無機保溫材料的現狀及發展趨勢

曠峰華 張洪波 李自金 任瑞康 同繼鋒 李曉明

（1.中國建筑材料科學研究總院，2.北京中倫基業科技發展有限公司，北京100024）

0 引言

近年來，央視新址附屬文化中心、上海膠州教師公寓、沈陽皇朝萬鑫大廈、南京中環國際廣場、濟南奧體中心、哈爾濱經緯360度雙子星大廈等相繼發生建筑外保溫材料引起的火災，國家公安部緊急出臺的公消[2011]65號（簡稱65號文件）要求，在新標準發布前，要從嚴執行《民用建筑外保溫系統及外墻裝飾防火暫行規定》（公通字[2009]46號）第二條規定，民用建筑外保溫材料需采用燃燒性能為A級的材料，讓建筑節能與防火的矛盾凸顯在國人和從業者面前。燃燒性能達到A級的材料主要屬于無機材料體系，下文將簡要介紹幾類主要的無機保溫材料及其特性，對其發展趨勢進行展望，并對整個無機保溫材料行業的發展提出了幾點建議。

1 無機保溫材料的現狀

從文獻報道及市場調查來看，目前我國出現的無機保溫材料主要有以下幾類：

1.1 泡沫混凝土

泡沫混凝土是通過發泡機的發泡系統將發泡劑用機械方式充分發泡，并將泡沫與水泥漿均勻混合，然后經過發泡機的泵送系統進行現澆施工或模具成型，經自然養護所形成的一種含有大量封閉氣孔的新型輕質保溫材料。我國泡沫混凝土的研究開發起步較早，可以說是始于世紀50年代，興于80年代，進入本世紀初頁以后，以現澆為代表的泡沫混凝土，進入了泡沫混凝土蓬勃發展的新時代。泡沫混凝土具有輕質、保溫隔熱性能好、隔音耐火性能好、低彈減震性好、生產加工方便、環保性能好、施工方便等優良的綜合性能，目前泡沫混凝土在我國的應用主要是屋面泡沫混凝土保溫層現澆、泡沫混凝土面塊、泡沫混凝土輕質墻板、泡沫混凝土補償地基。泡沫混凝土的整個系統已經較為完備，泡沫混凝土行業標準業已頒布，是我國無機保溫材料中應用最為廣泛的材料之一。但是泡沫混凝土依然存在強度較低、易開裂、開裂后吸水嚴重等問題。

1.2 巖棉制品

巖棉制品是以玄武巖為材料，經高溫融熔加工成人工無機纖維，在無機巖棉纖維中再加入特定的粘結劑和防塵油，經加溫固化，制作成各種規格、不同要求的巖棉保溫制品。具有質量輕、導熱系數小、吸熱、不燃、施工方便、造價便宜等特點，是管道貯罐、鍋爐、煙道、熱交換器、風機、車船等工業設備隔熱、隔聲的理想材料。但是，由于巖棉纖維、粉塵顆粒會對人體肺部及皮膚有一定的刺激性及潛在人體毒害性，在一定程度上限制了巖棉制品的大規模應用。

1.3 無機保溫砂漿

無機保溫砂漿是以低密度多孔無機穎粒、粉末或短纖維為輕質骨料，通過添加一定的膠凝材料及其他多元復合外加劑，按一定比例經一定的工藝制成的保溫抹面材料，可以直接涂抹于墻體表面，也可以與其他材料（如鋼絲網架等）形成復合保溫材料。目前建筑工程中使用的無機保溫砂漿主要有以下幾種：膨脹珍珠巖保溫砂漿，膨脹蛙石保溫砂漿，硅酸鹽復合絕熱涂料，玻化微珠保溫砂漿和復合無機保溫砂漿。總體來說無機保溫砂漿具有質輕、隔熱、保溫、不燃、抗老化、耐腐蝕、耐蟲蛀、對人畜無害等優良特性，以及施工方便和價格便宜等優勢，在我國整個保溫材料行業中的市場占有率還是比較大的。但是由于它尚存在著一些問題，比如材料容重稍差、保溫隔熱性能稍差、吸水率較大、和易性稍差等，這在一定程度上限制了它的應用。

1.4 泡沫玻璃

泡沫玻璃是由碎玻璃、發泡劑、改性添加劑和發泡促進劑等，經過細粉碎和均勻混合后，再經過高溫熔化，發泡、退火而制成的無機保溫材料。具有防潮、防火、防腐、與建筑物同壽命等特點，使其在絕熱、深冷、地下、露天、易燃、易潮以及有化學侵蝕等苛刻環境下倍受用戶青睞。被廣泛用于墻體保溫、石油、化工、機房降噪、高速公路吸音隔離墻、電力、軍工產品等，被用戶稱之為綠色環保型絕熱材料。泡沫玻璃的耐火度達到了A級，但最高使用溫度也只有430℃，這在一定程度上限制了它的使用范圍。

