基于外墻外保溫的發(fā)泡陶瓷復(fù)合材料應(yīng)用研究

江學(xué)海

（聊城市建設(shè)工程質(zhì)量服務(wù)保障中心，山東聊城 252000）

發(fā)泡陶瓷復(fù)合材料是一種具有高氣孔率的無機(jī)閉式多孔陶瓷材料，其經(jīng)過1200℃以上的煅燒，不僅質(zhì)地較輕，而且在耐高溫、耐腐蝕、耐壓方面有良好的性能，不易變形［1］。一般而言，氣孔率與保溫效果成正相關(guān)關(guān)系，發(fā)泡陶瓷氣孔率一般在20%～90% 之間，如此之大的氣孔率使得發(fā)泡陶瓷擁有良好的保溫隔熱性能。除此之外，發(fā)泡陶瓷復(fù)合材料與混凝土基質(zhì)有非常良好的相容性，粘結(jié)效果優(yōu)異，不易掉落，適用于外墻保溫。

目前，厚度為200～250 mm 的發(fā)泡陶瓷復(fù)合砌塊己在我國大面積推廣使用，有部分地區(qū)將其加工為復(fù)合板材粘錨于加氣混凝土外墻。例如，張運(yùn)等［2］基于節(jié)能保溫的視角，從材料、設(shè)計(jì)與施工等角度出發(fā)，系統(tǒng)對比分析了發(fā)泡陶瓷復(fù)合砌塊與發(fā)泡陶瓷復(fù)合板這兩種新型保溫隔熱復(fù)合材料的關(guān)鍵技術(shù)、應(yīng)用特點(diǎn)與安全性能等。由此可見，發(fā)泡陶瓷復(fù)合材料作為一種日漸興起的環(huán)保材料己經(jīng)被日益關(guān)注，有必要對其關(guān)鍵技術(shù)、應(yīng)用現(xiàn)狀和節(jié)能性能進(jìn)行系統(tǒng)性討論和研究，從而發(fā)現(xiàn)存在的問題并有針對性地提出未來的優(yōu)化和發(fā)展方向，進(jìn)一步促進(jìn)發(fā)泡陶瓷復(fù)合材料的推廣應(yīng)用。

1 發(fā)泡陶瓷復(fù)合材料的技術(shù)特征

發(fā)泡陶瓷一般由陶瓷廠拋光尾礦、鋁廠赤泥等摻加物為主要原料，經(jīng)過連續(xù)式窯爐1200℃煅燒，熔融發(fā)泡形成的新型環(huán)保材料，主要由二氧化硅構(gòu)成，對人體無害。在具體應(yīng)用中，超薄石材發(fā)泡陶瓷保溫復(fù)合板則由5mm左右的大理石板和發(fā)泡陶瓷復(fù)合而成，既兼顧了發(fā)泡陶瓷的保溫性能，又有大理石板的美觀優(yōu)勢［3］。

當(dāng)前，世界上主要的外墻保溫材料還是EPS、PU 等有機(jī)材料，由于外墻經(jīng)常受到風(fēng)吹日曬雨淋，這些材料很容易老化，使用壽命較短。最主要的這些有機(jī)材料防火性能差，一旦發(fā)生火災(zāi)后果異常嚴(yán)重，外墻保溫材料的防火問題己經(jīng)成為社會(huì)焦點(diǎn)［4］。而發(fā)泡陶瓷以其A1 級(jí)的防火等級(jí)，不僅有效克服了有機(jī)材料不耐侵蝕的弱點(diǎn)，還提高了建筑防火等級(jí)，保證了建筑安全性，在外墻保溫領(lǐng)域具有巨大的市場前景［5］。

目前，發(fā)泡陶瓷技術(shù)特征主要表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面。

（1）保溫性能優(yōu)異。根據(jù)GB/T 10295，發(fā)泡陶瓷復(fù)合材料熱導(dǎo)率λ為0.06≤λ≤0.08 W/(m2·K)，蓄熱常數(shù)≥1.2 W/(m2·K)。這使得發(fā)泡陶瓷擁有和其它有機(jī)保溫材料相同的保溫性能，例如EPS 熱導(dǎo)率為0.03～0.04 W/(m2·K)，發(fā)泡混凝土產(chǎn)品熱導(dǎo)率為0.045～0.06 W/(m2·K)，并且其鋼筋混凝土墻系統(tǒng)傳熱阻也和EPS 及發(fā)泡混凝土產(chǎn)品相同。

（2）抗壓性強(qiáng)。發(fā)泡陶瓷復(fù)合材料抗壓強(qiáng)度可以達(dá)到0.4MPa 以上，垂直于板面方向的抗拉強(qiáng)度大于0.15MPa。這種超強(qiáng)的抗壓抗拉強(qiáng)度，保證了其能夠長期承受自重而不發(fā)生空鼓和裂縫現(xiàn)象，70℃下48h 其長度、寬度、厚度尺寸穩(wěn)定性≤0.3%。即使遇到大風(fēng)天氣，也不易脫落，不會(huì)對樓下行人車輛造成損傷，提高了建筑物的本質(zhì)安全性。

