无机保温材料的现状及发展趋势

2012-11-22旷峰华张洪波李自金任瑞康同继锋李晓明

中国陶瓷工业 2012年6期

旷峰华张洪波李自金任瑞康同继锋李晓明

（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）

0 引言

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。燃烧性能达到A级的材料主要属于无机材料体系，下文将简要介绍几类主要的无机保温材料及其特性，对其发展趋势进行展望，并对整个无机保温材料行业的发展提出了几点建议。

1 无机保温材料的现状

从文献报道及市场调查来看，目前我国出现的无机保温材料主要有以下几类：

1.1 泡沫混凝土

泡沫混凝土是通过发泡机的发泡系统将发泡剂用机械方式充分发泡，并将泡沫与水泥浆均匀混合，然后经过发泡机的泵送系统进行现浇施工或模具成型，经自然养护所形成的一种含有大量封闭气孔的新型轻质保温材料。我国泡沫混凝土的研究开发起步较早，可以说是始于世纪50年代，兴于80年代，进入本世纪初页以后，以现浇为代表的泡沫混凝土，进入了泡沫混凝土蓬勃发展的新时代。泡沫混凝土具有轻质、保温隔热性能好、隔音耐火性能好、低弹减震性好、生产加工方便、环保性能好、施工方便等优良的综合性能，目前泡沫混凝土在我国的应用主要是屋面泡沫混凝土保温层现浇、泡沫混凝土面块、泡沫混凝土轻质墙板、泡沫混凝土补偿地基。泡沫混凝土的整个系统已经较为完备，泡沫混凝土行业标准业已颁布，是我国无机保温材料中应用最为广泛的材料之一。但是泡沫混凝土依然存在强度较低、易开裂、开裂后吸水严重等问题。

1.2 岩棉制品

岩棉制品是以玄武岩为材料，经高温融熔加工成人工无机纤维，在无机岩棉纤维中再加入特定的粘结剂和防尘油，经加温固化，制作成各种规格、不同要求的岩棉保温制品。具有质量轻、导热系数小、吸热、不燃、施工方便、造价便宜等特点，是管道贮罐、锅炉、烟道、热交换器、风机、车船等工业设备隔热、隔声的理想材料。但是，由于岩棉纤维、粉尘颗粒会对人体肺部及皮肤有一定的刺激性及潜在人体毒害性，在一定程度上限制了岩棉制品的大规模应用。

1.3 无机保温砂浆

无机保温砂浆是以低密度多孔无机颖粒、粉末或短纤维为轻质骨料，通过添加一定的胶凝材料及其他多元复合外加剂，按一定比例经一定的工艺制成的保温抹面材料，可以直接涂抹于墙体表面，也可以与其他材料（如钢丝网架等）形成复合保温材料。目前建筑工程中使用的无机保温砂浆主要有以下几种：膨胀珍珠岩保温砂浆，膨胀蛙石保温砂浆，硅酸盐复合绝热涂料，玻化微珠保温砂浆和复合无机保温砂浆。总体来说无机保温砂浆具有质轻、隔热、保温、不燃、抗老化、耐腐蚀、耐虫蛀、对人畜无害等优良特性，以及施工方便和价格便宜等优势，在我国整个保温材料行业中的市场占有率还是比较大的。但是由于它尚存在着一些问题，比如材料容重稍差、保温隔热性能稍差、吸水率较大、和易性稍差等，这在一定程度上限制了它的应用。

1.4 泡沫玻璃

泡沫玻璃是由碎玻璃、发泡剂、改性添加剂和发泡促进剂等，经过细粉碎和均匀混合后，再经过高温熔化，发泡、退火而制成的无机保温材料。具有防潮、防火、防腐、与建筑物同寿命等特点，使其在绝热、深冷、地下、露天、易燃、易潮以及有化学侵蚀等苛刻环境下倍受用户青睐。被广泛用于墙体保温、石油、化工、机房降噪、高速公路吸音隔离墙、电力、军工产品等，被用户称之为绿色环保型绝热材料。泡沫玻璃的耐火度达到了A级，但最高使用温度也只有430℃，这在一定程度上限制了它的使用范围。

