淺談新型建筑陶瓷裝飾材料

徐 波 劉繼武 劉小云 杜夏芳

(1 中國建筑衛生陶瓷協會陶瓷板分會 北京 100044) (2 中國建材檢驗認證集團(陜西)有限公司 西安 710116)(3 咸陽陶瓷研究設計院 陜西 咸陽 712000)

陶瓷薄板、發泡陶瓷、干掛陶板、陶瓷透水磚、陶瓷保溫新材料是近10年在建筑陶瓷領域出現的新型建筑材料，其主要用途是作為內墻、外墻裝飾，幕墻飾面以及城市道路、墻體保溫，是目前能夠與綠色建筑配套的綠色環保建筑材料。下面分別介紹這幾類產品的發展現狀、特點和用途。

1 陶瓷薄板

1.1 陶瓷薄板的發展歷史

20世紀80年代初，重視資源有效利用的日本最早提出陶瓷薄板概念。到2002年，意大利的System公司開發出干法陶瓷薄板制造技術，從而大大加快了陶瓷薄板的工業化生產的進程。

21世紀初，山東薄斯美公司、東龍(廈門)陶瓷有限公司通過塑性擠壓成形生產陶瓷薄板，拉開了中國生產陶瓷薄板產品的帷幕。隨后，日本TOTO公司等數家公司新建陶瓷薄板生產線；2006年，咸陽陶瓷研究設計院與陜西科技大學、廣東蒙娜麗莎新型材料有限公司等共同承擔國家“十一五”重大科技支撐項目陶瓷薄板產品及裝備技術開發；2007年中國第一條由科達機電提供全線全套裝備，蒙娜麗莎集團投資并提供工藝技術與應用的生產線投產成功，隨后又在數家工廠得到推廣。由我國兩家企業合作生產出來的瓷質陶瓷薄板產品2010年送到意大利博洛尼亞參加國際展，得到了國外同行的一致好評。2011世界瓷磚標準化委員會ISO/TC 189會議在墨西哥召開，我國全國建筑衛生陶瓷標準化技術委員會SAC/TC 249代表中國提出了陶瓷薄板標準議案，代表了在該領域中國在世界上已經有了重要的話語權。

在陶瓷薄板的生產技術中最關鍵的是成形技術。目前主要包括干法壓制成形、濕法擠壓成形，前一種方法使用的是含水率為7%～8%的陶瓷粉料，后一種使用的是塑性泥料，也有采用Siti-B&T，獨創Grestream方案壓制。通常生產企業在燒成過程會采用二次燒成技術。陶瓷薄板的厚度控制在2～4 mm，尺寸最大可達1 400 mm×2 800 mm，現在已經制造出規格為1 400 mm×4 700 mm的產品。隨著科技的進步，將會生產出各種規格尺寸的薄板產品。

陶瓷薄板的厚度只有普通磚的1/3，可達到一定范圍的強度要求，可節約原料75%，降低能耗約 84%，它通過減少單位面積建筑陶瓷的原材料用量，節約了天然礦產資源，降低了生產能耗，同時在保持建筑陶瓷的功能特性的前提下，降低了建筑裝飾的質量，是解決我國陶瓷磚生產高速發展帶來的資源、能源緊張等問題的有效途徑。在原料制備、成形技術、燒成工藝等方面均有所創新，具有較好的經濟效益和社會效益。

