裝配式鋼結構建筑中泡沫陶瓷的應用研究

摘 要：隨著建筑工業化進程的加快，裝配式鋼結構建筑憑借其施工速度快、環保節能、抗震性能好等優勢，在我國建筑領域得到廣泛應用。然而，鋼結構建筑在使用過程中存在著保溫隔熱性能差、防火性能不足、建筑能耗高等問題，這些問題嚴重制約了裝配式鋼結構建筑的進一步發展。針對這些技術難題，泡沫陶瓷作為一種新型環保建材，以其優異的保溫隔熱性能、良好的防火性能和突出的節能特性，為解決裝配式鋼結構建筑面臨的技術瓶頸提供了新的思路。本文通過研究泡沫陶瓷在裝配式鋼結構建筑中的創新應用，期望能夠提升建筑整體性能，推動裝配式鋼結構建筑向更加安全、節能、環保的方向發展。

關鍵詞：裝配式鋼結構建筑；泡沫陶瓷；應用

1 前言

泡沫陶瓷是一種新型多孔陶瓷材料，具有質量輕、強度高、保溫隔熱性能優異等特點，它是以陶瓷粉料為主要原料，通過添加發泡劑，經過成型、干燥和高溫燒結等工藝制備而成。其內部形成大量閉孔氣孔結構，孔隙率為70%～90%，這種獨特的多孔結構賦予了泡沫陶瓷優異的保溫隔熱性能和防火性能。同時，泡沫陶瓷還具有耐腐蝕、抗老化、無毒無害等特性，是一種綠色環保的建筑材料。近年來，隨著建筑工業化的快速發展，這種新型建材在裝配式建筑領域展現出巨大的應用潛力，為提升建筑整體性能開辟了新途徑。

2泡沫陶瓷在鋼結構外圍護系統中的應用

2.1泡沫陶瓷復合外墻板的應用

泡沫陶瓷復合外墻板在裝配式鋼結構建筑的外圍護系統中扮演著關鍵角色。該復合外墻板采用三明治結構設計，由內側鋼板、中間泡沫陶瓷保溫層和外側裝飾面板構成一個整體系統。泡沫陶瓷保溫層通過特制的結構膠與鋼板緊密連接，形成穩定的復合構件。這種復合外墻板的整體厚度通常控制在180 mm～250 mm之間，其中泡沫陶瓷保溫層的厚度根據建筑所在地區的氣候條件可在60 mm～100 mm的范圍內調節。泡沫陶瓷復合外墻板通過預制模數化設計，板塊尺寸可根據建筑立面劃分進行定制，標準板的寬度一般為600 mm或900 mm，高度可達3000 mm。外墻板與主體鋼結構之間采用專用連接件固定，連接件由鍍鋅鋼材制成，通過預埋件與鋼結構柱梁可靠連接。板縫處設置彈性密封膠，同時在板縫內側增設保溫防水構造，確保外墻系統的整體性能。泡沫陶瓷復合外墻板的裝飾面層可選用多種飾面材料，如氟碳噴涂、陶瓷面磚、金屬面板等，這些裝飾面層通過工廠化生產與泡沫陶瓷保溫層實現一體化復合。外墻板的四周邊緣設置企口構造，板塊之間采用卡槽式拼接方式，這種構造既保證了安裝精度，又提高了連接部位的防水性能[1]。在實際工程應用中，泡沫陶瓷復合外墻板的安裝采用由下而上、由左至右的施工順序；板塊之間的橫向接縫設置排水坡度，豎向接縫采用企口搭接方式，接縫處還需增設防水透氣膜；外墻板與主體結構之間預留50 mm～80 mm的安裝施工空間，該空間可用于調節安裝誤差，并為管線敷設提供通道。

2.2泡沫陶瓷屋面保溫系統的應用

泡沫陶瓷屋面保溫系統是裝配式鋼結構建筑中的重要組成部分，該系統由工廠預制的泡沫陶瓷保溫板材與防水層復合而成。泡沫陶瓷保溫板材的規格尺寸通常為600×900 mm，厚度根據建筑熱工要求可選擇80 mm～120 mm不等，板材表面經過特殊處理具有較強的粘結性能。屋面系統由下而上依次為鋼承板、防銹底漆層、泡沫陶瓷保溫層、防水卷材和保護層，各功能層之間通過專用粘結劑實現可靠連接。鋼承板采用壓型鋼板，其上設置防銹底漆，并在板縫處增設密封膠條，確保基層的防腐性能。泡沫陶瓷保溫層采用企口搭接方式鋪設，搭接寬度不小于50 mm，并在接縫處涂刷專用密封膠，有效防止冷橋產生。

屋面系統的防水層選用改性瀝青防水卷材或高分子防水卷材，通過熱熔工藝與泡沫陶瓷保溫層復合。防水層在女兒墻、天窗等細部構造處均采用加強處理，上翻高度不低于250 mm。屋面排水采用有組織排水方式，結合建筑面積和降雨量設置合理的排水坡度，一般控制在2%～3%之間。泡沫陶瓷保溫層在檐口、天溝等易積水部位設置防積水構造，并在排水口周邊加強防水處理。屋面系統還設置了分隔縫，縫寬60 mm，間距不大于18 mm，分隔縫內填充防火材料，頂部加蓋防水蓋板。屋面出入口、設備基座等重點部位采用鋼骨架支撐，并在泡沫陶瓷保溫層表面增設防踩踏保護層，保護層采用細石混凝土或金屬蓋板，確保屋面系統在使用過程中的安全性能。

