上海市建筑科学研究院 上海金树树脂粉末有限公司 叶蓓红，孙杰，徐汝谋 一、概述
中国正处于工业化和城镇化快速发展的阶段，目前我国每年城乡新建房屋建筑面积近20亿平方米中，80％以上为高能耗建筑；既有建筑近400亿平方米，95％以上是高耗能建筑。我国单位建筑面积能耗是发达国家的2至3倍，对社会造成了沉重的能源负担和严重的环境污染，为此建设部己制定明确的工作目标：争取到2020年，大部分既有建筑实现节能改造，新建建筑完全实现建筑节能65％的总目标。但是建设部2005年年底向外界披露的调研结果显示：目前我国严寒的北方地区建筑节能设计阶段的达标率为80% ，但施工阶段达标率只有60% ；在夏热冬冷中部地区，两个阶段的数字分别为20％和10 % ；夏热冬暖的南部地区则为10％和8％。 在我国长江流域地区，气候夏热冬冷，为了缓解酷暑严寒，这一地区，冬季和夏季己较普遍使用空调系统。由于长期以来未能采取建筑节能措施，建筑物的保温隔热性能差，能源浪费十分突出。以上海地区为例，持续不断的住宅建设热，每年开发的房地产达二千多万平方米，全面实施节能措施，对建筑节能材料的需求将非常之大，而我国特别是夏热冬冷地区的建筑保温材料的开发和应用起步较晚，产品品种单一，可供用户选择的余地较小。以目前主要推广的聚苯板外墙外保温体系为例，尽管这一体系具有众多优点，但该系统组成复杂，现场施工工序繁多，工程质量难控制，外墙装饰自由度小；特别是长江三角地区高层建筑较多，又有台风威胁，外墙外保温体系的安全性、耐久性都存在一定的隐患。
根据国际权威资料统计，在英法日韩等发达国家，安全有效的外墙内保温系统占市场的主导地位。外墙内保温虽然存在热桥、占用室内面积等缺点，但更具有造价低，施工方便，不受建筑物高度限制，外墙装饰自由度大，质量稳定，使用寿命长（外墙内保温系统使用寿命50年，外墙外保温系统使用寿命15年）等优点。非采暖地区主要采用间歇式空调系统，外墙内保温系统用于间歇式空调系统，室内变温快（无须先加热或冷却建筑物墙体）。现在这一地区采用的粉刷石膏膨胀聚苯板外墙内保温系统以及纸面石膏板与膨胀聚苯板复合内保温系统都能满足夏热冬冷地区住宅建筑围护结构的节能标准。
粉刷石膏膨胀聚苯板外墙内保温系统是用粘结石膏将膨胀聚苯板（也可以采用泡沫玻璃、酚醛树脂板、硬质矿棉板、水泥发泡板等）内贴在外墙的内侧，再用粉刷石膏护面。纸面石膏板与聚苯板复合内保温系统是将聚苯板与纸面石膏板在工厂预制成型，成为保温石膏大板，现场直接粘贴，并可现场切割，板缝用嵌缝石膏批嵌，不易产生裂缝；基本干作业，施工质量更容易控制。
二、石膏和粉刷石膏
石膏是传统的三大胶凝材料（水泥、石膏、石灰）之一，生产建筑石膏的能耗只有水泥的四分之一，在天然石膏资源缺乏的上海以及江浙地区可采用烟气脱硫石膏为原料，预计至2008年上海地区烟气脱硫石膏将达100万吨，烟气脱硫石膏的综合利用可使新建建筑对不可再生资源的总消耗比下降，更符合节能环保和可持续发展的要求。
