基于外墙外保温的发泡陶瓷复合材料应用研究

江学海

（聊城市建设工程质量服务保障中心，山东聊城 252000）

发泡陶瓷复合材料是一种具有高气孔率的无机闭式多孔陶瓷材料，其经过1200℃以上的煅烧，不仅质地较轻，而且在耐高温、耐腐蚀、耐压方面有良好的性能，不易变形［1］。一般而言，气孔率与保温效果成正相关关系，发泡陶瓷气孔率一般在20%～90% 之间，如此之大的气孔率使得发泡陶瓷拥有良好的保温隔热性能。除此之外，发泡陶瓷复合材料与混凝土基质有非常良好的相容性，粘结效果优异，不易掉落，适用于外墙保温。

目前，厚度为200～250 mm 的发泡陶瓷复合砌块己在我国大面积推广使用，有部分地区将其加工为复合板材粘锚于加气混凝土外墙。例如，张运等［2］基于节能保温的视角，从材料、设计与施工等角度出发，系统对比分析了发泡陶瓷复合砌块与发泡陶瓷复合板这两种新型保温隔热复合材料的关键技术、应用特点与安全性能等。由此可见，发泡陶瓷复合材料作为一种日渐兴起的环保材料己经被日益关注，有必要对其关键技术、应用现状和节能性能进行系统性讨论和研究，从而发现存在的问题并有针对性地提出未来的优化和发展方向，进一步促进发泡陶瓷复合材料的推广应用。

1 发泡陶瓷复合材料的技术特征

发泡陶瓷一般由陶瓷厂抛光尾矿、铝厂赤泥等掺加物为主要原料，经过连续式窑炉1200℃煅烧，熔融发泡形成的新型环保材料，主要由二氧化硅构成，对人体无害。在具体应用中，超薄石材发泡陶瓷保温复合板则由5mm左右的大理石板和发泡陶瓷复合而成，既兼顾了发泡陶瓷的保温性能，又有大理石板的美观优势［3］。

当前，世界上主要的外墙保温材料还是EPS、PU 等有机材料，由于外墙经常受到风吹日晒雨淋，这些材料很容易老化，使用寿命较短。最主要的这些有机材料防火性能差，一旦发生火灾后果异常严重，外墙保温材料的防火问题己经成为社会焦点［4］。而发泡陶瓷以其A1 级的防火等级，不仅有效克服了有机材料不耐侵蚀的弱点，还提高了建筑防火等级，保证了建筑安全性，在外墙保温领域具有巨大的市场前景［5］。

目前，发泡陶瓷技术特征主要表现在如下几个方面。

（1）保温性能优异。根据GB/T 10295，发泡陶瓷复合材料热导率λ为0.06≤λ≤0.08 W/(m2·K)，蓄热常数≥1.2 W/(m2·K)。这使得发泡陶瓷拥有和其它有机保温材料相同的保温性能，例如EPS 热导率为0.03～0.04 W/(m2·K)，发泡混凝土产品热导率为0.045～0.06 W/(m2·K)，并且其钢筋混凝土墙系统传热阻也和EPS 及发泡混凝土产品相同。

（2）抗压性强。发泡陶瓷复合材料抗压强度可以达到0.4MPa 以上，垂直于板面方向的抗拉强度大于0.15MPa。这种超强的抗压抗拉强度，保证了其能够长期承受自重而不发生空鼓和裂缝现象，70℃下48h 其长度、宽度、厚度尺寸稳定性≤0.3%。即使遇到大风天气，也不易脱落，不会对楼下行人车辆造成损伤，提高了建筑物的本质安全性。

（3）耐冻融性强。得益于发泡陶瓷较高的气孔率，遇到过冷或过热天气，一般不会发生明显的形变。30 次冻融循环试验后观察，面板层没有空鼓、脱落，大理石板层也没有渗水现象，粘结强度大于0.1MPa, 强度损失率低于25%。

（4）耐久性好。发泡陶瓷保温板全部由无机材料构成，经过1200℃以上温度灼烧，耐老化、耐高温性能极强，可以与建筑物主体结构同等寿命，后期不需要花费额外的维护费用，经济实用。

（5）防火、不燃。发泡陶瓷己经过1200℃高温灼烧，受过高温检验，达到了A1 级防火等级，可以用于有防火要求的保温系统建设。因此目前发泡陶瓷有时还用于防火隔断的修建、剪力墙的保温处理等。

（6）吸水率低。发泡陶瓷内虽然具有较高的气孔率，但其气孔并非开孔，而是以闭孔形式存在，这种微观结构导致发泡陶瓷吸水率极低，更避免了其吸水发生形变。

2 发泡陶瓷复合材料在外墙保温施工中的应用现状

2.1 用于民用建筑外墙保温

根据“公消［2011］65 号”文件，民用建筑外墙保温应当使用A 级保温材料。发泡陶瓷复合材料作为一种集保温防火一体的A1 级新型建筑材料，尤其适用于民用建筑外墙保温。民用外墙保温是一个较为系统的工程，在进行保温时需要科学合理地使用发泡陶瓷复合板。