1.2 陶瓷薄板的特點

1)無機建筑材料薄板具有薄、輕、大等特點，既有無機材料的優勢性能，又摒棄石材、水泥制板、金屬板等傳統材料厚重高碳的弊端。

2)材料整體及其應用建筑陶瓷薄板系統A1級防火要求，完全滿足日趨嚴格的設計、使用防火要求。

3)化工色釉與天然礦物經1 200 ℃高溫燒成，可實現天然石材等各種材料的95%仿真度，質感好、色澤豐富，不掉色、不變形。

4)陶瓷薄板的斷裂模數≥50 MPa，破壞強度≥800 N，吸水率≤0.5%，各項材料性能遠超傳統陶瓷、石材、鋁塑板等材料。

1.3 陶瓷薄板的性能

1)耐腐蝕。耐化學品有機和無機溶劑，消毒劑和洗滌劑，容易清洗，不會影響表面和飾面。

2)表面衛生。不會把元素釋放到溶液中，并且不會發霉或產生真菌和細菌。

3)防火性能好。陶瓷是防火并且耐熱，一旦發生火災，也不會釋放有毒物質。

4)耐磨性好。其特別的表面結構和耐久性使其能耐刮擦和深度耐磨，頻繁使用和清洗后仍能保持其優異的性能。

5)顏色牢固。能抵抗太陽光中的各種輻射，甚至在極端的氣候條件下，陶瓷薄板仍能展現出完美的顏色穩定性。

6)防水防凍。因建筑陶瓷薄板的吸水率接近于零，因此防凍并且耐各種氣候因素。

7)環保可回收。陶瓷薄板是使用穩定的原料制造出的完全自然的產品，不會向環境釋放任何有害物質，并且在生產過程中易被碾磨和循環回收。

8)多功能性。建筑陶瓷薄板可與其他材料粘合，被精確的切割成各種尺寸，可以滿足任何設計的需要。

1.4 應用領域

陶瓷薄板的應用領域主要有：作為環保、節能建筑的預處理鋪貼材料或構件，現代建筑物內墻的鋪貼裝飾材料，現代建筑物內輕質薄型的間隔墻體材料，防潮防濕的裝飾材料，部分替代木質三合板，防腐、防酸堿環境的裝飾材料，與噴墨打印技術的結合制作出陶瓷板畫，作為文化藝術載體材料使用。機場、車站、地鐵、商場、商務辦公大樓、賓館、軍用艦艇船只等大型公共建筑、高層建筑、節能建筑、家居建筑內墻裝飾等更為適用。

2 發泡陶瓷

2.1 發泡陶瓷的現狀

2005年，GB 50378-2006《綠色建筑評價標準》頒布，對綠色建筑所使用的建筑材料的保溫隔熱性能提出了很高要求，隨后，建筑保溫材料行業迅猛發展，有機無機材料紛紛出現。然而，近10年來的多起高層建筑的火災引起了人們的深思，自2011年起，公安部曾頒布法令限制使用有機保溫隔熱材料，在此狀況下，無機保溫材料，尤其是陶瓷無機保溫材料有了用武之地。高溫多孔發泡陶瓷就是應運而生的一種新型不燃保溫隔熱材料。高溫發泡陶瓷材料是經高溫燒制，自然發泡生長而成，氣孔間不貫通、不吸水，孔徑為毫米級；具有耐火、隔聲及裝飾效果等優點，作為保溫隔熱等材料具有廣泛的應用前景。

2.2 發泡陶瓷的基本原理

其基本原理是在材料組分中，引入適量高溫發泡劑，并在材料的軟化熔融溫度范圍內燒成。高溫下材料基體與發泡劑相互共熔，發生化學反應，生成揮發性氣體。通過控制燒成溫度和時間，保證共熔化學反應生成的揮發性氣體量在恒定范圍內，使共熔反應平緩進行。由于材料熔體的高黏度性質，氣體的揮發易引起材料整體膨脹，隨著燒成溫度的降低，熔體中氣體揮發后的“熔洞”保存下來，材料內部呈現密集的閉孔氣孔，最終獲得了多孔性、輕質的材料結構。根據制備發泡陶瓷燒成的基本原理，要求有更寬的熔融溫度范圍，發泡陶瓷制品一般在1 200 ℃左右的溫度下燒成。燒成過程中，其坯體處于(始)熔融狀態，要求發泡陶瓷坯料具有比普通陶瓷較低的始熔溫度。其配料以長石、瓷石類熔劑性原料為主，再引入適量玻璃粉等低熔點原料，可較大限度地降低材料的始熔溫度。發泡陶瓷通常采用壓制成形及粉料直接燒成法，故對坯料的性能要求不高。組分中塑性原料用量一般控制在20%左右，另外組分引入少量滑石、螢石、白云石等助熔劑是調節材料熔體高溫黏度的較好方法。