石膏是公认的绿色建材，石膏本身的导热系数小，具有一定的保温性，适合开发建筑节能材料，并且石膏建材良好的呼吸性更能给出居住者以舒适的室内环境。但石膏属于硬性胶凝材料，只能在空气中水化硬化，以石膏为胶凝材料生产的石膏建材一般只适用于室内。粉刷石膏用于建筑物室内墙面和顶棚上的表面抹灰，与传统的水泥砂浆相比，具有轻质、防火、保温、吸声、调节空气湿度等功能，并且不起壳、不开裂、与基层粘结牢固。但是当粉刷石膏用于聚苯板表面时，石膏的粘结性达不到标准。这是由于粉刷石膏的特性是当石膏浆体涂抹到各种墙面上时、石膏浆体进入墙面孔隙中，利用石膏水化硬化时产生的膨胀产生物理楔嵌粘结作用。而膨胀聚苯板表面光滑，基本无孔，则石膏膨胀产生的物理楔嵌作用不明显。为此，石膏内保温系统需提高石膏与聚苯板的粘结力。
三、增加石膏与聚苯板的粘结力
通常纤维素醚类保水剂具有增加石膏与基底的粘结作用，其原理是保证进入墙体孔隙中的石膏浆体不失水，完全水化硬化产生膨胀。如需增加与膨胀聚苯板的粘结力，还需添加一些聚合物胶粘剂，利用聚合物胶粘剂干燥成膜产生与聚苯板的粘结力。常用聚合物胶粘剂为聚乙烯醇胶水（PVA）、羧甲基纤维素（CMC）、改性淀粉、聚醋酸乙烯酯（白胶）( PVAc）、乙酸乙烯酯一乙烯共聚乳液（VAE或EVA) 以及可再分散乳胶粉（EVA) ，聚乙烯醇粉末（PVA）等。为了保证产品质量，现采用干粉砂浆的形式，即在工厂预混，现场加水直接搅拌即可使用。为此必须使用粉状的聚合物胶粘剂，主要是粉状聚乙烯醇粉末（PVA）和可再分散乳胶粉(EVA或VAE）。
聚乙烯醇（PVA）是一种水溶性高分子聚合物，由醋酸乙烯（VAM）经醇解聚合而制成，具有较佳的粘接性、皮膜柔韧性，并具一定的保水作用，具有几十年的使用历史，是传统的粘结剂。但是液体的聚乙烯醇胶水由于生产中加入甲醛提高聚乙烯醇耐水性和防霉性，若生产时聚乙烯醇与甲醛的缩合不当，则有游离甲醛存在，有害人体健康，近年聚乙烯醇缩甲醛胶水的应用受到限制，本项目采用不含甲醛的冷溶型聚乙烯醇粉末胶粘剂（简称聚乙烯醇粉末），用于防水要求相对较低的内保温体系。可再分散乳胶粉（EVA或VAE）是近几年普遍用于膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温系统的聚合物粘结剂，可再分散乳胶粉与水泥形成的薄抹灰具有粘结力好，外墙的吸水率降低，防水性提高。
羧甲基纤维素（CMC）和改性淀粉主要起增稠作用，可使石膏浆体增稠，增粘，提高可施工性能，保水和粘结效果并不明显，特别是羧甲基纤维素会使石膏缓凝，甚至不凝固，并且强度下降明显，所以不作为粘结剂使用。粘结石膏和抹面石膏为了便于施工，在生产时都加入了石膏缓凝剂来延长石膏浆体的施工时间，由于石膏中掺入了缓凝剂，抑制了半水石膏的水化过程，这类石膏浆体在未凝结之前，水分会挥发或被墙体吸收，如果不进行保水处理，造成石膏浆体硬化时缺水，水化不完全，引起石膏与墙面结合处的分离、起壳以及表面的微裂缝。为此需提高粘结石膏和抹面石膏浆体的保水性。
《 粉刷石膏》标准JC/T517-2004首次引入保水率的测试方试，主要是参考日本标准（JISA6904 石膏砂浆），采用真空抽滤法测定保水性能。方法是通过真空抽滤，使石膏浆体失去水分，然后计算石膏浆体中保留的水占原始含水量的百分数。真空抽滤法测定保水率的实验装置较复杂，另一种滤纸吸水法测保水性能比较简便，在法国和德国等应用普遍，它是以石膏浆体在滤纸上吸水的多少来相对比较保水性能，滤纸上吸水率越小，保水性越好。表一是采用滤纸吸水法测定石膏浆体吸水率。