2.3泡沫陶瓷幕墻系統的應用

泡沫陶瓷幕墻系統作為裝配式鋼結構建筑的新型外圍護體系，具有獨特的構造設計和應用特點。該系統采用雙層幕墻結構，外層為鋼化玻璃或鋁板，內層為泡沫陶瓷保溫板，兩層之間形成50 mm～80 mm的通風層。泡沫陶瓷保溫板在工廠預制，規格為600×1200 mm，厚度為60 mm～80 mm，板材表面經過防水處理并噴涂耐候涂層。幕墻系統通過鋁合金支撐框架與主體鋼結構連接，支撐框架由立柱、橫梁和連接件組成，連接件采用可調節螺栓實現精確定位。泡沫陶瓷保溫板通過專用卡件固定在支撐框架上，卡件為不銹鋼材質，具有防腐蝕性能。板材之間采用企口搭接方式，并在接縫處設置橡膠密封條，確保氣密性[2]。

幕墻系統的排水設計遵循分級導水原理，在立柱和橫梁的交接處設置排水孔，形成完整的排水通道。通風層內的空氣流動有助于降低幕墻表面溫度，減少冷凝水的產生。系統在轉角處、女兒墻處等特殊部位采用定制的異形件，確保構造的連續性。幕墻開啟窗采用斷橋鋁合金窗框，窗框與泡沫陶瓷保溫板之間設置保溫密封構造。玻璃幕墻采用中空Low-E玻璃，玻璃與框架之間使用結構膠粘結，并設置壓條固定。鋁板幕墻采用蜂窩鋁板，背面設置加強筋，提高板材的抗變形能力。幕墻系統在每層樓板處設置防火封堵帶，封堵帶采用防火礦棉，并用防火密封膠封嚴，形成有效的防火分隔。

3泡沫陶瓷在鋼結構內部空間中的應用

3.1泡沫陶瓷隔墻板的應用

泡沫陶瓷隔墻板系統在裝配式鋼結構建筑的室內空間中得到廣泛應用，該系統采用輕質高強的泡沫陶瓷板材作為基材，配合專用龍骨架形成完整的隔墻體系。泡沫陶瓷隔墻板的標準規格為600×2400 mm，厚度可選擇75 mm或100 mm，板材四周加工成企口構造。隔墻系統的龍骨架采用鍍鋅型鋼，包括頂部導軌、底部導軌和立柱，導軌通過膨脹螺栓與樓板及梁底固定。立柱間距為600 mm，與泡沫陶瓷板材的模數相對應，立柱兩側設置彈性橡膠條，用于減少板材與龍骨之間的剛性接觸。泡沫陶瓷板材通過自攻螺釘與龍骨連接，螺釘間距不大于600 mm，并在板材接縫處增設背襯板，確保接縫的穩定性。

隔墻系統在門窗洞口等特殊部位設置加強龍骨，加強龍骨由雙層型鋼組合而成。門框與隔墻的連接采用預埋件固定，預埋件通過焊接或螺栓與加強龍骨可靠連接。隔墻內部的管線布置通過預留孔洞實現，孔洞位置根據設計要求提前在工廠加工完成。管線安裝完成后，孔洞采用防火封堵材料封堵，確保防火性能[3]。隔墻表面可采用多種裝飾面層，如硅藻泥、壁紙或乳膠漆等，裝飾面層施工前需對板縫進行防開裂處理。板縫處理采用專用嵌縫膏和網格布，形成連續的找平層。隔墻與樓板之間要留設25 mm的變形縫，變形縫內填充防火礦棉，表面采用變形縫蓋板遮蓋。

3.2泡沫陶瓷吊頂系統的應用

泡沫陶瓷吊頂系統在裝配式鋼結構建筑的室內空間中實現了輕質防火與保溫隔熱的功能集成。該系統由泡沫陶瓷吊頂板、龍骨架和吊掛系統組成，其中泡沫陶瓷吊頂板標準規格為600×600 mm或300×600 mm，厚度為20 mm～30 mm，板材表面經過防霉處理并噴涂白色耐候涂層。吊頂系統的龍骨架采用T型鋁合金龍骨，包括主龍骨和次龍骨，主龍骨間距1200 mm，次龍骨間距600 mm，形成模數化網格系統。吊掛系統由鍍鋅鋼絲與可調節吊件組合而成，吊件通過膨脹螺栓與樓板固定，吊桿間距不大于1200 mm。泡沫陶瓷吊頂板采用簡支方式放置在龍骨上，板材邊緣經過特殊處理，確保與龍骨之間的穩定連接。

