摘要:在我國，由于建筑物隔熱保溫效果不佳造成大量能源損失的情況時(shí)有發(fā)生，而使用隔熱保溫材料能在一定程度上很好地解決建筑能源浪費(fèi)的問題。文章詳細(xì)地闡述了隔熱保溫材料的定義及其隔熱保溫原理，介紹了建筑工程中常用的幾種隔熱保溫材料，并對(duì)比分析了其保溫隔熱性能。此外，著重介紹了性能良好的高溫發(fā)泡陶瓷隔熱保溫材料的制備工藝和應(yīng)用，并對(duì)其發(fā)展前景進(jìn)行了展望，以期為相似行業(yè)或研究領(lǐng)域提供參考。

　　關(guān)鍵詞:建筑材料;建筑能耗;隔熱保溫材料;高溫發(fā)泡陶瓷

　　建筑能耗在我國能源總消耗中的占比逐年提升，日前已達(dá)40%[1]，如何在建筑領(lǐng)域降低能源消耗已經(jīng)成為一個(gè)亟待解決的問題。 據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，如果使用具有良好保溫絕熱性能的建筑材料，建筑物的能耗可降低25%～51%。因此，使用建筑隔熱保溫材料能夠很好地解決建筑能耗問題。然而，目前我國仍存在一部分建筑沒有有效使用建筑隔熱保溫材料，致使建筑物的能源消耗與損失十分嚴(yán)重[2]。因此，創(chuàng)新性地研究和開發(fā)具有良好隔熱保溫性能的建筑材料，不僅能夠大大減少建筑能源消耗，還能提高室內(nèi)住所的保溫隔熱能力，對(duì)提升人們生活質(zhì)量和保護(hù)周圍環(huán)境具有重大的意義[3]。

　　1建筑隔熱保溫材料簡介

　　1.1建筑隔熱保溫材料的定義

　　一般說，隔熱保溫材料的共同特點(diǎn)是輕質(zhì)、疏松、多孔、導(dǎo)熱系數(shù)低，通過有效阻隔建筑物與外界的熱量交換來降低建筑物能耗，以實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能的目的。無機(jī)隔熱保溫材料具有不燃、使用溫度寬、耐化學(xué)腐蝕性較好等特點(diǎn)。有機(jī)隔熱保溫材料具有吸水率較低、不透水性較佳等特點(diǎn)。一般建筑保溫隔熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)小于0.17W/(m·K)，表觀密度小于1000kg/m3，抗壓強(qiáng)度大于0.3MPa[4]。

　　1.2建筑隔熱保溫材料保溫原理

　　熱量傳遞方式主要有熱傳遞、熱輻射、熱對(duì)流3種。大多數(shù)保溫材料內(nèi)部孔隙較多，孔隙中充滿著空氣，而空氣導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)低于固體，所以能阻隔熱量從高溫端向低溫端的傳遞，達(dá)到保溫隔熱的目的。因此，保溫材料的原理就是通過材料內(nèi)部密閉小孔中的空氣對(duì)熱量所具有的慢導(dǎo)性，使得材料溫度隨外界變化得非常緩慢，最終達(dá)到保溫效果。

　　2隔熱保溫材料在建筑中的應(yīng)用

　　2.1保溫材料在墻體的應(yīng)用

　　墻體保溫一般分為內(nèi)墻保溫和外墻保溫兩部分，但內(nèi)墻保溫存在占據(jù)室內(nèi)空間面積、防火能力不足和對(duì)室內(nèi)環(huán)境及人體健康產(chǎn)生影響等問題，因此目前我國主要是對(duì)外墻應(yīng)用保溫材料以提高墻體隔熱能力，而內(nèi)墻保溫只在上海、重慶等少數(shù)城市普及。外墻保溫主要分為外墻內(nèi)保溫技術(shù)和外墻外保溫技術(shù)，外墻內(nèi)保溫即在墻內(nèi)側(cè)鋪設(shè)隔熱保溫板，整體操作較為簡單，目前在我國許多建筑中都有使用，內(nèi)保溫主要應(yīng)用于保暖，具有室內(nèi)快速升溫的能力[5]。

