彩钢屋顶聚氨酯泡塑保温冬季施工技术探讨

彩色钢板（以下简称彩钢）屋顶具有跨度大、无中柱、施工速度快、质轻、综合造价低等优点，广泛用于各类建筑，如体育馆、游泳馆、厂房等。其中聚氨酯泡塑（以下简称PUF）现场喷涂保温，因其粘附力强、密封防水保温效果好、综合价格低(50～60元/㎡)等优点，在美国、日本等国建筑中得以广泛采用，其用量占硬泡总量的60%。目前在我国北方地区已成为主流工艺。

常规PUF现场喷涂保温施工，环境温度最低需要16℃以上，以25℃以上为佳。否则发泡后质量不佳（粘附不好、开裂、发脆、流淌）或发泡后密度偏大导致生产成本过高、保温性能不好，甚至会造成大面积脱落而被迫返工或影响使用。

因工程需要，在东北地区经常遇到冬季环境温度低于0℃，要求对彩钢屋顶进行PUF喷涂保温的用户。
5.2.1 工程概况及保温要求

5.2.1.1 工程概况

彩钢屋顶有拱型、坡型2种基本形式。以下工程的围护未封闭，均无室内取暖设施。

5.2.1.1.1 拱型屋顶（板型V610×1.3）

沈阳某种子市场彩钢屋顶，跨度23m，檐高4m，顶高9.8m，长度70m，双跨，彩板展开面积4000多㎡，PUF保温厚度为30～40mm。施工日期1999年11月～12月初，环境温度均为0℃左右。施工期间遇2次下雪。

5.2.1.1.2 坡型屋顶（板型V820×0.5）

大庆某市场蔬菜大厅，门式钢架，跨度25m，长度100m，加上过廊，彩板展开面积3000㎡，檐高5.2m，顶高6.2m，C型钢檩条120mm×50mm×3mm，间距1400mm，PUF保温厚度30～40mm，施工日期2000年11月上、中旬，环境温度均在0℃以下。

5.2.1.2 PUF保温要求

(1)密度：芯部大于20kg/m3，总体大于30kg/m3；

(2)导热系数：小于0.03W/(m·k)；

(3)阻燃性：离火2～3s自熄；

(4)保温层厚度：30～40mm；

(5)其它：PUF与彩钢板粘附牢固，不开裂、不起皮、不鼓包、不脱落；耐温-40～100℃；有一定柔性，以利于钢板变形时不致于使PUF保温层断裂或脱落。

5.2.2 原料、配方选择

针对低温发泡，要求PUF原料必须在极短时间迅速反应，放热发泡、固化，整个过程越短越好。其发泡后密度不能过大，表面不脆，收缩小，有一定的柔性，因此，在常规发泡配方上做出如下调整：

(1)选用高活性芳族多元醇。

(2)选用高官能度自催化的乙二胺聚醚(牌号403)。该产品可增加PUF交联度，增加反应恬性，减少发脆现象。

(3)除常规催化剂外，还选用发泡时气味小而催化发泡效果好的三乙烯二胺催化剂。

(4)选择用量最少，但阻燃效果最佳的有机磷高效阻燃剂（DMMP），以减少影响发泡、固化的不利因素。

(5)配方：以形成三聚催化反应原理为基本配方。

(6)组合物料的性能：配比为A料(异氰酸酯):B料(组分聚醚)=(1.0～1.1):1(质量比)，乳化时间1～2s，发泡时间3～5s，固化时间10s以内，原料混合温度20～30℃，高压(5～10MPa)撞击混合雾化良好，发泡后密度20～30kg/m3，点燃后离火2～3s自熄。

5.2.3 设备选择

因操作环境温度在0℃以下，要求设备所有部位有加热或保温装置，其中A、B两组分原料保持在20±2℃为宜，输送过程中A系统（异氰酸酯系统）要求达到50～60℃，使组分在混合撞击时温度达25℃以上为最佳。故我公司对原自行开发的高压喷涂机做了相关改进，使设备滤网、料管内径、喷嘴、料管(30m长)做了相应变动，以消除或降低因低温、原料粘度过高造成的输送压力、压差过大而造成的不雾化或A、B系统混流现象。
经改进的高压喷涂发泡机主要指标为：配比(体积比):1:1(A、B组分)；吐量：8kg/min；压力：10MPa，最大16MPa；电加热：A系统50～60℃(可调)，B系统20～30℃(可调)。

30m长物料输送管线带电热保温(36V安全电压)，并可以调节控温。此外，压缩空气系统要带防冻结装置。

5.2.3.1 专用钢板加热器

根据彩钢屋顶类型、板型，特制带绝缘轮的电加热器，功率10～20Kw，最大尺寸达2m×2m。以彩板波峰为轨道，人工牵引控制。同时在尾部增加一定面积的棉门帘，使发泡后PUF的温度能保持5～10min，以增加泡塑熟化。

5.2.3.2 专用移动台架轮车

根据彩板屋顶型状(拱、“人”字或门式)高度，用建筑钢管、搭扣、跳板、万向轮组成专用台架轮车。要求轮车安全可靠、移动方便、高度适中，作业面积保证达到加热器面积的3倍以上。