2.3 發泡陶瓷的性能

1)熱傳導率低。導熱系數為0.08～0.10 W/(m·K)，與保溫砂漿相當；隔熱性能好，可充當外墻外保溫系統的隔熱保溫材料。

2)不燃、防火。經1 200 ℃以上的高溫煅燒而成，燃燒性能為A1級，具有電廠耐火磚式的防火性能，是用于有防火要求的外保溫系統及防火隔離帶的理想建筑材料。

3)耐老化。陶瓷類的無機保溫材料，耐久性好，不老化，完全與建筑物同壽命，是常規的有機保溫材料無法比擬的。

4)相容性好。與水泥砂漿、混凝土等相容性好，粘接可靠，膨脹系數相近，與高溫燒制的傳統陶瓷建材一樣，熱脹冷縮下不開裂、不變形、不收縮，雙面粉刷無機界面劑后與水泥砂漿拉伸粘接強度可達到0.2 MPa以上。

5)吸水率低。吸水率極低，與水泥砂漿、飾面磚等能很好地粘接，作為外貼飾面磚安全可靠，不受建筑物高度等限制。

6)耐候性能好。陽光暴曬、冷熱劇變、風雨交加等惡劣氣候條件下性能穩定不變形、不老化、不開裂。

2.4 發泡陶瓷的應用領域

高溫發泡陶瓷材料具有質輕、耐火、保溫、隔聲、防水、抗磁、機械強度高、抗腐蝕、耐老化等性能，具有廣泛的用途。其顆粒狀產品發泡陶粒最早作為輕質、不吸水材料用于建筑混凝土中，制作混凝土保溫砂漿，現在主要用作綠色建筑外墻保溫隔熱材料，另外又可作為介質材料應用于多種行業的生產工藝中。經過表面處理的具有裝飾效果的大發泡陶瓷產品作為裝飾材料早已流行于歐美、日本的裝潢業，尤其適用于室內文化藝術墻裝飾。將發泡陶瓷材料制成板塊狀制品，軍事上可用作艦船上的防火、抗磁、防沉沒的材料；民用上可用于墻體保溫、減重、地下、水下及其它特殊領域的工程材料中。同時，高溫發泡陶瓷系列材料經高溫燒制，其生產過程無中間污染物生成，對生態環境不會產生二次污染。

2.5 發泡陶瓷的發展前景

高溫發泡陶瓷的工藝技術原理雖較復雜，但生產工藝流程易于控制，使用的原材料均是價格低廉的陶瓷原料或工業廢棄物。不需較多的資金投入，即可在原建筑陶瓷生產線上進行工業化高溫發泡陶瓷的生產。高溫發泡陶瓷材料是一種性能優異的無機非金屬材料，隨著市場對該材料需求的增加，將愈來愈體現出它的優異性能和市場價值。

3 干掛陶板

干掛陶板是以天然陶土為主要原料，添加少量石英、浮石、長石及色料等其它成分，經過高壓擠出成形、低溫干燥及1 200 ℃的高溫燒制而成，作為建筑幕墻用材料，具有綠色環保、無輻射、色澤古樸、無光污染等優點。

3.1 干掛陶板的發展歷史

干掛陶板最初起源于德國，Thomas Herzog于1980年代設想將屋頂瓦應用到墻面，最終根據陶瓦的掛接方式，發明了用于外墻的干掛體系和幕墻干掛陶板，并由此成立了一個專門生產干掛陶板的工廠。1985年第一個干掛陶板項目在德國慕尼黑建成。在隨后的幾年中，干掛陶板逐漸完善掛接方式，由最初的木結構最終完善到現在的兩大幕墻結構系統(有橫龍骨系統和無橫龍骨系統)。我國的干掛陶板市場供應有很長一段時間完全依賴于海外進口，由于運輸成本高，供貨周期長，且安裝技術服務難以及時到位，制約了干掛陶板在我國的推廣使用。2006年瑞高(浙江)建筑系統有限公司成為中國首家自主研發、生產干掛陶板的建材企業，從而實現了干掛陶板在我國市場上從無到有的歷史轉變。公司經歷了10多年的發展，緊跟國際建筑發展的步伐，不斷刷新著中國干掛陶板市場的歷史記錄——首個向市場推出釉面干掛陶板產品系列的干掛陶板生產廠家，擁有最多樣化的干掛陶板生產線的生產廠家；目前成功地研制出陶板與其他材料結合的組裝吊裝式安裝工藝，干掛陶板在我國逐漸成為節能建筑材料特點的新生幕墻材料行業，受到全國建筑陶瓷行業的企業竟相追捧。隨后，咸陽陶瓷研究設計院與福建華泰集團有限公司共同承擔并完成了國家重大科技支撐項目“環保型陶瓷保溫磚”等，經過不斷創新，不斷向新的領域拓展，正在立項用太湖淤泥作為原料來制作陶板、劈開磚及發泡陶瓷，近期又研制出陶板與微晶玻璃的結合產品，進一步提高陶板的品質和陶板在建筑中的應用范圍。