在民用建筑外墙保温中，发泡陶瓷复合材料一般是指发泡陶瓷复合板。在使用过程中，需要做好技术方面的准备，发泡陶瓷需要按照相应的标准进行应用，施工方案也要经过会审评估后方可进行，并与操作人员进行技术交底，向施工和监理人员说明质量控制方法和质量检验方法［6］。技术交底时，要确保门窗框以及各种管道线路己经安装完毕，预留出的位置己经达到设计要求。施工需要对环境情况进行判断，发泡陶瓷施工要求气温≥5℃，五级以上大风和雷雨天气禁止施工，并且要避免阳光直射和长时间暴晒［7］。在民用建筑外墙保温实践中，周华杰等［8］对发泡陶瓷保温板与XPS 保温板在民用建筑外墙保温中的应用要点进行了具体阐述。邵国新等［9］分析了发泡陶瓷复合板在建筑外保温中的施工质量控制要点，并指出发泡陶瓷复合板施工完毕后应视天气情况进行养护，冬季适当延长养护时间，一般不要低于24h，养护期间采取保护措施，尽量避免扰动。

2.2 用于外墙防火隔离材料

外墙与外保温的连接处会选择一种隔热材料，例如聚氨酯等材料。但是该类材料容易出现热胀冷缩，受环境影响很大，一旦出现火灾事故，由于隔离材料不防火，容易使火灾扩大化。发泡陶瓷复合材料可以代替目前的岩棉板隔离材料［10］，与防火规则相契合。因此在设置隔离带时，要遵循科学合理的原则。先对保温板进行排版，在墙上划分出垂直和水平线，量出尺寸，并在纸上做出排版设计图，按图作业。如果有必要，可以在外墙边角等处悬挂基准线和水平线，以更好地控制粘贴时的准确度。在进行切割作业时，要使用专业的切割设备，否则会影响整体效果。在应用研究方面，吴志敏等［11］开展了外墙外保温中发泡陶瓷保温板的试验与试点工作，提出了基于发泡陶瓷复合材料的防火隔离带技术，并分析了其应用优劣势。

2.3 用于特殊工程项目的外墙保温

在一些特殊项目的建设过程中，由于其防火等级过高，有机材质的保温材料不能胜任其外墙保温，这些特殊项目常常涉及一些易燃易爆的化学物质或者高温高压的体系［12］。例如石油化工行业中，有一些氢化、硝化、氧化和氯化等危险反应厂房，或者有大量易燃易爆物质存储的仓库等，再比如涉及到镁铝等轻金属的冶金行业以及粮油储存仓库等［13］。这些特殊行业，有机材质的保温材料容易起静电，并且其可燃性强，一旦发生事故，很可能使事故二次扩大。因此，这些行业都有必要使用发泡陶瓷复合材料，以降低火灾风险，提高本质安全性。

3 发泡陶瓷复合材料的现存问题及发展前景

在发泡陶瓷复合材料发展过程中，虽然取得了巨大的进步，但仍然存在着以下三方面问题。首先，发泡陶瓷制备工艺复杂，对于稳泡剂、浆料适应性、熔融温度和分解温度的匹配性都有很高的要求。其次，是对于温度要求过高，1200℃的温度，造成了巨大的能耗，因此其生产成本较高。最后是外观方面，当前发泡陶瓷复合材料外观方面仍然沿用过去大理石板等几种单调的石材，对于色泽、形状没有进一步的改善。

随着近些年对发泡陶瓷复合材料研究与应用的日益增多，这种新型保温材料在未来的发展前景主要有四个方向。

（1）在材料方面，为适应目前的环保要求以及降低经济成本，许多研究报道了采用不同的工业废弃物进行制备［14］。例如，可以采用废石膏作为基本原料，通过添加钟长石的方式提高发泡陶瓷的闭气孔率，并且温度越高，发泡陶瓷保温性能越好。例如采用废弃的钠钙玻璃为原料，加入MnO2促进SiC 分解，可以大幅度降低成本。

（2）改进制备工艺。发泡陶瓷的制备成型和烧成制度需要继续优化，目前的制备方法制造成本过高，工艺较为复杂，导致发泡陶瓷售价较为昂贵，成本优势较差。例如采用石英做主料，加入CaSO4做发泡剂，可大幅度提高闭气孔率。

（3）降低烧制温度。1200℃的烧制温度过高，造成较大的能源浪费，目前在降低烧制温度方面，己经有许多研究成果。例如，可以采用沸石作为主料，加入碱金属矿物作为添加剂，可以将温度降至85℃，密度可以接近0.3～0.4 g/cm3。

（4）优化外观设计。除了适用于外墙保温外，通过改进其外观形状，添加各种色泽，可以将其应用于室内装修，扩大其应用范围［15］。

4 结束语

针对日益频繁的建筑外保温火灾事故，国家发布了“公消［2011］65 号”文件，要求建筑外保温材料应采用A 级防火材料。发泡陶瓷复合材料作为一种集保温防火一体的A1 级新型建筑材料，尤其适用于外墙保温。本文从发泡陶瓷复合材料技术特征出发，着重介绍了其在外墙保温中的应用方向。使用发泡陶瓷复合材料除了拥有良好的保温性能外，还拥有良好的耐候性、较强的安全性。通过合理和科学的设计，发泡陶瓷复合材料可以满足《外墙外保温工程技术规程》规定要求，达到各种不同气候地区的保温要求。笔者并对该材料的发展前景作了展望，未来发泡陶瓷复合材料将会在原材料、烧制工艺、烧制温度以及外观设计等四个方面进行优化，使得它在绿色建筑中发挥更重要的作用，有着更广阔的应用前景。