5.2.3.3 专用原料电加热器、搅拌器

因PUF发泡原料均是200L钢桶盛装，要预热A、B两组分，一般能达到20℃左右即可，其中A料加温至40～50℃左右即可。B料加温不可超过23℃，否则会引起料中发泡剂挥发，影响发泡效果。

因为阻燃剂为临时添加，0℃时B料粘度过大不易混匀，需特制专用电动搅拌工具。

5.2.4 施工准备及工艺参数

施工前应对彩钢屋顶进行处理，包括堵塞4mm以上缝隙，除尘及油污，以及用塑料布、塑料膜遮挡易污染处等。

5.2.4.1 预热原料

将混合好阻燃剂的B料预热至20℃±2℃，A料预热至40℃左右。此时插入提 料泵，注意不能插错。

5.2.4.2 预热发泡机

预热A泵（加压泵）50～60℃（自控温表），B泵（加热泵）20～25℃（自控温表），A料管加热：10A左右（电流表），B料管加热。达到条件后，即可启动加压泵开始循环（回流）10～20min，使其恒定即可装喷枪喷涂。

5.2.4.3 采用加热器对屋顶加热

在设备预热时加热器亦开始就位预热，屋顶温度达到30～40℃（以手摸有温感为宜）即可以喷涂作业。因加热器面积有限，每次以彩钢波峰或C型钢檩条为界，分段加热、喷涂发泡为宜。

5.2.4.4 最佳喷涂PUF状态

以喷出的PUF在钢板上1～2s乳白，3～4s发泡，5～6s固化为最佳状态。30～40mm厚保温层以2遍喷涂为宜(每遍的喷涂角度应该互补)，局部可最后再补喷一遍。

5.2.5 作业后的效果

(1)无论拱型、坡型彩钢屋顶，其PUF发泡保温层均达到表面基本平整，无开裂、起泡、起皮现象，保温层厚度均达到30mm以上，泡沫孔径均匀，密度等物性指标合格。平均耗料与春秋季节发泡相差不大，作业效率300㎡/班以上。作业成本仅增加电费（用户承担）1元/㎡左右。

(2)经历-30℃严寒及风雪检验。工程验收后立即投入使用，室内给暖气后温度为10～16℃，室外的最低温度为-30℃，未发现大面积结露、脱落现象。仅发现局部结霜，经查为发泡厚度不够或连接不严所致，经手工修补即可解决。1999年冬季下雪，积雪厚度达1m，为近几十年之最，彩钢屋顶受压变形严重，也未将保温层压裂或脱落。

(3)经历酷暑高温检验。2000年夏季东北地区高温酷暑也为近几十年之最，太阳直射使彩钢屋顶表面温度达到90～100℃，彩钢屋顶膨胀量达到顶峰，PUF保温层仍然安然无恙。

5.2.6 注意事项

5.2.6.1 对彩钢板内涂层材质进行鉴别

目前国内外彩钢板内涂层材质有丙烯酸酯、聚酯、偏氯乙烯、硅氟等树脂，其中前2种与PUF粘合性较好，后2种较差。必要时要对内表面涂层进行拉“毛”（划痕）处理或预涂粘合剂。

5.2.6.2 对彩钢板厚度、跨度、矢高比、板型的控制
因雪荷载、风压、上人走动等因素，会使彩钢板结构产生较大幅度的摆动、变形，加上PUF低温发泡收缩较大且表面发脆强度不够，会使屋顶总体强度减弱，易产生大面积脱落。一般钢板厚度大、跨度小、矢跨比小、板型紧凑，对总体强度有利，但会增加建筑成本，上述参数应在一个合理范围内选用。此外，这些参数还与建筑物朝向、周围环境、当地气候特点也有一定关系。

5.2.6.3 对钢板内表面微量冷凝水处理

由于室内外温差大、室内湿度产生的冷凝小（结露）吸附在钢板内表面、尽管有时量很小，但也不容忽视，因为微量水会参与PUF反应，在表面形成脲键，导致泡沫表面发脆，没有强度，稍微振动就容易造成大面积脱落，因此必须控制内表面干燥度。

5.2.6.4 对特殊节点部位的处理

建筑物特殊节点如屋脊、排水天沟、檩条、山墙、天窗等，在设计时要充分考虑PUF喷涂保温工艺特点，避免“死角”和“冷桥”，5mm以上空隙必须堵塞。

对于易引起火灾部位如电线等要加保护管、罩。并预先留出暖气托架、吊耳等位置，避免焊接时动明火。

5.2.6.5 控制喷涂遍数

喷涂遍数多（即一次喷涂发泡厚度较小），PUP外观平整，但表面层厚度大，导致总体密度增加，使成本升高。

如果一遍喷涂达到要求厚度30～40mm，可明显节约原料。但因收缩较大，PUF自身与檩条等交接处连接不好，易产生“起皮”现象。同时平整度、相交处的施工质量也不易控制。一般每遍喷涂PUF发泡厚度以15～20mm为宜。

5.2.7 小结

0℃以下冬季彩钢屋顶喷涂PUF保温施工技术，其发泡保温质量与春秋季相同，仅成本增加了10%～20%，施工效率降低10%～20%，用户一般均能接受，其经济效益比常规发泡高。