截止2013年底，國內已經有40多條干掛陶板生產線，年產量達到3 000～5 000萬m2，需求量也在逐漸增加，從生產能力到研發投入方面越來越受到重視。

3.2 干掛陶板的分類

按照結構，干掛陶板產品可分為單層干掛陶板、雙層中空式干掛陶板、陶土百葉、陶管、陶棍以及陶板配件；按照表面效果分為自然面、噴砂面、凹槽面、印花面、波紋面及釉面。雙層干掛陶板的中空設計不僅減輕了干掛陶板的自重，還提高了其透氣、隔音和保溫性能。

3.3 干掛陶板的規格

干掛陶板常規厚度為15～40 mm不等，常規長度為300 mm、 600 mm、900 mm、1 200 mm、1 500 mm、1 800 mm，常規寬度為200 mm、 250 mm、300 mm 、450 mm、500 mm、550 mm、 600 mm；另外，干掛陶板可以根據不同的安裝需要進行任意切割，來滿足建筑風格的需要。

3.4 干掛陶板的性能

干掛陶板的顏色是陶土經高溫燒制后的天然顏色，通常有紅色、黃色、灰色3個色系，色彩古樸自然，適用于需要體現文化品位與歷史積淀的建筑；也可以在淺色陶土中加入高溫色料調色制成顏色豐富、色澤瑩潤溫婉的產品。近兩年來，部分陶板生產廠家把陶瓷磚中的淋釉技術和噴墨打印技術應用于陶板，生產出更加絢麗多彩的陶板產品，能夠滿足建筑設計師和業主對建筑外墻顏色選擇的各種要求。

3.5 干掛陶板的優點

1)材料環保。由天然陶土配石英砂，經過擠壓成形、高溫煅燒而成，沒有放射性，耐久性好；顏色歷久彌新，主要為天然陶土本色，色澤自然、鮮亮、均勻，不褪色，經久耐用，賦予幕墻持久的生命力；空心結構，自重輕，同時增加熱阻，具有保溫作用。

2)顏色豐富。不上釉的外墻掛板擁有20多種顏色，有深紅、鐵銹紅、天然紅、粉紅、橙紅、淺褐、沙黃、藍灰、，珠光灰、鐵灰色、火山灰、瓦灰等顏色。這些都是陶土的天然本色(沒有任何油漆和釉涂料)，因此可以隨意地根據需要來切割而不影響外觀效果。還有多種可選的表面形式：自然面的、施釉的、拉毛的、凹槽的、印花的、噴砂的、波紋的、漸變的等。

3)易清潔。由于干掛陶板的物理化學性能的穩定性及其表面經過一些特殊處理，其產品具有耐酸堿，抗靜電的作用，所以不會吸附灰塵；另外更具等壓雨幕原理，沒有分解掉的臟東西會隨著雨水沖刷而恢復干凈，永保溫潤原始色澤。

4)機械性能優異。 陶土板技術性能穩定，抗沖擊能力強，滿足幕墻的風荷載設計要求；它耐高溫，抗霜凍能力強；阻燃性好，安全防火;干掛陶板綠色環保，是可循環再生的一種新型建筑材料。

5)結構設計便于安裝更換。干掛系統的組合安裝設計，在局部破損的情況下干掛陶板可單片更換，維護方便；陶土板的高強度能夠滿足不同尺寸的任意切割要求；陶土板幕墻設計結構合理、簡潔，能最大限度地滿足幕墻收邊、收口的局部設計需要，安裝簡單方便，無論是平面、轉角或其它部位，都能保持幕墻立面連貫、自然、美觀。