　　外墻內(nèi)保溫技術(shù)成型時(shí)間比較早，技術(shù)原理簡單，安裝拆卸和后期維護(hù)也比較快捷，對(duì)環(huán)境也不會(huì)產(chǎn)生不良影響。外墻外保溫技術(shù)將保溫層鋪設(shè)在墻體外側(cè)，能有效降低熱橋的發(fā)生，從而減少熱量的損失，防止外墻出現(xiàn)裂縫等情況，因此能夠延長墻體的使用壽命。相比外墻內(nèi)保溫技術(shù)，外保溫?zé)o疑更具優(yōu)勢(shì)，然而外墻外保溫技術(shù)比較復(fù)雜，對(duì)施工人員和設(shè)備的要求較高，對(duì)保溫材料的性能要求也較為嚴(yán)格[6]。所以很多保溫材料無法滿足實(shí)際要求，外保溫技術(shù)的施工在短期內(nèi)難以實(shí)現(xiàn)規(guī)范和統(tǒng)一。

　　2.2保溫材料在建筑頂部的應(yīng)用

　　建筑物頂部與外界進(jìn)行大量的熱量交換。一般可在屋頂鋪膨脹珍珠巖、玻璃棉等保溫材料，還可以在天花板上鋪設(shè)礦物棉氈、墊保溫棉等材料來增強(qiáng)保溫隔熱的性能。屋面有平面屋和非平面屋2種，在屋頂鋪設(shè)保溫隔熱材料時(shí)，應(yīng)視屋面的形狀和保溫材料的具體功能而定，應(yīng)滿足屋頂?shù)姆浪�能力、裝潢美觀程度等要求[7]。保溫材料鋪設(shè)方法也有不同，玻璃保溫棉可以鋪到天花板上，也可以和裝飾用材料制成天花板來直接鋪設(shè)。我國已經(jīng)生產(chǎn)、開發(fā)和引進(jìn)了很多新型保溫節(jié)能材料，如巖棉、玻璃棉、聚苯乙烯塑料、水泥聚苯板、硅酸鹽復(fù)合絕熱砂漿等[8]。

　　2.3保溫材料在地下場所的應(yīng)用

　　大多數(shù)建筑物都有地下室或地下空間，與室內(nèi)主活動(dòng)空間分隔開來，處在保溫隔熱區(qū)域之外。在冬季溫度較低時(shí)，這些地下部分的保溫能力將極大降低。熱量大量損失，造成地下室內(nèi)溫度降低，隨著生產(chǎn)生活要求的提高，地下場所的保溫需求也逐漸加大。因此有必要在地下室底部的地板下面鋪設(shè)保溫隔熱性能良好的建筑材料。同時(shí)，地下場所保溫隔熱性能的提升也會(huì)有助于整個(gè)建筑保溫隔熱體系的構(gòu)建，從而實(shí)現(xiàn)能源的循環(huán)利用。

　　3建筑隔熱保溫材料的分類及性質(zhì)建筑隔熱保溫材料

　　導(dǎo)熱系數(shù)小，具有保溫、消音、防火等性能，建筑隔熱保溫材料的種類很多，按照形態(tài)可以分為纖維狀、微孔狀、層狀、氣泡狀;按照材質(zhì)可以分為金屬保溫隔熱材料、有機(jī)保溫隔熱材料、無機(jī)保溫隔熱材料。市面上的建筑隔熱保溫材料以泡沫塑料、礦物棉、膨脹珍珠巖、多孔陶瓷等較為常見[9]。泡沫塑料作為一種重要的有機(jī)保溫隔熱材料，主要分為聚氨酯泡沫塑料、聚苯乙烯泡沫塑料和聚乙烯泡沫塑料[10]。

　　1)聚氨酯泡沫塑料最早于20世紀(jì)50年代由德國研制使用，具有良好的保溫與防水性能。近年來在建筑保溫工程中大量使用，在屋頂、墻體等用作保溫層效果非常好，目前正逐漸取代傳統(tǒng)防水保溫層。但當(dāng)前聚氨脂泡沫塑料的發(fā)展到了一個(gè)瓶頸期，其制備過程使用的氯氟烴類發(fā)泡劑會(huì)破壞大氣層，目前已被聯(lián)合國禁止使用。因此許多國家正在逐漸減少聚氨脂泡沫塑料的使用，尋找并使用新型環(huán)保發(fā)泡劑正成為聚氨脂泡沫保溫材料的出路。