从表一的测试结果可见，聚乙烯醇粉末和可再分散乳胶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，可达到甲基纤维素的性能，而可再分散胶粉必须与甲基纤维素配合使用。
二种石膏膨胀聚苯板内保温系统都需将聚苯板粘贴至内墙面，本项目的研究主要是提高石膏与膨胀聚苯板的粘结力。石膏与膨胀聚苯板的粘结力的测试方法采用《膨胀聚苯板外墙外保温系统》 JG149-2003中规定的测试方法，即用被测的石膏砂浆粘结标准水泥砂浆块与标准膨胀聚苯板，测定石膏与标准膨胀聚苯板之间的粘结力，要求拉伸粘结强度大于0.1MPa ，并且破坏面在膨胀聚苯板内部，聚乙烯醇胶粉和可再分散乳胶粉的测试结果见表二。
聚乙烯醇达到指标时的掺量仅需0.5 % （固体总量），小于可分散性乳胶粉，并且可不用甲基纤维素，但是为了提高粘结石膏的防垂性，可掺入少量的中粘度的甲基纤维素增稠。聚乙烯醇胶粉的价格低于可分散性乳胶粉，所以选择聚乙烯醇胶粉增加石膏与膨胀聚苯板的粘结力相对比较经济可行。
四、结论：
1、石膏膨胀聚苯板外墙内保温系统满足夏热冬冷地区住宅建筑围护结构的节能标准。
2、利用烟气脱硫石膏开发节能产品，绿色建材，可使新建建筑对不可再生资源的总消耗比下降，更符合节能环保和可持续发展的需要。
3、选用聚乙烯醇胶粉提高石膏与膨胀聚苯板的粘结力经济可行，石膏膨胀聚苯板外墙内保温系统造价低，施工方便，不受建筑物高度限制，外墙装饰自由度大，质量稳定，使用寿命长。
中国正处于工业化和城镇化快速发展的阶段，目前我国每年城乡新建房屋建筑面积近20亿平方米中，80％以上为高能耗建筑；既有建筑近400亿平方米，95％以上是高耗能建筑。我国单位建筑面积能耗是发达国家的2至3倍，对社会造成了沉重的能源负担和严重的环境污染，为此建设部己制定明确的工作目标：争取到2020年，大部分既有建筑实现节能改造，新建建筑完全实现建筑节能65％的总目标。但是建设部2005年年底向外界披露的调研结果显示：目前我国严寒的北方地区建筑节能设计阶段的达标率为80% ，但施工阶段达标率只有60% ；在夏热冬冷中部地区，两个阶段的数字分别为20％和10 % ；夏热冬暖的南部地区则为10％和8％。 在我国长江流域地区，气候夏热冬冷，为了缓解酷暑严寒，这一地区，冬季和夏季己较普遍使用空调系统。由于长期以来未能采取建筑节能措施，建筑物的保温隔热性能差，能源浪费十分突出。以上海地区为例，持续不断的住宅建设热，每年开发的房地产达二千多万平方米，全面实施节能措施，对建筑节能材料的需求将非常之大，而我国特别是夏热冬冷地区的建筑保温材料的开发和应用起步较晚，产品品种单一，可供用户选择的余地较小。以目前主要推广的聚苯板外墙外保温体系为例，尽管这一体系具有众多优点，但该系统组成复杂，现场施工工序繁多，工程质量难控制，外墙装饰自由度小；特别是长江三角地区高层建筑较多，又有台风威胁，外墙外保温体系的安全性、耐久性都存在一定的隐患。