6)與建筑的兼容性好。陶土板具有溫和的外觀特質，容易與玻璃、金屬搭配使用；可以減少光污染，增加墻面的抗震性；色澤溫潤柔和，可增加建筑本身的人文氣息。

7)配套成本低。由于陶土板質量輕，因此陶土板幕墻支撐結構要求比石材幕墻更為簡易、輕巧，節約幕墻配套成本。

3.6 干掛陶板的安裝

干掛陶板進入我國以來，由于中國不同于歐洲的臺風氣候及地震條件，國內的干掛陶板技術專家對幕墻體系進行了技術革新，推出了更為適合國內環境的干掛陶板幕墻體系。綜合來看，我國干掛陶板具有以下特點：

1)具有開敞式和密閉式兩種防水系統解決方案。開放式:開場式安裝根據等壓雨幕原理進行拼接設計，具有很好的防水功能。在接縫處不用打密封膠，可以避免干掛陶板受污染而影響外觀效果。密閉式:密閉式安裝采用干掛陶板專用密封膠嵌縫，系統的防水功能得到更好的保障。干掛陶板背后形成密閉的空氣層，具有更好的保溫節能功效。

2)增加安裝墊片。 干掛陶板和掛接件、掛接件與橫梁之間以柔性絕緣墊片隔開，可提高系統的抗震性能，避免解決不同金屬材質之間的電解腐蝕，并可消除噪聲和變形。

3)外墻保護。 干掛陶板繼承了陶土的穩定特性，作為建筑幕墻材料，保護著建筑墻體免受惡劣天氣和空氣污染的侵蝕。既減少了建筑維護成本，又延長了建筑結構的使用壽命。

4)保溫隔音。雙層干掛陶板具有空腔的結構，安裝時干掛陶板背部有一定的空間，可有效降低傳熱系數。整個體系可以起到保溫和隔音的功效，降低了建筑能耗，節約了能源。

5)通風。 建筑物的濕氣可以透過建筑墻體被流動的空氣帶走，避免產生冷凝水，使建筑外墻保持干燥。

6)抗風壓及抗震。經過改進的干掛陶板系統，提高了干掛陶板幕墻抗震性，可達10 °抗震設防以上，特別適合于有抗風壓及抗震要求的建筑。

7)安裝豎縫膠條。封閉式安裝豎縫選用EPDM膠條，它具有防水、防側移、防撞三重功能，可防止大量的水進入干掛陶板內側，防止干掛陶板側向移位，防止相鄰干掛陶板之間碰撞。

8)排水系統。開放式系統在每個窗口的上方、左右兩側均安裝導水板，大面積的干掛陶板幕墻每3個樓層設置一道導水板，該導水板可將干掛陶板內側的冷凝水和從安裝縫中滲入的微量水導流到幕墻外側。

4 陶瓷透水磚

陶瓷透水磚是采用自動化的成形工藝和先進的窯爐設備，選用礦渣廢料、廢棄的陶瓷為原料，經兩次成形，高溫燒成，屬于綠色環保產品，受到同行專家的一致好評，并被推薦為理想的路面鋪設建筑材料，可廣泛適用于公園、廣場、人行道、停車場、住宅區等，營造出格調高雅，絢麗多彩的城市景觀，從而美化人們的生活環境。

4.1 陶瓷透水磚的發展歷史

早在20世紀70年代日本INAX公司就研制出以廢瓷磚、玻璃、纖維為原料，經壓制成形、燒結而成的一種透水系數為1.0×10-2cm/s的陶瓷透水磚，被廣泛用于人行道、公園等地。德國、澳大利亞等國相繼也有大量使用透水磚鋪貼路面。

在此背景下，咸陽陶瓷研究設計院于2000年率先申報了科技部社會公益研究專項資金項目——“高透水性環保陶瓷磚的研究開發”，并于2001年11月通過陜西省科技廳組織的鑒定，制訂了“透水磚”行業標準，有力地推動和促進了陶瓷透水磚的生產。目前做得較好的是江西綠島科技有限公司，其產品以出口為主,在江西等地也已經開始使用，此項目具有廣闊的發展前景。