表1 主要无机保温材料的耐火温度Tab.1 Refractorinesses of main inorganic insulation materials

1.5 酚醛复合保温板

酚醛保温板是由酚醛树脂加入发泡剂、固化剂及其它助剂制成的闭孔硬质泡沫塑料。酚醛保温板本身够不上A级，通过与水泥砂浆复合，可以达到防火A级。具有重量轻、保温效果好等优点，可以用于传统外墙外保温系统，也可以与饰面层复合制作保温装饰一体化板，还可以用作幕墙内的防火保温隔热材料、防火门内隔热材料，以及低温或高温场合的防火保温隔热材料。但是材料粉化严重，复合A级防火等级有争议，实际使用温度也只有160℃，板本身会开裂，与面层砂浆复合老化后出现空鼓。

1.6 泡沫陶瓷

泡沫陶瓷是由无机固体废弃物和无机原料，经粉碎混合、造粒，高温焙烧，再利用无机材料自身的自然熔融发泡（或添加发泡剂）制备而成的一种新型无机保温材料。具有热传导率低、不燃、防火、与水泥砂浆、混凝土等相容性好、吸水率低、强度高、耐久性好、耐候性好等优点，可以用于建筑外墙外保温板、防火隔离带、隔墙条板、屋面防水保温板、自承重自保温墙体砌块、隔音消声板材或砌块及其他有较高防火隔热保温要求的领域。目前国内泡沫陶瓷尚处于试验、中试阶段，存在导热率稍高、价格偏高、缺乏完善的使用规范、标准等问题，离大规模的生产、使用还有一定的距离。

2 无机保温材料性能分析

2.1 无机保温材料的防火性

上文所列的无机保温材料的防火性能均优于市面上现有的有机保温材料。然而不同种类的无机保温材料的防火性能还是有一定差异的，表1所列为各主要无机保温材料的实际使用温度，用户可以根据各应用场合的实际耐火需求，选择合适的无机保温材料。

2.2 无机保温材料的容重、强度及热导率

容重、强度（包括抗压强度和抗折强度）和热导率是无机保温材料三个重要特性，理想的情况是容重越小越好、强度越高越好、热导率越低越好，但是强度的提高一般是采用增加容重的方式，而容重的增加又会导致材料的密度加大，密度的增大会使得材料的导热率变大。所以，选择保温材料一定要综合考虑各方面的影响。图1是无机保温材料容重、热导率、强度关系曲线。然而，不同的无机材料各自的容重、强度和热导率是不一样的（见表2），选用时可按实际需求进行一个合理的选材。

2.3 无机保温材料的吸水性

无机保温材料的吸水性是考核无机材料性能优劣的一个重要指标。由于水的导热系数是保温材料空隙内空气导热系数的20倍左右，吸水后会导致保温材料的导热率大大提高，从而极大地降低材料的保温效果；特别是当保温材料遇冷时孔隙内的水分会凝结成冰，严重时会出现材料开裂破坏保温结构（这种情况在北方地区更应该特别注意），因此，对于部分吸水率大的无机保温材料要慎重选用，不过对于部分吸收率较高的无机保温材料可以通过在材料内添加憎水剂或是对材料表面进行防水处理来达到降低吸水率的目的，只是成本会相应增加，且难以获得持久长效的防水效果。表3所列为主要无机保温材料的吸水率。由表可知泡沫玻璃和泡沫陶瓷在吸水性能方面最为突出，泡沫混凝土的吸水率最高，使用过程中应当特别注意。

表2 主要无机保温材料的容重和抗压强度Tab.2 Bulk densities and compressive strengths of main inorganic insulation materials