表1 主要無機保溫材料的耐火溫度Tab.1 Refractorinesses of main inorganic insulation materials

1.5 酚醛復合保溫板

酚醛保溫板是由酚醛樹脂加入發泡劑、固化劑及其它助劑制成的閉孔硬質泡沫塑料。酚醛保溫板本身夠不上A級，通過與水泥砂漿復合，可以達到防火A級。具有重量輕、保溫效果好等優點，可以用于傳統外墻外保溫系統，也可以與飾面層復合制作保溫裝飾一體化板，還可以用作幕墻內的防火保溫隔熱材料、防火門內隔熱材料，以及低溫或高溫場合的防火保溫隔熱材料。但是材料粉化嚴重，復合A級防火等級有爭議，實際使用溫度也只有160℃，板本身會開裂，與面層砂漿復合老化后出現空鼓。

1.6 泡沫陶瓷

泡沫陶瓷是由無機固體廢棄物和無機原料，經粉碎混合、造粒，高溫焙燒，再利用無機材料自身的自然熔融發泡（或添加發泡劑）制備而成的一種新型無機保溫材料。具有熱傳導率低、不燃、防火、與水泥砂漿、混凝土等相容性好、吸水率低、強度高、耐久性好、耐候性好等優點，可以用于建筑外墻外保溫板、防火隔離帶、隔墻條板、屋面防水保溫板、自承重自保溫墻體砌塊、隔音消聲板材或砌塊及其他有較高防火隔熱保溫要求的領域。目前國內泡沫陶瓷尚處于試驗、中試階段，存在導熱率稍高、價格偏高、缺乏完善的使用規范、標準等問題，離大規模的生產、使用還有一定的距離。

2 無機保溫材料性能分析

2.1 無機保溫材料的防火性

上文所列的無機保溫材料的防火性能均優于市面上現有的有機保溫材料。然而不同種類的無機保溫材料的防火性能還是有一定差異的，表1所列為各主要無機保溫材料的實際使用溫度，用戶可以根據各應用場合的實際耐火需求，選擇合適的無機保溫材料。

2.2 無機保溫材料的容重、強度及熱導率

容重、強度（包括抗壓強度和抗折強度）和熱導率是無機保溫材料三個重要特性，理想的情況是容重越小越好、強度越高越好、熱導率越低越好，但是強度的提高一般是采用增加容重的方式，而容重的增加又會導致材料的密度加大，密度的增大會使得材料的導熱率變大。所以，選擇保溫材料一定要綜合考慮各方面的影響。圖1是無機保溫材料容重、熱導率、強度關系曲線。然而，不同的無機材料各自的容重、強度和熱導率是不一樣的（見表2），選用時可按實際需求進行一個合理的選材。

2.3 無機保溫材料的吸水性

無機保溫材料的吸水性是考核無機材料性能優劣的一個重要指標。由于水的導熱系數是保溫材料空隙內空氣導熱系數的20倍左右，吸水后會導致保溫材料的導熱率大大提高，從而極大地降低材料的保溫效果；特別是當保溫材料遇冷時孔隙內的水分會凝結成冰，嚴重時會出現材料開裂破壞保溫結構（這種情況在北方地區更應該特別注意），因此，對于部分吸水率大的無機保溫材料要慎重選用，不過對于部分吸收率較高的無機保溫材料可以通過在材料內添加憎水劑或是對材料表面進行防水處理來達到降低吸水率的目的，只是成本會相應增加，且難以獲得持久長效的防水效果。表3所列為主要無機保溫材料的吸水率。由表可知泡沫玻璃和泡沫陶瓷在吸水性能方面最為突出，泡沫混凝土的吸水率最高，使用過程中應當特別注意。

表2 主要無機保溫材料的容重和抗壓強度Tab.2 Bulk densities and compressive strengths of main inorganic insulation materials

表3 主要無機保溫材料吸水性Tab.3 Water absorptions of main inorganic insulation materials

3 無機保溫材料的發展趨勢及幾點建議

（1）現有無機保溫材料產品性能的提高、生產技術及裝備的改進和生產成本的降低。目前國內市場上所見的各類無機保溫材料雖然各具特點、各有優勢，不過都存在或多或少的問題，材料性能方面，泡沫混凝土制品吸水率高、強度低，巖棉吸水率高、強度低，存在潛在人體毒害性；酚醛復合板的易開裂、粉化；無機保溫砂漿熱導率較高、容重較大、強度低、吸水率高，泡沫玻璃熱導率較高、脆性大；泡沫陶瓷熱導率較高，因而都有進一步提升改進性能的需求；雖然各類無機保溫材料的性能改進的方向各異，對于整體無機保溫材料行業來說，尚缺乏較為完備的先進的生產技術規范及裝備，泡沫混凝土在生產規范上較為成熟，但在裝備水平方面與歐美國家還有一定的差距，主要表現在大型化、自動化、加工精良、產品穩定性方面與歐美國家差距明顯。其它類型的無機保溫材料由于起步較晚，在生產技術規范及裝備方面相對來說更為落后，需要加快制定各種產品標準、規范，大力改進現有裝備；公安部的通告，給了無機保溫材料一個前所未有的發展機遇，無機保溫材料取代有機保溫材料是國家建筑防火安全、綠色節能的必然趨勢，而無機保溫材料高成本是制約這種取代的一個重要瓶頸。如何降低現有無機保溫材料的生產成本是所有從業者面對的一個重要課題。