根据国际权威资料统计，在英法日韩等发达国家，安全有效的外墙内保温系统占市场的主导地位。外墙内保温虽然存在热桥、占用室内面积等缺点，但更具有造价低，施工方便，不受建筑物高度限制，外墙装饰自由度大，质量稳定，使用寿命长（外墙内保温系统使用寿命50年，外墙外保温系统使用寿命15年）等优点。非采暖地区主要采用间歇式空调系统，外墙内保温系统用于间歇式空调系统，室内变温快（无须先加热或冷却建筑物墙体）。现在这一地区采用的粉刷石膏膨胀聚苯板外墙内保温系统以及纸面石膏板与膨胀聚苯板复合内保温系统都能满足夏热冬冷地区住宅建筑围护结构的节能标准。
粉刷石膏膨胀聚苯板外墙内保温系统是用粘结石膏将膨胀聚苯板（也可以采用泡沫玻璃、酚醛树脂板、硬质矿棉板、水泥发泡板等）内贴在外墙的内侧，再用粉刷石膏护面。纸面石膏板与聚苯板复合内保温系统是将聚苯板与纸面石膏板在工厂预制成型，成为保温石膏大板，现场直接粘贴，并可现场切割，板缝用嵌缝石膏批嵌，不易产生裂缝；基本干作业，施工质量更容易控制。
二、石膏和粉刷石膏
石膏是传统的三大胶凝材料（水泥、石膏、石灰）之一，生产建筑石膏的能耗只有水泥的四分之一，在天然石膏资源缺乏的上海以及江浙地区可采用烟气脱硫石膏为原料，预计至2008年上海地区烟气脱硫石膏将达100万吨，烟气脱硫石膏的综合利用可使新建建筑对不可再生资源的总消耗比下降，更符合节能环保和可持续发展的要求。
石膏是公认的绿色建材，石膏本身的导热系数小，具有一定的保温性，适合开发建筑节能材料，并且石膏建材良好的呼吸性更能给出居住者以舒适的室内环境。但石膏属于硬性胶凝材料，只能在空气中水化硬化，以石膏为胶凝材料生产的石膏建材一般只适用于室内。粉刷石膏用于建筑物室内墙面和顶棚上的表面抹灰，与传统的水泥砂浆相比，具有轻质、防火、保温、吸声、调节空气湿度等功能，并且不起壳、不开裂、与基层粘结牢固。但是当粉刷石膏用于聚苯板表面时，石膏的粘结性达不到标准。这是由于粉刷石膏的特性是当石膏浆体涂抹到各种墙面上时、石膏浆体进入墙面孔隙中，利用石膏水化硬化时产生的膨胀产生物理楔嵌粘结作用。而膨胀聚苯板表面光滑，基本无孔，则石膏膨胀产生的物理楔嵌作用不明显。为此，石膏内保温系统需提高石膏与聚苯板的粘结力。
三、增加石膏与聚苯板的粘结力
通常纤维素醚类保水剂具有增加石膏与基底的粘结作用，其原理是保证进入墙体孔隙中的石膏浆体不失水，完全水化硬化产生膨胀。如需增加与膨胀聚苯板的粘结力，还需添加一些聚合物胶粘剂，利用聚合物胶粘剂干燥成膜产生与聚苯板的粘结力。常用聚合物胶粘剂为聚乙烯醇胶水（PVA）、羧甲基纤维素（CMC）、改性淀粉、聚醋酸乙烯酯（白胶）( PVAc）、乙酸乙烯酯一乙烯共聚乳液（VAE或EVA) 以及可再分散乳胶粉（EVA) ，聚乙烯醇粉末（PVA）等。为了保证产品质量，现采用干粉砂浆的形式，即在工厂预混，现场加水直接搅拌即可使用。为此必须使用粉状的聚合物胶粘剂，主要是粉状聚乙烯醇粉末（PVA）和可再分散乳胶粉(EVA或VAE）。
