發(fā)泡陶瓷在裝配式建筑的應(yīng)用研究

何亞君

摘 ?要 ?近年來(lái)，工業(yè)陶瓷蓬勃發(fā)展，在建筑業(yè)、建材業(yè)中產(chǎn)生了積極影響：從產(chǎn)品生產(chǎn)端與設(shè)計(jì)應(yīng)用端相結(jié)合，共同研發(fā)更新型、實(shí)用的建筑保溫外墻新型材料，把工業(yè)陶瓷在高強(qiáng)度、耐腐蝕、保溫隔熱、防火、高穩(wěn)定性、易于造型、便于裝飾、材料一體性優(yōu)勢(shì)等多種優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用到建筑外墻上;用陶瓷材料制作的墻板具有可形成A級(jí)防火、保溫隔熱、防水耐潮以及使用年限久、安全性能高等特性，結(jié)合在建筑設(shè)計(jì)中與結(jié)構(gòu)構(gòu)件的連接與相鄰墻板之間的連接問(wèn)題、冷熱問(wèn)題，并降低造價(jià)，對(duì)裝配式建筑的推廣應(yīng)用提供解決方案。

關(guān)鍵詞 ?發(fā)泡陶瓷;裝配式建筑;多功能一體化墻體材料;錨固件;裝配

1 ?工業(yè)陶瓷蓬勃發(fā)展，民用空間廣闊

宜興是國(guó)內(nèi)重要的陶瓷產(chǎn)區(qū)，悠久的陶瓷文化和陶瓷產(chǎn)業(yè)造就了宜興“中國(guó)陶都”的獨(dú)特地位。作為宜興市的主要產(chǎn)業(yè)、特色產(chǎn)業(yè)、富民產(chǎn)業(yè)，多年來(lái)，陶瓷產(chǎn)業(yè)在促進(jìn)宜興經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、城市品牌打造、城市知名度提升、人民生活水平提高等方面發(fā)揮了重要作用。尤其是最近十幾年中，隨著部分高污染、高能耗、低附加值的陶瓷產(chǎn)品退出歷史舞臺(tái)，以及企業(yè)家們對(duì)陶瓷新材料應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用前景的認(rèn)識(shí)提高，宜興傳統(tǒng)的陶瓷企業(yè)自我提高、自我完善，同時(shí)相當(dāng)一部分企業(yè)轉(zhuǎn)型加入到以工業(yè)陶瓷、陶瓷新材料為代表的先進(jìn)陶瓷領(lǐng)域中來(lái)，為宜興陶瓷產(chǎn)業(yè)的發(fā)展開(kāi)辟了新的空間，為“中國(guó)陶都”注入了新的內(nèi)涵。經(jīng)過(guò)多年的努力，宜興的陶瓷產(chǎn)業(yè)正呈現(xiàn)出傳統(tǒng)陶瓷提檔升級(jí)，工業(yè)陶瓷蓬勃發(fā)展的可喜勢(shì)頭。宜興工業(yè)陶瓷在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有了一定的知名度，也吸引了一些國(guó)內(nèi)外資本的青睞。2017年成立宜興市陶瓷產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究會(huì)， 其宗旨是以實(shí)現(xiàn)宜興市陶瓷產(chǎn)業(yè)國(guó)內(nèi)領(lǐng)先、國(guó)際知名為目標(biāo)，探索和研究國(guó)內(nèi)外領(lǐng)先的陶瓷新材料、新技術(shù)以及市場(chǎng)趨勢(shì)，從原料、工藝、設(shè)備、銷(xiāo)售、人才等方面為企業(yè)搭建協(xié)同創(chuàng)新、資源共享、共同發(fā)展的平臺(tái)，引導(dǎo)企業(yè)提檔升級(jí)，推動(dòng)行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，推進(jìn)產(chǎn)業(yè)集群發(fā)展、鏈?zhǔn)桨l(fā)展。

2018年，我們與清華大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院合作，從產(chǎn)品生產(chǎn)端與設(shè)計(jì)應(yīng)用端相結(jié)合，共同研發(fā)更新型、實(shí)用的建筑保溫外墻新型材料，把我們工業(yè)陶瓷在高強(qiáng)度、耐腐蝕、保溫隔熱、防火、高穩(wěn)定性、易于造型、便于裝飾、材料一體性優(yōu)勢(shì)等多種優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用到建筑外墻上，既安全環(huán)保、減少工序，又減輕建筑重量，易于安裝。