（3）耐凍融性強(qiáng)。得益于發(fā)泡陶瓷較高的氣孔率，遇到過冷或過熱天氣，一般不會(huì)發(fā)生明顯的形變。30 次凍融循環(huán)試驗(yàn)后觀察，面板層沒有空鼓、脫落，大理石板層也沒有滲水現(xiàn)象，粘結(jié)強(qiáng)度大于0.1MPa, 強(qiáng)度損失率低于25%。

（4）耐久性好。發(fā)泡陶瓷保溫板全部由無機(jī)材料構(gòu)成，經(jīng)過1200℃以上溫度灼燒，耐老化、耐高溫性能極強(qiáng)，可以與建筑物主體結(jié)構(gòu)同等壽命，后期不需要花費(fèi)額外的維護(hù)費(fèi)用，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。

（5）防火、不燃。發(fā)泡陶瓷己經(jīng)過1200℃高溫灼燒，受過高溫檢驗(yàn)，達(dá)到了A1 級(jí)防火等級(jí)，可以用于有防火要求的保溫系統(tǒng)建設(shè)。因此目前發(fā)泡陶瓷有時(shí)還用于防火隔斷的修建、剪力墻的保溫處理等。

（6）吸水率低。發(fā)泡陶瓷內(nèi)雖然具有較高的氣孔率，但其氣孔并非開孔，而是以閉孔形式存在，這種微觀結(jié)構(gòu)導(dǎo)致發(fā)泡陶瓷吸水率極低，更避免了其吸水發(fā)生形變。

2 發(fā)泡陶瓷復(fù)合材料在外墻保溫施工中的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 用于民用建筑外墻保溫

根據(jù)“公消［2011］65 號(hào)”文件，民用建筑外墻保溫應(yīng)當(dāng)使用A 級(jí)保溫材料。發(fā)泡陶瓷復(fù)合材料作為一種集保溫防火一體的A1 級(jí)新型建筑材料，尤其適用于民用建筑外墻保溫。民用外墻保溫是一個(gè)較為系統(tǒng)的工程，在進(jìn)行保溫時(shí)需要科學(xué)合理地使用發(fā)泡陶瓷復(fù)合板。

在民用建筑外墻保溫中，發(fā)泡陶瓷復(fù)合材料一般是指發(fā)泡陶瓷復(fù)合板。在使用過程中，需要做好技術(shù)方面的準(zhǔn)備，發(fā)泡陶瓷需要按照相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行應(yīng)用，施工方案也要經(jīng)過會(huì)審評(píng)估后方可進(jìn)行，并與操作人員進(jìn)行技術(shù)交底，向施工和監(jiān)理人員說明質(zhì)量控制方法和質(zhì)量檢驗(yàn)方法［6］。技術(shù)交底時(shí)，要確保門窗框以及各種管道線路己經(jīng)安裝完畢，預(yù)留出的位置己經(jīng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。施工需要對環(huán)境情況進(jìn)行判斷，發(fā)泡陶瓷施工要求氣溫≥5℃，五級(jí)以上大風(fēng)和雷雨天氣禁止施工，并且要避免陽光直射和長時(shí)間暴曬［7］。在民用建筑外墻保溫實(shí)踐中，周華杰等［8］對發(fā)泡陶瓷保溫板與XPS 保溫板在民用建筑外墻保溫中的應(yīng)用要點(diǎn)進(jìn)行了具體闡述。邵國新等［9］分析了發(fā)泡陶瓷復(fù)合板在建筑外保溫中的施工質(zhì)量控制要點(diǎn)，并指出發(fā)泡陶瓷復(fù)合板施工完畢后應(yīng)視天氣情況進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，冬季適當(dāng)延長養(yǎng)護(hù)時(shí)間，一般不要低于24h，養(yǎng)護(hù)期間采取保護(hù)措施，盡量避免擾動(dòng)。

2.2 用于外墻防火隔離材料

外墻與外保溫的連接處會(huì)選擇一種隔熱材料，例如聚氨酯等材料。但是該類材料容易出現(xiàn)熱脹冷縮，受環(huán)境影響很大，一旦出現(xiàn)火災(zāi)事故，由于隔離材料不防火，容易使火災(zāi)擴(kuò)大化。發(fā)泡陶瓷復(fù)合材料可以代替目前的巖棉板隔離材料［10］，與防火規(guī)則相契合。因此在設(shè)置隔離帶時(shí)，要遵循科學(xué)合理的原則。先對保溫板進(jìn)行排版，在墻上劃分出垂直和水平線，量出尺寸，并在紙上做出排版設(shè)計(jì)圖，按圖作業(yè)。如果有必要，可以在外墻邊角等處懸掛基準(zhǔn)線和水平線，以更好地控制粘貼時(shí)的準(zhǔn)確度。在進(jìn)行切割作業(yè)時(shí)，要使用專業(yè)的切割設(shè)備，否則會(huì)影響整體效果。在應(yīng)用研究方面，吳志敏等［11］開展了外墻外保溫中發(fā)泡陶瓷保溫板的試驗(yàn)與試點(diǎn)工作，提出了基于發(fā)泡陶瓷復(fù)合材料的防火隔離帶技術(shù)，并分析了其應(yīng)用優(yōu)劣勢。