聚乙烯醇（PVA）是一种水溶性高分子聚合物，由醋酸乙烯（VAM）经醇解聚合而制成，具有较佳的粘接性、皮膜柔韧性，并具一定的保水作用，具有几十年的使用历史，是传统的粘结剂。但是液体的聚乙烯醇胶水由于生产中加入甲醛提高聚乙烯醇耐水性和防霉性，若生产时聚乙烯醇与甲醛的缩合不当，则有游离甲醛存在，有害人体健康，近年聚乙烯醇缩甲醛胶水的应用受到限制，本项目采用不含甲醛的冷溶型聚乙烯醇粉末胶粘剂（简称聚乙烯醇粉末），用于防水要求相对较低的内保温体系。可再分散乳胶粉（EVA或VAE）是近几年普遍用于膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温系统的聚合物粘结剂，可再分散乳胶粉与水泥形成的薄抹灰具有粘结力好，外墙的吸水率降低，防水性提高。
羧甲基纤维素（CMC）和改性淀粉主要起增稠作用，可使石膏浆体增稠，增粘，提高可施工性能，保水和粘结效果并不明显，特别是羧甲基纤维素会使石膏缓凝，甚至不凝固，并且强度下降明显，所以不作为粘结剂使用。粘结石膏和抹面石膏为了便于施工，在生产时都加入了石膏缓凝剂来延长石膏浆体的施工时间，由于石膏中掺入了缓凝剂，抑制了半水石膏的水化过程，这类石膏浆体在未凝结之前，水分会挥发或被墙体吸收，如果不进行保水处理，造成石膏浆体硬化时缺水，水化不完全，引起石膏与墙面结合处的分离、起壳以及表面的微裂缝。为此需提高粘结石膏和抹面石膏浆体的保水性。
《 粉刷石膏》标准JC/T517-2004首次引入保水率的测试方试，主要是参考日本标准（JISA6904 石膏砂浆），采用真空抽滤法测定保水性能。方法是通过真空抽滤，使石膏浆体失去水分，然后计算石膏浆体中保留的水占原始含水量的百分数。真空抽滤法测定保水率的实验装置较复杂，另一种滤纸吸水法测保水性能比较简便，在法国和德国等应用普遍，它是以石膏浆体在滤纸上吸水的多少来相对比较保水性能，滤纸上吸水率越小，保水性越好。表一是采用滤纸吸水法测定石膏浆体吸水率。
从表一的测试结果可见，聚乙烯醇粉末和可再分散乳胶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，可达到甲基纤维素的性能，而可再分散胶粉必须与甲基纤维素配合使用。
二种石膏膨胀聚苯板内保温系统都需将聚苯板粘贴至内墙面，本项目的研究主要是提高石膏与膨胀聚苯板的粘结力。石膏与膨胀聚苯板的粘结力的测试方法采用《膨胀聚苯板外墙外保温系统》 JG149-2003中规定的测试方法，即用被测的石膏砂浆粘结标准水泥砂浆块与标准膨胀聚苯板，测定石膏与标准膨胀聚苯板之间的粘结力，要求拉伸粘结强度大于0.1MPa ，并且破坏面在膨胀聚苯板内部，聚乙烯醇胶粉和可再分散乳胶粉的测试结果见表二。
聚乙烯醇达到指标时的掺量仅需0.5 % （固体总量），小于可分散性乳胶粉，并且可不用甲基纤维素，但是为了提高粘结石膏的防垂性，可掺入少量的中粘度的甲基纤维素增稠。聚乙烯醇胶粉的价格低于可分散性乳胶粉，所以选择聚乙烯醇胶粉增加石膏与膨胀聚苯板的粘结力相对比较经济可行。
四、结论：
1、石膏膨胀聚苯板外墙内保温系统满足夏热冬冷地区住宅建筑围护结构的节能标准。
2、利用烟气脱硫石膏开发节能产品，绿色建材，可使新建建筑对不可再生资源的总消耗比下降，更符合节能环保和可持续发展的需要。
3、选用聚乙烯醇胶粉提高石膏与膨胀聚苯板的粘结力经济可行，石膏膨胀聚苯板外墙内保温系统造价低，施工方便，不受建筑物高度限制，外墙装饰自由度大，质量稳定，使用寿命长。