基于外墻外保溫的發泡陶瓷復合材料應用研究

江學海

（聊城市建設工程質量服務保障中心，山東聊城 252000）

發泡陶瓷復合材料是一種具有高氣孔率的無機閉式多孔陶瓷材料，其經過1200℃以上的煅燒，不僅質地較輕，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關系，發泡陶瓷氣孔率一般在20%～90%之間，如此之大的氣孔率使得發泡陶瓷擁有良好的保溫隔熱性能。除此之外，發泡陶瓷復合材料與混凝土基質有非常良好的相容性，粘結效果優異，不易掉落，適用于外墻保溫。

目前，厚度為200～250 mm的發泡陶瓷復合砌塊己在我國大面積推廣使用，有部分地區將其加工為復合板材粘錨于加氣混凝土外墻。例如，張運等［2］基于節能保溫的視角，從材料、設計與施工等角度出發，系統對比分析了發泡陶瓷復合砌塊與發泡陶瓷復合板這兩種新型保溫隔熱復合材料的關鍵技術、應用特點與安全性能等。由此可見，發泡陶瓷復合材料作為一種日漸興起的環保材料己經被日益關注，有必要對其關鍵技術、應用現狀和節能性能進行系統性討論和研究，從而發現存在的問題并有針對性地提出未來的優化和發展方向，進一步促進發泡陶瓷復合材料的推廣應用。

1 發泡陶瓷復合材料的技術特征

發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，經過連續式窯爐1200℃煅燒，熔融發泡形成的新型環保材料，主要由二氧化硅構成，對人體無害。在具體應用中，超薄石材發泡陶瓷保溫復合板則由5mm左右的大理石板和發泡陶瓷復合而成，既兼顧了發泡陶瓷的保溫性能，又有大理石板的美觀優勢［3］。

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

目前，發泡陶瓷技術特征主要表現在如下幾個方面。

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

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

（3）耐凍融性強。得益于發泡陶瓷較高的氣孔率，遇到過冷或過熱天氣，一般不會發生明顯的形變。30次凍融循環試驗后觀察，面板層沒有空鼓、脫落，大理石板層也沒有滲水現象，粘結強度大于0.1MPa,強度損失率低于25%。

（4）耐久性好。發泡陶瓷保溫板全部由無機材料構成，經過1200℃以上溫度灼燒，耐老化、耐高溫性能極強，可以與建筑物主體結構同等壽命，后期不需要花費額外的維護費用，經濟實用。

（5）防火、不燃。發泡陶瓷己經過1200℃高溫灼燒，受過高溫檢驗，達到了A1級防火等級，可以用于有防火要求的保溫系統建設。因此目前發泡陶瓷有時還用于防火隔斷的修建、剪力墻的保溫處理等。

（6）吸水率低。發泡陶瓷內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，這種微觀結構導致發泡陶瓷吸水率極低，更避免了其吸水發生形變。

2 發泡陶瓷復合材料在外墻保溫施工中的應用現狀

2.1 用于民用建筑外墻保溫

根據“公消［2011］65號”文件，民用建筑外墻保溫應當使用A級保溫材料。發泡陶瓷復合材料作為一種集保溫防火一體的A1級新型建筑材料，尤其適用于民用建筑外墻保溫。民用外墻保溫是一個較為系統的工程，在進行保溫時需要科學合理地使用發泡陶瓷復合板。

在民用建筑外墻保溫中，發泡陶瓷復合材料一般是指發泡陶瓷復合板。在使用過程中，需要做好技術方面的準備，發泡陶瓷需要按照相應的標準進行應用，施工方案也要經過會審評估后方可進行，并與操作人員進行技術交底，向施工和監理人員說明質量控制方法和質量檢驗方法［6］。技術交底時，要確保門窗框以及各種管道線路己經安裝完畢，預留出的位置己經達到設計要求。施工需要對環境情況進行判斷，發泡陶瓷施工要求氣溫≥5℃，五級以上大風和雷雨天氣禁止施工，并且要避免陽光直射和長時間暴曬［7］。在民用建筑外墻保溫實踐中，周華杰等［8］對發泡陶瓷保溫板與XPS保溫板在民用建筑外墻保溫中的應用要點進行了具體闡述。邵國新等［9］分析了發泡陶瓷復合板在建筑外保溫中的施工質量控制要點，并指出發泡陶瓷復合板施工完畢后應視天氣情況進行養護，冬季適當延長養護時間，一般不要低于24h，養護期間采取保護措施，盡量避免擾動。

