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
1. 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
名称
燃烧性
导热系数（w/m·k）
优点
缺点
泡沫水泥
A级
≤0.07
容易生产、原料易得
自身较脆，自身膨胀内应力较大，采用薄抹灰工艺板缝处容易开裂；导热系数较高，严寒和寒冷地区使用较厚。存在吸水发胀的可能性。
泡沫玻璃
A级
≤0.062
高温烧结发泡，较低的吸水率，抗压及抗弯强度高
自身较脆，自身膨胀内应力较大，采用薄抹灰工艺板缝处容易开裂；导热系数较高，严寒和寒冷地区使用较厚。
无机保温砂浆
A级
≤0.085
涂抹施工，对基层平整度要求较低
导热系数较高，北方地区达到节能65%设计要求厚度超过10cm，设计受限。
岩棉板
A级
≤0.044
导热系数低，保温效果好，系统相对比较成熟，板缝处应力相对较低不易出现裂缝
材料强度较差，施工工况较差，非憎水处理吸水率较高。
酚醛板
复合后达到A级
≤0.035
有机材料，重量轻，保温效果好
材料粉化严重，复合A级防火等级有争议，板本身会开裂，与面层砂浆复合老化后出现空鼓。不同企业产品改进方法不同，产品质量差别较大。
☆ 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. 2.2 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
燃烧性能
A1级
密度（g/cm3）
0.60
0.40
0.30
0.20
0.15
抗压强度（≥MPa）
6.31
4.00
2.00
1.00
0.80
抗折强度（≥MPa）
3.86
2.00
1.60
0.80
0.70
导热系数（≤w/m·k）
0.16
0.12
0.10
0.08
0.06
憎水率（≥%）
98.0
97.5
96.0
95.0
94.0
耐火度（≥℃）
1000
1000
1000
1000
1000
☆ 数据由北京中伦基业科技发展有限公司提供
3. 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。

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