　　2)聚苯乙烯泡沫塑料是目前應(yīng)用最廣泛的一類保溫材料，具有保溫、吸音、抗沖擊等特性，適用于寒冷地區(qū)。泡沫塑料保溫板和夾心復(fù)合板是聚苯乙烯泡沫塑料的主要制品，由于其低廉的價(jià)格和優(yōu)良的保溫隔熱能力，成為了墻體及屋面保溫系統(tǒng)中的主要應(yīng)用材料。

　　真空聚苯乙烯泡沫材料也是其發(fā)展方向之一，虞夏等[9]對(duì)比了真空聚苯乙烯泡沫材料和傳統(tǒng)聚苯乙烯發(fā)泡材料，發(fā)現(xiàn)真空聚苯乙烯在制冷領(lǐng)域保溫效果更顯著，且其價(jià)格低廉，經(jīng)濟(jì)益好，未來真空聚苯乙烯泡沫材料的發(fā)展前景很廣闊。我國每年都有大量聚苯乙烯泡沫塑料遭到廢棄，造成了部分環(huán)境污染，而以廢棄聚苯乙烯泡沫塑料為主要原料，可以制備出具有優(yōu)良保溫耐熱性能的復(fù)合保溫材料，這也是聚苯乙烯泡沫保溫材料發(fā)展的新方向[11]。

　　3)聚乙烯泡沫塑料發(fā)展時(shí)間較長，20世紀(jì)40年代美國最早研制成功，具有耐熱、柔韌、不吸水等優(yōu)良特性。當(dāng)前聚乙烯泡沫保溫材料主要以輕質(zhì)復(fù)合材料為主，其輕質(zhì)、導(dǎo)熱系數(shù)低等物理特性能夠滿足一般建筑的保溫需求。聚乙烯泡沫塑料價(jià)格高昂、防火能力差，加之使用時(shí)對(duì)溫度也有要求，因而目前應(yīng)用范圍不大，但聚乙烯具有很好的加工性能，在聚乙烯等主要原料中加入高分子彈性材料，可以制成具有良好柔韌性能的復(fù)合材料，可以滿足更多個(gè)性化的需求[12]。

　　礦物棉主要是由瀝青和有機(jī)物經(jīng)過特殊工藝制成，1840年最早由英國研制成功，至今已有100多年的發(fā)展歷史。礦物棉制品價(jià)格低廉，保溫隔熱性能較好，且具有良好的耐火性，一般應(yīng)用于外墻、屋面房頂?shù)炔课坏谋Ａ舾魺幔�在其他工業(yè)領(lǐng)域也得到了大量應(yīng)用，而且礦物棉材料成本非常低，經(jīng)濟(jì)效益顯著。但礦物棉制品含有一定的有害物質(zhì)，會(huì)對(duì)環(huán)境造成一定破壞，而且其強(qiáng)度很低，用作保溫隔熱層時(shí)容易發(fā)生塌陷的現(xiàn)象，所以礦物棉制品正逐步被其他材料所取代[13]。

　　膨脹珍珠巖是由珍珠巖、黑曜巖等原料制成，具有導(dǎo)熱系數(shù)低、耐火、無毒等優(yōu)良性質(zhì)，而且成本很低，主要用作建筑抹灰料、保溫填料、保溫板材等。20世紀(jì)40年代，美國最早開始珍珠巖的工業(yè)制備，我國最早于20世紀(jì)60年代在大連成功生產(chǎn)珍珠巖制品。

