泡沫陶瓷

泡沫陶瓷

旷峰华①李晓明②同继锋①张洪波①

（①中国建筑材料科学研究总院，②北京中伦基业科技发展有限公司，北京100024）一．前言

近年来，我国每年建成房屋面积高达16～20亿平方米，几乎超过了所有发达国家年建筑面积总和。在这些新建建筑中，只有10～15%能达到国家制定的节能标准，80%以上为高耗能建筑，单位建筑面积能耗是发达国家的2～3倍。1996年7月颁布实行的《民用建筑节能标准(采暖居住建筑部分)》以我国20世纪80年代的住宅能耗为基准，要求新建居住建筑节约采暖能耗50%，其中30%依靠提高建筑围护结构的保温性能来实现。在建筑围护结构中，墙体在采暖能耗中所占比例最大，约占总能耗32.1～36.2%。因此，如何改善墙体保温性能成为重中之重。正是在这一认识的基础上，人们意识到必须全面研发和推广新型高效墙体保温体系和保温材料。节能住宅的外墙保温分为内保温、夹心保温、外保温及综合保温四种保温形式，外墙外保温是住建部倡导推广的主要保温形式，其保温方式最为直接，效果也最好，是我国目前应用最多的一项建筑保温技术。

外墙外保温的节能核心在于外墙外保温隔热材料。多年来，外墙外保温工程大规模应用的保温隔热材料主要有EPS〔聚苯乙烯泡沫)、XPS(挤塑聚苯乙烯泡沫)和PU〔聚氨酯泡沫)等3种，三者均属有机类保温材料。采用这些材料构成的外保温系统防火性能差，燃烧时产生毒性烟雾，并且易产生开裂、空鼓、渗水、脱落等质量通病，使用年限较短。

近年来，央视新址附属文化中心、上海胶州教师公寓、沈阳皇朝万鑫大厦、南京中环国际广场、济南奥体中心、哈尔滨经纬360度双子星大厦等相继发生建筑外保温材料引起的火灾，国家公安部紧急出台的公消[2011]65号（简称65号文件）要求，在新标准发布前，要从严执行《民用建筑外保温系统及外墙装饰防火暂行规定》（公通字[2009]46号）第二条规定，民用建筑外保温材料需采用燃烧性能为A级的材料，让建筑节能与防火的矛盾凸显在国人和从业者面前。

二．泡沫陶瓷

2.1 无机保温材料性能分析

目前，A级防火材料主要有：泡沫水泥、发泡玻璃、岩(矿)棉、无机保温砂浆、酚醛复合保温板(复合A级)，以及泡沫陶瓷，这些材料主要性能对比见表1。

表1 主要A级防火材料性能表

☆数据来源于中国保温网

通过上表可以看到，当前我国的A级防火材料均存在或多或少的问题，除了防火性能以外，其他性能与现有的有机保温材料尚存在一定差距，急需对现有A级防火材料进行进一步性能改进，同时应积极研发新型A级防火材料，泡沫陶瓷用于建筑保温就是在这样一种背景下产生的。

2.2 泡沫陶瓷性能分析

泡沫陶瓷是一种采用高温焙烧自然熔融发泡制备而成的新型无机保温材料，主要具备如下特点：

(1)热传导率低。泡沫陶瓷导热系数为0.06W/(m·k)优于水泥基复合保温砂浆，用作外

墙外保温系统的隔热保温材料，可节能50%以上；

(2})不燃、防火。泡沫陶瓷保温板是经1200℃左右的高温焙烧而成，制作过程中已经受了高温检验，燃烧性能达到A级。可用于有防火要求的外保温系统及防火隔离带；

(3)与水泥砂浆、混凝土等相容性好。泡沫陶瓷与水泥砂浆、混凝土的线膨胀系数相近，并且膨胀系数具有可设计性。热胀冷缩下不开裂、不变形、不收缩，能与水泥砂浆、混凝土、饰面砖等可靠粘结，与水泥砂浆的粘结强度可达0.2MPa以上；

(4)吸水率低。泡沫陶瓷是高气孔率的闭孔陶瓷材料，体内不吸水，不会发生冻融破坏，不会吸水膨胀变形；

(5)强度高。在保持较低热导率的同时，抗折强度依然能达到1.0MPa，是填充墙砌块以及自承重自保温墙体砌块的理想选择；

(6)耐久性好。泡沫陶瓷所用原料全部为无机材料，耐老化，能与建筑物同寿命，是常规有机保温材料所不可比拟的；

(7)耐候性好。在阳光暴晒、冷热剧变、风雨交加等恶劣气候条件下不变形、不老化、不开裂，性能稳定。泡沫陶瓷的主要具性能参数见表2。

表2 泡沫陶瓷的性能参数

☆数据由北京中伦基业科技发展有限公司提供

2.3 泡沫陶瓷制备工艺

泡沫陶瓷是采用无机固体废弃物和无机原料，经粉碎混合、造粒，1200℃下高温焙烧，再利用无机材料自身的自然熔融发泡制备而成，主要原材料包括：无机固体废弃物和无机原料，其中无机固体废弃物原料范围涉及工业固体废弃物（电厂粉煤灰、钢厂钢渣、铝厂赤泥、陶瓷厂废料、玻璃厂废料等等）、矿山固体废弃物（如金矿尾矿、铁矿尾矿、煤矸石等等）和其他固体废料如湖泊污泥、废弃河床废沙、荒弃废土、建筑垃圾等。无机原料主要包括高

岭土、苏州土、菱镁矿、珍珠岩、膨胀蛭石等。据北京中伦基业科技发展有限公司报道，该公司生产的泡沫陶瓷无机固体废弃物所占比列可达60～80%，在消化大量无机固体废弃物的同时，产品本身作为外墙外保温或其他隔热部位的保温材料，可以实现节能目的，是真正绿色节能产品。

生产泡沫陶瓷所需设备主要包括：鄂式破碎机、球磨机、搅拌机、造粒塔、隧道窑、切割机等，这些都是陶瓷生产的通用设备，并且泡沫陶瓷的整个生产流程也与现有陶瓷生产流程基本一致，因此泡沫陶瓷生产线的建立完全可以参考现有陶瓷生产线，不需要过多考察、研究和设计。经切割制成的泡沫陶瓷保温板见图1，其制备流程见图2。

图1 泡沫陶瓷保温板

无机固体废弃物无机原料

粉碎粉碎

造粒

装填模具

高温焙烧

脱模

切割备用

图2 泡沫陶瓷制备流程

三．泡沫陶瓷在外墙外保温系统中的应用探索

根据JGJ 144-2004《外墙外保温工程技术规程》规定的基本要求，外墙外保温系统应满足如下要求：适应基层的正常变形而不产生裂缝或空鼓、长期承受自重而不产生有害变形、承受风荷载的作用而不产生破坏、及耐受室外气候的长期反复作用而不产生破坏等。

国内有关企业根据泡沫陶瓷保温板性能，设计了泡沫陶瓷保温板外墙外保温系统的基本构造(见图3)。

图3 泡沫陶瓷保温板外墙外保温系统基本构造

其中粘结砂浆采用1:3水泥砂浆，厚度约6mm；抹面砂浆采用1:3水泥砂浆，厚度约15mm，分2层粉刷。外饰面层可采用涂料饰面，也可采用面砖饰面。按照基本构造该公司还制作了6m2系统试验构件(见图4)。

图4 泡沫陶瓷保温板外墙外保温系统试样构件