吊頂系統在空調出風口、燈具等設備開口處設置加強龍骨，加強龍骨采用雙層結構，提高局部承載能力。設備開口的尺寸根據設計要求在工廠預制完成，現場安裝時只需將設備固定在加強龍骨上。吊頂內的管線設施，如消防噴淋、通風管道等，通過調節吊桿高度確保其安裝位置的準確性。吊頂周邊與墻面的接縫處采用L型收邊條，收邊條為鋁合金材質，表面噴涂與吊頂板相同的涂層。檢修口的設置采用可拆卸式泡沫陶瓷板，檢修板四周設置特制的支撐框架，確保檢修板與普通吊頂板在外觀上保持一致。吊頂系統還在防火分區處設置防火分隔帶，分隔帶采用防火板材，并與主體結構形成可靠連接。

4泡沫陶瓷在鋼結構特殊部位中的應用

4.1泡沫陶瓷樓梯間防火系統的應用

泡沫陶瓷樓梯間防火系統在鋼結構建筑中承擔著重要的防火分隔功能。該系統采用泡沫陶瓷防火板作為主要材料，板材厚度為100 mm，具有A級防火性能。樓梯間的墻體采用雙層泡沫陶瓷板設計，內外兩層板材之間設置鋼骨架支撐，骨架采用熱鍍鋅型鋼，立柱間距600 mm。泡沫陶瓷板通過自攻螺釘與骨架連接，螺釘采用防銹處理，間距不大于400 mm。墻體與主體結構的連接采用L型角鋼，角鋼通過膨脹螺栓固定在樓板和梁上，連接節點處增設防火封堵構造。樓梯間的防火門框與墻體之間采用防火封堵材料，門框周邊的泡沫陶瓷板通過預埋件與鋼骨架可靠連接。樓梯間頂棚同樣可以采用泡沫陶瓷防火板，板材通過鋼骨架懸掛在樓板下方；頂棚與墻體的交接處設置防火封嚴構造，采用防火礦棉填充，表面用防火密封膠封嚴。管線穿越處設置防火套管，套管與管線之間的空隙采用防火封堵材料填充。樓梯間的窗戶采用防火窗，窗框與泡沫陶瓷墻體之間設置防火封堵帶；墻面和頂棚表面采用防火涂料進行處理，涂料厚度不小于2 mm，具有一定的防火時限。針對樓梯間的疏散指示標志和應急照明設備的安裝，應提前在泡沫陶瓷板上進行相應位置的開孔，開孔邊緣采用防火封堵材料處理，確保防火性能的連續性[4]。

4.2泡沫陶瓷設備機房隔聲系統的應用

泡沫陶瓷設備機房隔聲系統通過多層復合結構實現了良好的隔聲降噪效果。該系統采用雙層泡沫陶瓷隔聲板構造，內外兩層板材厚度均為75 mm，中間設置200 mm的空腔層。隔聲板是在工廠預制的，表面具有特殊的吸聲構造，由密集排列的微孔組成，微孔直徑為0.5 mm～2 mm，孔隙率達到40%。隔聲系統的支撐框架采用減振型鋼骨架，骨架與主體結構之間設置橡膠減振墊，減振墊的壓縮量為5 mm～10 mm。泡沫陶瓷板通過特制的彈性連接件與骨架連接，連接件采用阻尼橡膠材料，能有效阻斷結構傳聲。空腔層內填充超細玻璃棉，密度為48 kg/m3，提高中高頻聲波的吸收效果。機房的門窗采用雙層隔聲構造，門為鋼制隔聲門，四周設置橡膠密封條，門框與墻體之間采用彈性密封膠嵌縫。窗戶選用中空隔聲玻璃，玻璃之間的空腔充入惰性氣體，提高隔聲性能。設備基礎采用浮筑式減振臺座，臺座與建筑主體之間設置隔振溝，溝內填充泡沫陶瓷顆粒。管線穿墻處采用柔性套管，套管與管道之間填充阻尼材料，防止振動傳遞。機房頂棚同樣采用雙層泡沫陶瓷板設計，頂棚與墻面的連接處設置L型減振連接件，確保整個空間的隔聲性能[5]。

5結論

泡沫陶瓷在鋼結構建筑中的應用體系已經相當完善，從內部空間的隔墻、吊頂、地面系統，到特殊部位的樓梯間防火系統和設備機房隔聲系統，形成了一套完整的技術解決方案。這些應用充分發揮了泡沫陶瓷輕質、防火、保溫、隔聲等優異性能，為鋼結構建筑提供了可靠的功能保障和技術支持。展望未來，泡沫陶瓷材料將在納米改性、復合增強、智能響應等方向實現技術突破，通過微觀結構調控和功能化設計，進一步提升其力學性能和耐久性。

參考文獻

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[2]宋婧蕾.建筑施工中無機泡沫陶瓷外墻保溫技術研究[J].佛山陶瓷，2024，34（6）：15-16+36.

[3]陳新亮.泡沫陶瓷板在工程中的應用[J].建材技術與應用，2021（3）：32-34.

[4]于澤.裝配式鋼結構中防火板溫度場模擬及泡沫陶瓷的應用探究[D].太原理工大學，2020.

[5]李圓圓.泡沫陶瓷外墻板的試驗研究與標準化設計[D].太原理工大學，2020.