　　李胡勇等[4]以膨脹珍珠巖為原料，水玻璃為膠黏劑，制備出了一種優(yōu)良的珍珠巖制品，其導(dǎo)熱系數(shù)為0.065～0.074W/(m·K)，表觀密度為284～340kg/m3，抗壓強(qiáng)度為0.55～1.30MPa。雖然膨脹珍珠巖的保溫及防火性能好，但其強(qiáng)度不高，容易吸水，吸水后其保溫隔熱能力會(huì)大幅度降低，所以膨脹珍珠巖的使用范圍較小，且使用時(shí)需要對(duì)其進(jìn)行疏水處理。

　　4發(fā)泡陶瓷作為新型建筑隔熱保溫材料的制備及應(yīng)用進(jìn)展

　　4.1常用高溫發(fā)泡陶瓷隔熱保溫材料的制備

　　發(fā)泡陶瓷通常采用壓制成型或直接燒成法，對(duì)坯料的要求不高，一般是以粘土、石英、長石為主要原料，添加發(fā)泡劑，采用先進(jìn)的生產(chǎn)工藝在高溫下燒成的高氣孔率的閉孔陶瓷材料。發(fā)泡陶瓷的制備主要有球磨、干燥、造粒、燒成等工藝流程，對(duì)不同功能需要的高溫陶瓷還可進(jìn)行裝飾和切割等加工處理[14]。

　　發(fā)泡劑在高溫下發(fā)生分解及氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)生了揮發(fā)性氣體，并與材料基體共熔，溶劑性組分材料也會(huì)在高溫的情況下與發(fā)泡劑共熔，產(chǎn)生硅酸鹽熔體，氣體被封閉在材料內(nèi)部，進(jìn)而材料不斷膨脹。當(dāng)溫度不斷地降低，封閉在材料內(nèi)部的氣體會(huì)產(chǎn)生閉氣孔;而未被熔融狀態(tài)的高溫熔體封閉的氣體會(huì)產(chǎn)生開氣孔[15]。在制備過程中，通過保證原料成分、控制燒成技術(shù)，最終獲得品質(zhì)較高的發(fā)泡陶瓷。在制備高溫發(fā)泡陶瓷時(shí)，選用合適的發(fā)泡劑是制備的關(guān)鍵。常用的發(fā)泡劑主要有碳化硅、鐵粉、碳粉、碳酸鈣等[16]。

　　曾小州等[17]以氧化鐵粉做發(fā)泡劑，以瓷砂和廢玻璃為主要原料，制備了具有保溫和防水功能的高溫發(fā)泡陶瓷。劉衛(wèi)東等[18]以硫酸鈣作為發(fā)泡劑，石英為主要原料，長石為助熔劑，1600℃高溫制備了泡沫陶瓷樣品。實(shí)驗(yàn)表明，一般加入0.05%～1.0%的SiC作高溫發(fā)泡劑時(shí)的效果最好。發(fā)泡劑細(xì)度的不同對(duì)發(fā)泡效果的影響也會(huì)不同，有時(shí)會(huì)對(duì)材料的成色造成影響。以SiC發(fā)泡劑為例，顆粒越細(xì)，SiC在坯料中的分散度就越高，材料發(fā)泡膨脹效果越均勻一致。

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　　5結(jié)束語

　　在科技發(fā)展日新月異的今天，能源問題日益突出，建筑領(lǐng)域的能源浪費(fèi)現(xiàn)象尤為嚴(yán)重。許多建筑保溫隔熱性能不佳，內(nèi)部能源傳遞到外界，造成了巨大損失，而應(yīng)用保溫隔熱材料是提高建筑能源利用率的重要一環(huán)。常用的保溫隔熱產(chǎn)品包括多孔陶瓷、泡沫塑料、礦物棉、膨脹珍珠巖等。

　　這些材料價(jià)格低廉、保溫隔熱性能良好、強(qiáng)度高，能起到很好地保溫隔熱作用。研究與應(yīng)用保溫隔熱建筑材料，不但能很好地降低能源的損失與浪費(fèi)，還能對(duì)提高居民的生活舒適程度和維持建筑物周圍環(huán)境的穩(wěn)定起到重要作用。在今后的一段時(shí)間，對(duì)建筑保溫隔熱材料的深入研究勢(shì)必會(huì)成為我國建筑工程發(fā)展的新方向。

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　　作者：陸成龍1，2，戴永剛2，張國燾2