2.3 用于特殊工程項(xiàng)目的外墻保溫

在一些特殊項(xiàng)目的建設(shè)過程中，由于其防火等級(jí)過高，有機(jī)材質(zhì)的保溫材料不能勝任其外墻保溫，這些特殊項(xiàng)目常常涉及一些易燃易爆的化學(xué)物質(zhì)或者高溫高壓的體系［12］。例如石油化工行業(yè)中，有一些氫化、硝化、氧化和氯化等危險(xiǎn)反應(yīng)廠房，或者有大量易燃易爆物質(zhì)存儲(chǔ)的倉庫等，再比如涉及到鎂鋁等輕金屬的冶金行業(yè)以及糧油儲(chǔ)存?zhèn)}庫等［13］。這些特殊行業(yè)，有機(jī)材質(zhì)的保溫材料容易起靜電，并且其可燃性強(qiáng)，一旦發(fā)生事故，很可能使事故二次擴(kuò)大。因此，這些行業(yè)都有必要使用發(fā)泡陶瓷復(fù)合材料，以降低火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，提高本質(zhì)安全性。

3 發(fā)泡陶瓷復(fù)合材料的現(xiàn)存問題及發(fā)展前景

在發(fā)泡陶瓷復(fù)合材料發(fā)展過程中，雖然取得了巨大的進(jìn)步，但仍然存在著以下三方面問題。首先，發(fā)泡陶瓷制備工藝復(fù)雜，對于穩(wěn)泡劑、漿料適應(yīng)性、熔融溫度和分解溫度的匹配性都有很高的要求。其次，是對于溫度要求過高，1200℃的溫度，造成了巨大的能耗，因此其生產(chǎn)成本較高。最后是外觀方面，當(dāng)前發(fā)泡陶瓷復(fù)合材料外觀方面仍然沿用過去大理石板等幾種單調(diào)的石材，對于色澤、形狀沒有進(jìn)一步的改善。

隨著近些年對發(fā)泡陶瓷復(fù)合材料研究與應(yīng)用的日益增多，這種新型保溫材料在未來的發(fā)展前景主要有四個(gè)方向。

（1）在材料方面，為適應(yīng)目前的環(huán)保要求以及降低經(jīng)濟(jì)成本，許多研究報(bào)道了采用不同的工業(yè)廢棄物進(jìn)行制備［14］。例如，可以采用廢石膏作為基本原料，通過添加鐘長石的方式提高發(fā)泡陶瓷的閉氣孔率，并且溫度越高，發(fā)泡陶瓷保溫性能越好。例如采用廢棄的鈉鈣玻璃為原料，加入MnO2促進(jìn)SiC 分解，可以大幅度降低成本。

（2）改進(jìn)制備工藝。發(fā)泡陶瓷的制備成型和燒成制度需要繼續(xù)優(yōu)化，目前的制備方法制造成本過高，工藝較為復(fù)雜，導(dǎo)致發(fā)泡陶瓷售價(jià)較為昂貴，成本優(yōu)勢較差。例如采用石英做主料，加入CaSO4做發(fā)泡劑，可大幅度提高閉氣孔率。

（3）降低燒制溫度。1200℃的燒制溫度過高，造成較大的能源浪費(fèi)，目前在降低燒制溫度方面，己經(jīng)有許多研究成果。例如，可以采用沸石作為主料，加入堿金屬礦物作為添加劑，可以將溫度降至85℃，密度可以接近0.3～0.4 g/cm3。

（4）優(yōu)化外觀設(shè)計(jì)。除了適用于外墻保溫外，通過改進(jìn)其外觀形狀，添加各種色澤，可以將其應(yīng)用于室內(nèi)裝修，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍［15］。

4 結(jié)束語

針對日益頻繁的建筑外保溫火災(zāi)事故，國家發(fā)布了“公消［2011］65 號(hào)”文件，要求建筑外保溫材料應(yīng)采用A 級(jí)防火材料。發(fā)泡陶瓷復(fù)合材料作為一種集保溫防火一體的A1 級(jí)新型建筑材料，尤其適用于外墻保溫。本文從發(fā)泡陶瓷復(fù)合材料技術(shù)特征出發(fā)，著重介紹了其在外墻保溫中的應(yīng)用方向。使用發(fā)泡陶瓷復(fù)合材料除了擁有良好的保溫性能外，還擁有良好的耐候性、較強(qiáng)的安全性。通過合理和科學(xué)的設(shè)計(jì)，發(fā)泡陶瓷復(fù)合材料可以滿足《外墻外保溫工程技術(shù)規(guī)程》規(guī)定要求，達(dá)到各種不同氣候地區(qū)的保溫要求。筆者并對該材料的發(fā)展前景作了展望，未來發(fā)泡陶瓷復(fù)合材料將會(huì)在原材料、燒制工藝、燒制溫度以及外觀設(shè)計(jì)等四個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化，使得它在綠色建筑中發(fā)揮更重要的作用，有著更廣闊的應(yīng)用前景。