2.2 用于外墻防火隔離材料

外墻與外保溫的連接處會選擇一種隔熱材料，例如聚氨酯等材料。但是該類材料容易出現熱脹冷縮，受環境影響很大，一旦出現火災事故，由于隔離材料不防火，容易使火災擴大化。發泡陶瓷復合材料可以代替目前的巖棉板隔離材料［10］，與防火規則相契合。因此在設置隔離帶時，要遵循科學合理的原則。先對保溫板進行排版，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計圖，按圖作業。如果有必要，可以在外墻邊角等處懸掛基準線和水平線，以更好地控制粘貼時的準確度。在進行切割作業時，要使用專業的切割設備，否則會影響整體效果。在應用研究方面，吳志敏等［11］開展了外墻外保溫中發泡陶瓷保溫板的試驗與試點工作，提出了基于發泡陶瓷復合材料的防火隔離帶技術，并分析了其應用優劣勢。

2.3 用于特殊工程項目的外墻保溫

在一些特殊項目的建設過程中，由于其防火等級過高，有機材質的保溫材料不能勝任其外墻保溫，這些特殊項目常常涉及一些易燃易爆的化學物質或者高溫高壓的體系［12］。例如石油化工行業中，有一些氫化、硝化、氧化和氯化等危險反應廠房，或者有大量易燃易爆物質存儲的倉庫等，再比如涉及到鎂鋁等輕金屬的冶金行業以及糧油儲存倉庫等［13］。這些特殊行業，有機材質的保溫材料容易起靜電，并且其可燃性強，一旦發生事故，很可能使事故二次擴大。因此，這些行業都有必要使用發泡陶瓷復合材料，以降低火災風險，提高本質安全性。

3 發泡陶瓷復合材料的現存問題及發展前景

在發泡陶瓷復合材料發展過程中，雖然取得了巨大的進步，但仍然存在著以下三方面問題。首先，發泡陶瓷制備工藝復雜，對于穩泡劑、漿料適應性、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，因此其生產成本較高。最后是外觀方面，當前發泡陶瓷復合材料外觀方面仍然沿用過去大理石板等幾種單調的石材，對于色澤、形狀沒有進一步的改善。

隨著近些年對發泡陶瓷復合材料研究與應用的日益增多，這種新型保溫材料在未來的發展前景主要有四個方向。

（1）在材料方面，為適應目前的環保要求以及降低經濟成本，許多研究報道了采用不同的工業廢棄物進行制備［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泡陶瓷的閉氣孔率，并且溫度越高，發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SiC分解，可以大幅度降低成本。

（2）改進制備工藝。發泡陶瓷的制備成型和燒成制度需要繼續優化，目前的制備方法制造成本過高，工藝較為復雜，導致發泡陶瓷售價較為昂貴，成本優勢較差。例如采用石英做主料，加入CaSO4做發泡劑，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，目前在降低燒制溫度方面，己經有許多研究成果。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）優化外觀設計。除了適用于外墻保溫外，通過改進其外觀形狀，添加各種色澤，可以將其應用于室內裝修，擴大其應用范圍［15］。

4 結束語

針對日益頻繁的建筑外保溫火災事故，國家發布了“公消［2011］65號”文件，要求建筑外保溫材料應采用A級防火材料。發泡陶瓷復合材料作為一種集保溫防火一體的A1級新型建筑材料，尤其適用于外墻保溫。本文從發泡陶瓷復合材料技術特征出發，著重介紹了其在外墻保溫中的應用方向。使用發泡陶瓷復合材料除了擁有良好的保溫性能外，還擁有良好的耐候性、較強的安全性。通過合理和科學的設計，發泡陶瓷復合材料可以滿足《外墻外保溫工程技術規程》規定要求，達到各種不同氣候地區的保溫要求。筆者并對該材料的發展前景作了展望，未來發泡陶瓷復合材料將會在原材料、燒制工藝、燒制溫度以及外觀設計等四個方面進行優化，使得它在綠色建筑中發揮更重要的作用，有著更廣闊的應用前景。