果。区别于有机材料的明显特点是：不燃、吸湿性强、耐候性好。建筑常用的预制保温材料有岩棉类、发泡水泥板等。

3.1 岩棉和矿渣棉

岩棉吸声、隔振，耐高温600℃，是蒸汽管道、热力管道、炉墙保温的常用材料。岩棉类材料作建筑外墙保温在国外应用很早，欧洲国家大量采用岩、矿棉作为高等级防火外墙外保温的主体材料，应用已经有几十年的历史，有成熟的产品标准和系统认证指南，是仅次于聚苯板应用第二广泛的，上世纪在日本也应用广泛。但岩棉在生产中对环境和人体的危害很大，岩棉的生产在1980s在日本已被淘汰。进口岩棉板价格高，所以在国内应用少；我国岩棉产业近10年才在政策的指引下进行转型升级，之前只有极少数企业生产的产品能达到国标[27]要求，市面上普遍的国产岩棉指的是矿渣棉。矿渣棉是使用高炉炼铁矿渣等固体废弃物为主要原料，矿渣棉板抗拉强度低，吸水性强，满足不了外墙外保温的要求，特别是不适用在南方降雨量大，空气湿度大的地方。国家发改委在“十二五”期间发文，鼓励大型的岩棉生产线，淘汰年生产能力小于1万吨的企业，并出台了相关的工厂改建[28]和生产控制标准[29]，以此提升产业的技术水平。目前岩棉产业在转型走大型、高效、节能、高质量的道路[30]。

在国内，岩棉板保温一直广泛应用于干挂幕墙内部，薄抹灰体系的应用在我国北方刚刚兴起，岩棉在建筑节能主体工程中用量还不大，一般用作外墙防火隔离带[31，32]，玻璃棉几乎没有应用。其他不燃材料目前国内还处于研发和小规模示范阶段。近几年，行业和协会又陆续出台了岩棉用作建筑外保温的相关建筑标准[33-35]，指导规范施工。近些年随着国产岩棉的产量和品质提升、施工技术成熟，岩棉在建筑工程的用量也在增大。

玻璃棉和岩棉等纤维材料对热传导效果好，但是对热对流效果稍差，在粮库粉尘大的环境中，容易沾附大量灰尘，且纤维结构阻水性较差，受水后塌沉[36]，不适合露天使用。目前，很多库点的通风口出墙管及盖板隔热、内环流等管道双层保温管使用的是岩棉等矿物棉或者橡塑[37]，柔性材料方便现场切割和焊接，外做不锈钢或彩钢包裹。

3.2 发泡水泥板

发泡水泥板也叫水泥基泡沫保温板，是经过发泡机的发泡系统将发泡剂用机械方式发泡，然后将泡沫与水泥浆料均匀混合，再进行模具或机械成型，经自然养护得到具有一定形状尺寸的板材[38]，常用在建筑隔热。轻质隔墙板是发泡水泥板的一种，将板材的竖孔相对拼接，顶端使用轴流风机抽风，应用于粮仓内墙，可形成靠墙的动态隔热，目前已在中储粮荆门直属库成功应用，取得了较好的隔热效果。

4 复合材料

目前市面上的复合夹心板多是在单一保温板成型后在单面或双面复合轧花铝板或压型彩钢等制成，以增加板材的物理性能，主要用在吊顶、内墙和仓门。粮库目前普遍采用的有彩钢岩棉夹心板、彩钢酚醛泡沫夹心板[23]、铝箔酚醛夹芯板[24]、彩钢聚氨酯板、铝箔聚氨酯夹心板[15]等，其中彩钢夹心板多应用在屋顶[39]、罩棚、仓门和通风口隔热，聚氨酯铝箔板适合仓内墙、吊顶隔热。

此外，建筑行业的菱镁板、玻镁板在粮食仓储行业也有较大的应用规模。菱镁板是以氯化镁、氧化镁为主要原料，添加一定比例的膨胀珍珠岩(或聚苯乙烯颗粒)、玻璃纤维网格布、木屑等在车间经全自动化流水线加工而成，成分上属于复合材料，具有无味无毒、高强质轻、隔音保温、防水防火、耐候性强等特点。菱镁板的防火等级达到A级，若添加聚苯乙烯颗粒，属于有机无机复合材料；若添加膨胀珍珠岩，属于无机复合材料。不添加保温原料也可生产出来，则成品防水性、保温性较差；添加耐碱玻纤网不足的板材用于粮仓吊顶则容易出现翘边等情况。菱镁板在建筑上用做装饰板[40]和防火门芯材[41]，目前没有标准规范将其用于建筑保温，粮仓将菱镁板用作屋顶隔热材料，进行屋顶平贴[42]或架空[43]，均有文献报道使用效果良好，根据板材成分和龙骨、板材施工结构的不同，屋面总荷载增加在18 kg/m2[44]～28.5 kg/m2[45]。市面上菱镁板的价格区别较大，生产门槛较低，采购时需要甄别。隔热防水较差的板材需要在菱镁板现场施工时外侧再做保温和防水，外表面刷涂浅色涂料反光[44，45]，施工程序较复杂。

5 总结

粮仓隔热改造是一项系统工程，选择仓外墙还是仓内墙改造，仓顶架空通风还是屋面平贴，或是龙骨吊顶，对材料性能的要求不同。此外，EPS、XPS、PU等可燃保温材料在生产时需要添加阻燃剂，才能满足安全防火标准的要求[46]。本文概述的材料均为建筑隔热常用、技术成熟的产品，绝大多数材料有相关的标准和施工规范。材料离不开施工工艺，“三分材料，七分施工”，需要在工程建设中一方面注重对施工材料质量抽查，严格把关；另一方面重视对施工技术的过程质量监管，规范施工[47]，才能保证施工效果。另需重点注意仓房过墙管道、工艺孔洞、沉降缝、通风口、门窗部门的隔热改造，这些均是传热大的热桥部位，针对不同部位选择适合的隔热材料综合做好隔热处理，阻断热桥，才能实现控温节能、保质降耗，为建设(准)低温粮仓打好基础。