表3 主要无机保温材料吸水性Tab.3 Water absorptions of main inorganic insulation materials

3 无机保温材料的发展趋势及几点建议

（1）现有无机保温材料产品性能的提高、生产技术及装备的改进和生产成本的降低。目前国内市场上所见的各类无机保温材料虽然各具特点、各有优势，不过都存在或多或少的问题，材料性能方面，泡沫混凝土制品吸水率高、强度低，岩棉吸水率高、强度低，存在潜在人体毒害性；酚醛复合板的易开裂、粉化；无机保温砂浆热导率较高、容重较大、强度低、吸水率高，泡沫玻璃热导率较高、脆性大；泡沫陶瓷热导率较高，因而都有进一步提升改进性能的需求；虽然各类无机保温材料的性能改进的方向各异，对于整体无机保温材料行业来说，尚缺乏较为完备的先进的生产技术规范及装备，泡沫混凝土在生产规范上较为成熟，但在装备水平方面与欧美国家还有一定的差距，主要表现在大型化、自动化、加工精良、产品稳定性方面与欧美国家差距明显。其它类型的无机保温材料由于起步较晚，在生产技术规范及装备方面相对来说更为落后，需要加快制定各种产品标准、规范，大力改进现有装备；公安部的通告，给了无机保温材料一个前所未有的发展机遇，无机保温材料取代有机保温材料是国家建筑防火安全、绿色节能的必然趋势，而无机保温材料高成本是制约这种取代的一个重要瓶颈。如何降低现有无机保温材料的生产成本是所有从业者面对的一个重要课题。

（2）绿色节能将成为无机保温材料的旗帜。防火安全是无机保温材料的基本属性，而绿色节能是无机保温材料可持续发展的根本保证，因而必须从原料的来源、无机保温制品的生产、使用及废弃无机保温材料的处理等方面综合考虑，原料方面可以考虑利用工业固体废弃物（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。废弃无机保温材料的处理要谨防无机保温材料成为环境的一个二次污染源，尽量做到资源的二次利用，在这一点泡沫陶瓷和泡沫玻璃将会有较大的优势。

（3）关于无机保温材料行业的几点建议

①国家应尽快出台一批扶持和鼓励政策，支持在建筑保温中以无机保温材料逐步取代有机保温材料，鉴于目前无机保温材料价格普遍偏高这个现状，对于采用无机保温材料体系的建筑应以经济补贴或减税扶持，对生产无机保温材料的企业应予各种政策优惠（如贷款扶持，基金扶持等）。国家可以出台系列鼓励无机保温材料发展的文件，给予无机保温材料行业以激励。

②国家应加大对无机保温材料研发的投入，包括科研单位的科研投入、中试企业的中试投入、产品研发企业及设备研发企业的科研投入。

③中国建材联合会、中国硅酸盐协会等上级协会，应大力支持无机保温材料的发展，并出台鼓励性文件。

④相关标准规范及测试方法应尽快出台。建议国家主管部门尽快制定无机保温材料各种标准及测试方法。否则，设计部门无标准可依，无机保温材料就难以应用。各企业应积极参与标准制定，支持标准制定。

4 结语

目前，我国无机保温材料面对一个前所未有的机遇和挑战，整体上还处于一个起步阶段（部分处于起步到繁荣发展的转折期），呈现出一种即蓬勃向上又多军混战的状态，预计经过3～5年的发展，整个行业将会逐步明朗化，各分类无机保温材料领域将形成3～5家中大型领头企业、几个知名品牌的局面。在今后3～5年内，我国将完成无机保温材料高速发展的条件准备，为大规模应用奠定各方面的基础。这些条件准备主要表现在：

（1）产品性能的完善；

（2）技术装备的完善、开发；

（3）市场的培育和扩大；

（4）各种标准及规范的制订与实施；

（5）企业规模的形成、企业数量的剧增以及企业品牌的树立。

届时，一个无机保温材料全面发展的辉煌时代将如期到来，我国无机保温材料将进入大规模应用的时期。至于无机保温材料中到底是泡沫混凝土还是泡沫玻璃，抑或是泡沫陶瓷能够脱颖而出，成为无机保温材料行业“真正宠儿”，我们将拭目以待。

1 公消[2011]65号.中华人民共和国公安部进一步明确民工建筑外保温材料消防建筑管理有关要求的通知

2 李晓明.“天炻”发泡功能陶瓷性能与应用.建材与设计,2012(7):18～20

3 陆凯安.膨胀珍珠岩及其制品的新用途和发展趋势.新型建筑材料，2007，（07），72～74

4 查珑珑.浅谈无机保温材料现在及发展方向.Research＆Applica TiOn of Building Materi Als，2012，（06），8～10

5 俞锡贤.浅谈无机隔热保温砂浆及其发展趋势.全国第十次防水材料技术交流大会论文集，2008

6 朱盈豹.无机保温的应用和发展前景.辽宁建材，2010，（02）:10～12