近年來(lái)，我市建筑陶瓷材料生產(chǎn)企業(yè)充分發(fā)展，包括發(fā)泡陶瓷墻板、水泥固化木絲板、陶瓷干掛磚、藝術(shù)墻磚等門(mén)類(lèi)，這些建筑材料在傳統(tǒng)建筑中已形成成熟的細(xì)分市場(chǎng)和規(guī)模化應(yīng)用潛力，同時(shí)也在積極向裝配式建筑進(jìn)行轉(zhuǎn)型。建筑陶瓷類(lèi)材料于裝配式建筑的定向研發(fā)，可充分?jǐn)U大建筑陶瓷材料企業(yè)的目標(biāo)市場(chǎng)、刺激技術(shù)升級(jí)、提升企業(yè)利潤(rùn)率。

2 ?發(fā)泡陶瓷在裝配式建筑中的巨大優(yōu)勢(shì)

部分工業(yè)陶瓷生產(chǎn)企業(yè)，目前應(yīng)用在高溫節(jié)能、窯爐中的發(fā)泡陶瓷在產(chǎn)品研發(fā)升級(jí)與降低原材料成本，廢礦、淤泥廢物的回收利用過(guò)程中，產(chǎn)品本身具有向建筑行業(yè)延伸的可能，萬(wàn)億級(jí)市場(chǎng)的建筑業(yè)與其它行業(yè)的充分溝通可能使部分企業(yè)獲得更好的市場(chǎng)方向，并產(chǎn)生革命性的影響，這樣的創(chuàng)新可能也對(duì)建筑業(yè)、建材業(yè)產(chǎn)生積極影響，發(fā)揮社會(huì)示范引領(lǐng)作用。

隨著國(guó)家大力推行裝配式建筑，預(yù)制墻板生產(chǎn)企業(yè)面臨著重大的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，目前急需解決的是裝配式建筑的成本問(wèn)題，理想的預(yù)制墻板雖然強(qiáng)度高、性能優(yōu)，是理想的建筑“外殼”，但其制造工藝難度較大，目前日本原產(chǎn)的板材價(jià)格昂貴達(dá)300～400元/m2 ，而國(guó)內(nèi)目前生產(chǎn)的板材多為輕質(zhì)加氣或芯材使用含聚苯乙烯類(lèi)多孔材料的多層復(fù)合預(yù)制板，制造工藝相對(duì)簡(jiǎn)單易行，雖然保溫、隔熱性能好，適用于外墻保溫式的外墻構(gòu)造體系，但由于多種材料間的膨脹系數(shù)有差別，長(zhǎng)時(shí)間使用中在材料的內(nèi)力作用下，板材是否會(huì)變形或裂縫還是一個(gè)需要研究的問(wèn)題。而用陶瓷材料制作的墻板具有可形成A級(jí)防火、保溫隔熱、防水耐潮以及使用年限久、安全性高等特性，結(jié)合在建筑設(shè)計(jì)中與結(jié)構(gòu)件的連接與相鄰墻板之間的連接問(wèn)題、冷熱橋問(wèn)題，并降低造價(jià)，對(duì)裝配式建筑的推廣應(yīng)用提供解決方案。同時(shí)，氣凝膠等一些特殊保溫材料的使用，可解決裝配式建筑中利用墻體自保溫在北方地區(qū)造成墻體過(guò)厚、造價(jià)增高等問(wèn)題。

3 ?發(fā)泡陶瓷在裝配式建筑中已獲得的成果

宜興市陶瓷產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究會(huì)副會(huì)長(zhǎng)單位一方科技發(fā)展有限公司自主研發(fā)的發(fā)泡陶瓷產(chǎn)品特點(diǎn)：防火A級(jí)、耐老化、耐酸堿侵蝕與建筑同壽命、保溫隔熱、吸聲隔音、無(wú)毒無(wú)味、無(wú)放射性、建筑通病少、熱傳導(dǎo)率低、耐久性好、相容性好、不外裂、不收縮、吸水率低、1 200 ℃高溫?zé)凭G色環(huán)保、抗沖擊10級(jí)、施工簡(jiǎn)便、抗裂抗?jié)B、避免二次保濕，無(wú)后期改造費(fèi)用，減少業(yè)主投訴，全周期性價(jià)比高，并獲得了《一種墻體建筑材料及其制備方法》、《一種抗?jié)B發(fā)泡陶瓷板》、《一種復(fù)合輕質(zhì)玻化發(fā)泡陶瓷板》、《一種輕質(zhì)發(fā)泡陶瓷切割系統(tǒng)》、《發(fā)泡陶瓷保溫板外墻外保溫系統(tǒng)》等十多項(xiàng)專(zhuān)利。