（2）綠色節能將成為無機保溫材料的旗幟。防火安全是無機保溫材料的基本屬性，而綠色節能是無機保溫材料可持續發展的根本保證，因而必須從原料的來源、無機保溫制品的生產、使用及廢棄無機保溫材料的處理等方面綜合考慮，原料方面可以考慮利用工業固體廢棄物（電廠粉煤灰、鋼廠鋼渣、鋁廠赤泥、陶瓷廠廢料、玻璃廠廢料等等）、礦山固體廢棄物（如金礦尾礦、鐵礦尾礦、煤矸石等等）和其他固體廢料如湖泊污泥、廢棄河床廢沙、荒棄廢土、建筑垃圾等。廢棄無機保溫材料的處理要謹防無機保溫材料成為環境的一個二次污染源，盡量做到資源的二次利用，在這一點泡沫陶瓷和泡沫玻璃將會有較大的優勢。

（3）關于無機保溫材料行業的幾點建議

①國家應盡快出臺一批扶持和鼓勵政策，支持在建筑保溫中以無機保溫材料逐步取代有機保溫材料，鑒于目前無機保溫材料價格普遍偏高這個現狀，對于采用無機保溫材料體系的建筑應以經濟補貼或減稅扶持，對生產無機保溫材料的企業應予各種政策優惠（如貸款扶持，基金扶持等）。國家可以出臺系列鼓勵無機保溫材料發展的文件，給予無機保溫材料行業以激勵。

②國家應加大對無機保溫材料研發的投入，包括科研單位的科研投入、中試企業的中試投入、產品研發企業及設備研發企業的科研投入。

③中國建材聯合會、中國硅酸鹽協會等上級協會，應大力支持無機保溫材料的發展，并出臺鼓勵性文件。

④相關標準規范及測試方法應盡快出臺。建議國家主管部門盡快制定無機保溫材料各種標準及測試方法。否則，設計部門無標準可依，無機保溫材料就難以應用。各企業應積極參與標準制定，支持標準制定。

4 結語

目前，我國無機保溫材料面對一個前所未有的機遇和挑戰，整體上還處于一個起步階段（部分處于起步到繁榮發展的轉折期），呈現出一種即蓬勃向上又多軍混戰的狀態，預計經過3～5年的發展，整個行業將會逐步明朗化，各分類無機保溫材料領域將形成3～5家中大型領頭企業、幾個知名品牌的局面。在今后3～5年內，我國將完成無機保溫材料高速發展的條件準備，為大規模應用奠定各方面的基礎。這些條件準備主要表現在：

（1）產品性能的完善；

（2）技術裝備的完善、開發；

（3）市場的培育和擴大；

（4）各種標準及規范的制訂與實施；

（5）企業規模的形成、企業數量的劇增以及企業品牌的樹立。

屆時，一個無機保溫材料全面發展的輝煌時代將如期到來，我國無機保溫材料將進入大規模應用的時期。至于無機保溫材料中到底是泡沫混凝土還是泡沫玻璃，抑或是泡沫陶瓷能夠脫穎而出，成為無機保溫材料行業“真正寵兒”，我們將拭目以待。

1 公消[2011]65號.中華人民共和國公安部進一步明確民工建筑外保溫材料消防建筑管理有關要求的通知

2 李曉明.“天炻”發泡功能陶瓷性能與應用.建材與設計,2012(7):18～20

3 陸凱安.膨脹珍珠巖及其制品的新用途和發展趨勢.新型建筑材料，2007，（07），72～74

4 查瓏瓏.淺談無機保溫材料現在及發展方向.Research＆Applica TiOn of Building Materi Als，2012，（06），8～10

5 俞錫賢.淺談無機隔熱保溫砂漿及其發展趨勢.全國第十次防水材料技術交流大會論文集，2008

6 朱盈豹.無機保溫的應用和發展前景.遼寧建材，2010，（02）:10～12

7 許志中.我國建筑節能保溫材料發展前景的思考.建筑節能，2009，221（37）:47～49

8 俞桂良.盧大偉.建筑節能中無機保溫材料的應用.建筑技術，2010，（06）:179