4.2 陶瓷透水磚的特點

1)能夠大量吸收自然降水，迅速透過地表，適時補充地下水資源。

2)透氣、透水性好，能夠調節地表的溫度和濕度，消除“熱島現象”，維護地表生態平衡。

3)使雨天路面無積水，防止夜間反光，提高車輛行駛及行人的安全性與舒適性。

4)可吸收車輛行駛產生的噪音，創造安靜舒適的交通環境；

5)經高溫燒結而成，抗壓、抗折強度均高于建材行業鋪設材料標準；

6)產品規格齊全、色彩繁多，可鋪設出格調高雅的城市景觀；

7)在洪水泛濫地區，有抑制洪水的作用；

8)可消除霧霾。

5 陶瓷保溫新材料

咸陽陶瓷研究設計院承擔的“十二五”無機防火外墻保溫板成套技術與示范課題，已成功研制出玻化粒料保溫陶瓷板，為防火A級外墻保溫板又添新品。

5.1 生產原理

這項技術原料處理借助珍珠巖膨化技術，成形采用陶瓷磚半干壓成形工藝技術，燒成采用輥道窯燒成工藝。經過對珍珠巖、頁巖、蛭石等各種易膨化礦物的膨化、玻化等改性處理，加入各種陶瓷結合劑和添加劑成形，燒成，能滿足外墻保溫及防火使用效果的產品。

5.2 技術及產品的創新點

1)不同于傳統發泡陶瓷制作工藝，區別于玻化成瓷過程中發泡成孔機理，充分利用膨化粒料的低導熱特性，以保證板材具有較低的導熱系數。板材一次成形產品變形小、規格多。

2)使用粒料的膨化及表面玻化技術，實現無機板料低密度、低導熱及憎水性能。

3)經過高溫燒制，其產品有別于之前的免燒產品，具有良好的耐久性和防火性。

5.3 常用幾種保溫材料的性能(見表1)

表1 常用保溫絕熱材料的主要性能

我國的建筑能耗量約占全國總用能量的1/4，居耗能首位，因此建筑節能則是國家節能工作的重中之重。近年來我國建筑業得到了快速的發展，需要大量的建造和運行使用能源，尤其是建筑的采暖和空調耗能。據建設部門的統計表明，不僅現有近420億m2建筑中的99%為高耗能建筑，新建建筑中95%以上仍屬于高耗能建筑，單位建筑面積采暖能耗為發達國家新建建筑的3倍以上。按照目前建筑能耗水平發展，到2020年，我國建筑能耗將達到10億t標準煤，超過2000年的3倍空調高峰負荷將相當于10個三峽電站滿負荷產能。

每平方米建筑面積所需保溫面積約為0.8 m2,那么光現有需要保溫改造的建筑面積就有332.6億m2,再加上新建建筑的保溫需求市場容量可謂巨大。而能夠達到A級阻燃、耐久年限不低于25年使用壽命的規定的保溫材料屈指可數。玻化粒料陶瓷保溫板不僅具有以上優異性能、同時成本較低，與目前的EPS板相比成本稍有增加，但其良好的耐久性足以抵消增加的成本。

6 結語

陶瓷薄板、發泡陶瓷干掛陶板、透水磚、陶瓷保溫新材料是近年來在建筑陶瓷領域出現的新型建筑材料，是世界建筑材料史上的一系列新型材料，是傳統材料與現代建筑相結合的產物，它將傳統材料與現代建筑有機地結合在一起。鑒于此，現代建筑在材料的運用上，不再片面地追尋新材料，而是更加尊重其地域性和傳統文化淵源。目前國內、外建筑材料的選材已經由以前的單一追求現代化、科技含量高，逐漸轉向追求天然環保、節能降噪的以人為本。而這幾種材料所特有的天然的色彩、環保的材料及節能防噪的優勢，適應了建筑材料需求大勢所趨的人性化傾向，由其所組成的建筑陶瓷材料具有獨特的藝術氣息，色彩鮮亮華麗，質感淳樸，是打造城市建筑新形象的幕墻面板及城市道路理想材料，從而得到了業內的建筑師、開發商、設計師、幕墻公司及材料商等各方面人士的認可和青睞，這也是陶瓷板材幕墻系統、保溫材料、陶瓷道路透水磚在我國能夠迅速發展的原因。