發(fā)泡陶瓷是采用陶土尾礦、陶瓷碎片、發(fā)泡劑等作為主要原料，采用先進(jìn)的生產(chǎn)工藝和發(fā)泡成型技術(shù)，經(jīng)高溫培燒而成的高氣孔率的閉孔陶瓷材料。發(fā)泡陶瓷保溫板具有不燃、熱傳導(dǎo)率低、耐老化、耐腐蝕、吸水率低、無(wú)毒無(wú)輻射、隔音等優(yōu)越的性能，已大量運(yùn)用于建筑外保溫等工程應(yīng)用中（見(jiàn)圖1）。

由于發(fā)泡陶瓷的部分原材料來(lái)自于需要處理的廢礦、淤泥、陶瓷碎片等，既降低了產(chǎn)品成本，又解決了環(huán)境問(wèn)題。

3.1保溫裝飾一體板

保溫裝飾一體板（見(jiàn)圖2）是近年來(lái)逐漸興起的一種新的外墻保溫做法，它的核心技術(shù)就是通過(guò)工廠預(yù)制成型等技術(shù)手段，將保溫材料與飾面材料一體燒結(jié)，具有保溫和裝飾雙重功能。大理石型外飾面色澤自然、結(jié)構(gòu)致密、晶體均勻、紋理清晰，具有玉質(zhì)感覺(jué)。砂巖型色澤統(tǒng)一、質(zhì)感自然、強(qiáng)度較天然石材更高。

3.2石材復(fù)合板

發(fā)泡陶瓷薄石材復(fù)合板（見(jiàn)圖3），集保溫、防火、隔熱、裝飾、防雨、防凍、隔音、抗震等多功能于一體，具有明顯的質(zhì)量、工期和成本優(yōu)勢(shì)，可用于建筑外墻墻體的保溫節(jié)能及改造，也可用于室內(nèi)裝飾裝修，為綠色節(jié)能工程首選產(chǎn)品。

3.3輕質(zhì)隔墻板

輕質(zhì)高強(qiáng)發(fā)泡陶瓷內(nèi)隔墻板（見(jiàn)圖4）是目前最輕的A級(jí)防火實(shí)心隔墻板，具有高強(qiáng)度、輕質(zhì)、防火、抗水（不回潮）、抗震、隔熱、隔音等綜合性能，最大規(guī)格3 m*1.2 m，是高端住宅、辦公室、別墅、KTV、酒店、廚衛(wèi)間作為內(nèi)隔墻的最佳選擇。

3.4發(fā)泡陶瓷自保溫砌塊

發(fā)泡陶瓷自保溫砌塊不僅具有防火、防水、無(wú)毒、耐腐蝕、防蛀、不老化、無(wú)放射性、絕緣、防電磁波、防靜電、機(jī)械強(qiáng)度高、性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，還具有隔熱、隔音等性能，是高科技新型建筑保溫、可自承重的輕質(zhì)墻體材料，能與各類(lèi)建筑界面漿料很好的粘結(jié)。

4 ?具體研究開(kāi)發(fā)內(nèi)容和需重點(diǎn)解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題

4.1研究?jī)?nèi)容

（1）發(fā)泡陶瓷在裝配式建筑中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用：開(kāi)發(fā)符合設(shè)計(jì)師要求的外墻板飾面系列，外墻板與主體結(jié)構(gòu)的結(jié)合方式研究與設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)處理;外墻板生產(chǎn)制造的規(guī)格、工藝、形態(tài)、施工方法的應(yīng)用需求分析和成本控制;材料力學(xué)性能、防火、防潮、防水、隔聲、耐候性等相關(guān)材性的優(yōu)化及檢測(cè)分析。

