外墻保溫陶瓷耐久年限的設計依據

據統計，我國是世界上每年新建建筑量最大的國家，每年新建面積達20億m2，相當于消耗了全世界40%的水泥和鋼材，而只能持續25～30年。相比中國30年的平均壽命，發達國家的建筑可以算是壽比南山了———英國建筑的平均壽命達到了132年；而美國建筑的平均壽命也達到了74年。請問韓工我國的建筑耐久年限到底多少？如何設計出耐久年限的外墻保溫陶瓷耐久年限。

答：所謂耐久年限是指結構在正常使用、維修的情況下不影響結構預定功能的使用期限，建筑耐久年限是指建筑物預期的從建成到破壞所經歷的時間。根據我國《民用建筑設計通則（試行）》規定，一般認為按民用建筑的主體結構確定的建筑耐久年限分為四級：一級耐久年限100年以上，適用于重要的建筑和高層建筑。二級耐久年限50～100年，適用于一般性建筑。三級耐久年限25～50年，適用于次要的建筑。四級耐久年限15年以下，適用于臨時性建筑。民用住宅建筑屬于一般性建筑，其耐久年限50～100年，權屬最高年限為70年。據了解，我國建筑平均壽命為30年，是由于城市規劃部門邊建、邊改，在城市規劃定位上的短期行為，以及城市缺乏長遠定位的必然結果，盡管這些結果具有一定的普遍性，但是不能也不應該成為建筑和建材設計耐久年限的依據。

依據國家統計局標準《戰略性新興產業分類（2012）》（試行），外墻保溫陶瓷產品屬于“節能環保產業”、“新興建筑材料制造”大類，“隔熱和隔音材料制造”小類，行業代碼3035，符合國家重點支持產業政策（國務院關于加快發展節能環保產業的意見（國發〔2013〕30號）。外墻保溫陶瓷的耐久性指標，對于生產中的質量控制、使用條件的規定，特別是新產品能否推廣使用都是關鍵性的。由于近代材料科學和統計數學的發展，有可能把材料在使用中的變質失效作為某種隨機過程來處理，通過數學模擬，并輔以短期試驗，從而預測比較可靠的安全使用年限，作為耐久性指標。

陶瓷材料的疲勞性分為靜態疲勞、動態疲勞和循環疲勞。陶瓷材料的靜態疲勞是在持久載荷的作用下發生失效斷裂；陶瓷材料的動態疲勞，是以恒定的速率加載，研究材料的失效斷裂對加載速率的敏感性；陶瓷的循環疲勞，是在循環應力作用下發生的失效斷裂，對應于金屬中的疲勞。外墻保溫陶瓷的靜態疲勞與自身重力，系統粘結拉拔強度有關；而外墻保溫陶瓷的動態疲勞與建筑結構變形、沉降、外力沖擊攸關。外墻保溫陶瓷的循環疲勞與氣候的熱度濕度循環變化攸關，也就是平常我們講的耐候性。

對于生產外墻保溫陶瓷產品的企業，最關注的是后者，即外墻保溫陶瓷的循環疲勞。如何定量和定性分析，在眾多的標準中，到底采用何種檢測方法？采用何種標準？這是值得我們去分析與探討的。

（1） 外墻磚保溫陶瓷耐久性的各種標準

外墻磚保溫陶瓷耐久性的各種標準如表1所示。

與冷熱循環和濕熱循環有關的檢測標準很多，但是疑問也較多。由于陶瓷標準大都照搬照抄國外標準，所以適應環境不清楚，檢測目的不明白，不能反映出材料和產品的循環疲勞和耐久性。

（2） 保溫陶瓷的循環疲勞影響因素

對平板狀保溫陶瓷產品來說，反映其抗循環疲勞性能的最大溫差既與材料的力學性能、熱學性能有關，也與產品尺寸相關。外墻保溫陶瓷屬于閉孔發泡陶瓷的范疇，同時為了實現裝飾效果和提高抗動態疲勞性能，采用了梯度材料，所以產品的抗循環疲勞性能也與表面裝飾材料的力學性能、熱學性能及尺寸有關。

目前，沒有準確的理論公式可以計算出閉孔發泡陶瓷的抗熱震性，盡管保溫陶瓷屬于平板狀。但是根抗熱震斷裂理論，可以演繹出：反映其抗循環疲勞性能的最大溫差與抗拉斷裂強度、導熱系數成正比，與熱膨脹系數、彈性模量和厚度成反比。針對保溫陶瓷產品導熱系數極低，產品超厚和陶瓷材料彈性模量大（脆性材料）的局面，如何提高抗循環疲勞性能，需要借助熱膨脹系數和抗拉斷裂強度，也就是降低熱膨脹系數和提高材料韌性的基本途徑。

（3） 研究外墻保溫產品抗循環疲勞的檢測方法及研究意義

1） 外墻保溫陶瓷產品抗循環疲勞檢測方法

外墻保溫陶瓷產品抗循環疲勞檢測方法，要求便捷快速，既能反映出材料本質特征，又有工程技術和生產技術指導意義。如：GB/T3532中提出180℃～20℃循環一次不裂，可保證耐久性2～3年，這個經驗如何獲得，能否找到合適的研究方法才是出路。

筆者的意見是由于耐候性檢測的是系統，也就是說受熱受冷端面主要是裝飾面，假如熱震性（145℃～15℃）10次不裂，對應耐候性（70℃～20℃）是30次不裂；抗凍性（10℃～-30℃）循環40次相當于耐候性熱冷（20℃～-20℃）循環30次。并且能根據受熱受冷條件不同，需要針對外墻保溫陶瓷產品的保溫層和裝飾層進行研究，其才有實際意義和指導意義。

2） 退火降溫過程階段抗熱震性的研究意義

在實際生產中，外墻保溫陶瓷產品的熱震性還可以對窯爐設計、生產產量、生產成本有實際價值，因為，針對外墻保溫陶瓷產品熱膨脹系數價值并不大，產品的特殊性需要不同溫度階段，不同降溫速率的抗熱震性實驗，這些實驗有助于解決面料與底料不同導熱系數引起的溫度梯度，也可以解決保溫基層低導熱系數引起的溫度梯度。

高韌性和低膨脹系數有助于抗熱震性的提高，可特定的溫度制度又可以提高陶瓷玻璃材料的韌性和降低陶瓷玻璃材料的熱膨脹系數。如：晶化和鋼化，晶化促使陶瓷玻璃材料微觀晶相結構產生變化，分相、析晶和晶體狀態改變，可以降低材料熱膨脹、提高材料韌性，鋼化可以促使玻璃材料產生微裂紋，可以使得微裂紋的方向、長度發生改變，從而提高產品的屈服值和韌性。

所以，作為生產技術人員，應更加注重如何提高產品的抗熱震性和抗凍性，尤其是在生產工藝制度優化這方面。

（4） 耐久年限設計

外墻保溫陶瓷產品作為新型隔熱隔音材料制造產業的新秀，他的用途決定其耐久年限不應該低于100年。如何檢測到產品的真實設計耐久年限？需要研究切實的實驗方法，需要從材料設計、材料生產工藝制度設計、保溫裝飾裝修體系設計出發，系統性地、腳踏實地研究摸索，外墻保溫陶瓷產品耐久性達到或超過100年，需要用創新力、持恒力去推出。（韓復興）

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