（2）創(chuàng)新型保溫材料的應(yīng)用研究：研發(fā)減少濕作業(yè)、施工簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)性高、符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求的保溫材料，包括以下內(nèi)容：爐窯等其他行業(yè)使用的保溫材料在裝配式建筑中的應(yīng)用潛力研究;材料防火、安全性、耐候性等相關(guān)材性的優(yōu)化及檢測(cè)分析，以滿足建筑應(yīng)用相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求為設(shè)計(jì)目標(biāo);成本優(yōu)化與控制。

4.2需解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題

（1）研究應(yīng)用較高品質(zhì)的外墻板材料，并以安全性、耐久性、舒適性、美觀性為重點(diǎn)方向，解決市場(chǎng)上缺乏好的外墻板材料的問(wèn)題，并在此基礎(chǔ)上盡可能降低成本。

（2）使建筑師和材料企業(yè)充分溝通碰撞，從生產(chǎn)端和應(yīng)用端共同推進(jìn)。

（3）研發(fā)裝配式建筑應(yīng)用差異化的創(chuàng)新型環(huán)保節(jié)能、防火、安全、保溫、施工便捷牢固的材料。

5 ?我們采用了如下研究方法

5.1現(xiàn)狀調(diào)研

（1）建筑師的選材傾向性調(diào)研。

（2）不同氣候區(qū)、省市區(qū)的政策法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

（3）現(xiàn)有裝配式內(nèi)外墻板的類(lèi)型、市場(chǎng)規(guī)模、使用情況、存在問(wèn)題調(diào)研。

（4）不同功能、體量建筑的現(xiàn)狀調(diào)研。

（5）現(xiàn)有裝配式內(nèi)外墻板的材性比較及經(jīng)濟(jì)性分析。

（6）材料生產(chǎn)企業(yè)的客戶調(diào)研。

我們采取的技術(shù)路線見(jiàn)圖5。發(fā)泡陶瓷的原材料研發(fā)、粘結(jié)劑研發(fā)、燒結(jié)方法、加工方法、安裝方法等系統(tǒng)化研發(fā)，使發(fā)泡陶瓷在建筑中應(yīng)用成為可能。發(fā)泡陶瓷將成為預(yù)制保溫墻板的裝配式建筑中的主流產(chǎn)品，它具有取代承重混凝土巖棉復(fù)合外墻板、薄壁混凝土巖棉復(fù)合外墻板、混凝土聚苯乙烯復(fù)合外墻板、混凝土膨脹珍珠巖復(fù)合外墻板、鋼絲網(wǎng)水泥聚苯乙烯夾芯板、sP預(yù)應(yīng)力空心板、加氣混凝土外墻板、泡沫混凝土墻板與真空擠壓成型纖維水泥板（ECP）墻板等的很多優(yōu)勢(shì)，特別是我們?cè)诎惭b錨固件上進(jìn)行了多年開(kāi)發(fā)，淘汰了原來(lái)的龍骨干掛系統(tǒng)、背槽式陶瓷干掛系統(tǒng)（T型、L型、I型、C型等）方式，目前我們采用每平方米六個(gè)“ㄣ”齒型錨固件加粘結(jié)砂漿，使成本降低50%，使發(fā)泡陶瓷外墻建成成本由原來(lái)600 元/平方的成本降低為現(xiàn)在的300 元/平方以內(nèi)，安裝方便，減輕墻體重量，安全牢固。本次我們?cè)陧?xiàng)目研發(fā)中又對(duì)“ㄣ”齒輪錨固件進(jìn)行了改良，把齒型的分布和長(zhǎng)度進(jìn)行了優(yōu)化，使單點(diǎn)錨固力提高到0.6 kN以上。

陶瓷新材料的應(yīng)用觸角已延伸到航空航天、環(huán)保、生物、化工、紡織、醫(yī)療、電子電力、電信通信設(shè)備等各行各業(yè)，未來(lái)這些優(yōu)質(zhì)的工業(yè)陶瓷隨著研發(fā)的投入和裝備的提升，一方面將更進(jìn)一步向高端領(lǐng)域滲透，另一方面由于成本的降低，工業(yè)陶瓷優(yōu)越的性能將越廣泛地向民用領(lǐng)域發(fā)展。