浅谈新型建筑陶瓷装饰材料

徐 波 刘继武 刘小云 杜夏芳

(1 中国建筑卫生陶瓷协会陶瓷板分会 北京 100044) (2 中国建材检验认证集团(陕西)有限公司 西安 710116)(3 咸阳陶瓷研究设计院 陕西 咸阳 712000)

陶瓷薄板、发泡陶瓷、干挂陶板、陶瓷透水砖、陶瓷保温新材料是近10年在建筑陶瓷领域出现的新型建筑材料，其主要用途是作为内墙、外墙装饰，幕墙饰面以及城市道路、墙体保温，是目前能够与绿色建筑配套的绿色环保建筑材料。下面分别介绍这几类产品的发展现状、特点和用途。

1 陶瓷薄板

1.1 陶瓷薄板的发展历史

20世纪80年代初，重视资源有效利用的日本最早提出陶瓷薄板概念。到2002年，意大利的System公司开发出干法陶瓷薄板制造技术，从而大大加快了陶瓷薄板的工业化生产的进程。

21世纪初，山东薄斯美公司、东龙(厦门)陶瓷有限公司通过塑性挤压成形生产陶瓷薄板，拉开了中国生产陶瓷薄板产品的帷幕。随后，日本TOTO公司等数家公司新建陶瓷薄板生产线；2006年，咸阳陶瓷研究设计院与陕西科技大学、广东蒙娜丽莎新型材料有限公司等共同承担国家“十一五”重大科技支撑项目陶瓷薄板产品及装备技术开发；2007年中国第一条由科达机电提供全线全套装备，蒙娜丽莎集团投资并提供工艺技术与应用的生产线投产成功，随后又在数家工厂得到推广。由我国两家企业合作生产出来的瓷质陶瓷薄板产品2010年送到意大利博洛尼亚参加国际展，得到了国外同行的一致好评。2011世界瓷砖标准化委员会ISO/TC 189会议在墨西哥召开，我国全国建筑卫生陶瓷标准化技术委员会SAC/TC 249代表中国提出了陶瓷薄板标准议案，代表了在该领域中国在世界上已经有了重要的话语权。

在陶瓷薄板的生产技术中最关键的是成形技术。目前主要包括干法压制成形、湿法挤压成形，前一种方法使用的是含水率为7%～8%的陶瓷粉料，后一种使用的是塑性泥料，也有采用Siti-B&T，独创Grestream方案压制。通常生产企业在烧成过程会采用二次烧成技术。陶瓷薄板的厚度控制在2～4 mm，尺寸最大可达1 400 mm×2 800 mm，现在已经制造出规格为1 400 mm×4 700 mm的产品。随着科技的进步，将会生产出各种规格尺寸的薄板产品。

陶瓷薄板的厚度只有普通砖的1/3，可达到一定范围的强度要求，可节约原料75%，降低能耗约 84%，它通过减少单位面积建筑陶瓷的原材料用量，节约了天然矿产资源，降低了生产能耗，同时在保持建筑陶瓷的功能特性的前提下，降低了建筑装饰的质量，是解决我国陶瓷砖生产高速发展带来的资源、能源紧张等问题的有效途径。在原料制备、成形技术、烧成工艺等方面均有所创新，具有较好的经济效益和社会效益。

1.2 陶瓷薄板的特点

1)无机建筑材料薄板具有薄、轻、大等特点，既有无机材料的优势性能，又摒弃石材、水泥制板、金属板等传统材料厚重高碳的弊端。

2)材料整体及其应用建筑陶瓷薄板系统A1级防火要求，完全满足日趋严格的设计、使用防火要求。

3)化工色釉与天然矿物经1 200 ℃高温烧成，可实现天然石材等各种材料的95%仿真度，质感好、色泽丰富，不掉色、不变形。

4)陶瓷薄板的断裂模数≥50 MPa，破坏强度≥800 N，吸水率≤0.5%，各项材料性能远超传统陶瓷、石材、铝塑板等材料。

1.3 陶瓷薄板的性能

1)耐腐蚀。耐化学品有机和无机溶剂，消毒剂和洗涤剂，容易清洗，不会影响表面和饰面。

2)表面卫生。不会把元素释放到溶液中，并且不会发霉或产生真菌和细菌。

3)防火性能好。陶瓷是防火并且耐热，一旦发生火灾，也不会释放有毒物质。

4)耐磨性好。其特别的表面结构和耐久性使其能耐刮擦和深度耐磨，频繁使用和清洗后仍能保持其优异的性能。

5)颜色牢固。能抵抗太阳光中的各种辐射，甚至在极端的气候条件下，陶瓷薄板仍能展现出完美的颜色稳定性。

6)防水防冻。因建筑陶瓷薄板的吸水率接近于零，因此防冻并且耐各种气候因素。

7)环保可回收。陶瓷薄板是使用稳定的原料制造出的完全自然的产品，不会向环境释放任何有害物质，并且在生产过程中易被碾磨和循环回收。

8)多功能性。建筑陶瓷薄板可与其他材料粘合，被精确的切割成各种尺寸，可以满足任何设计的需要。

1.4 应用领域

陶瓷薄板的应用领域主要有：作为环保、节能建筑的预处理铺贴材料或构件，现代建筑物内墙的铺贴装饰材料，现代建筑物内轻质薄型的间隔墙体材料，防潮防湿的装饰材料，部分替代木质三合板，防腐、防酸碱环境的装饰材料，与喷墨打印技术的结合制作出陶瓷板画，作为文化艺术载体材料使用。机场、车站、地铁、商场、商务办公大楼、宾馆、军用舰艇船只等大型公共建筑、高层建筑、节能建筑、家居建筑内墙装饰等更为适用。

2 发泡陶瓷

2.1 发泡陶瓷的现状

2005年，GB 50378-2006《绿色建筑评价标准》颁布，对绿色建筑所使用的建筑材料的保温隔热性能提出了很高要求，随后，建筑保温材料行业迅猛发展，有机无机材料纷纷出现。然而，近10年来的多起高层建筑的火灾引起了人们的深思，自2011年起，公安部曾颁布法令限制使用有机保温隔热材料，在此状况下，无机保温材料，尤其是陶瓷无机保温材料有了用武之地。高温多孔发泡陶瓷就是应运而生的一种新型不燃保温隔热材料。高温发泡陶瓷材料是经高温烧制，自然发泡生长而成，气孔间不贯通、不吸水，孔径为毫米级；具有耐火、隔声及装饰效果等优点，作为保温隔热等材料具有广泛的应用前景。

2.2 发泡陶瓷的基本原理

其基本原理是在材料组分中，引入适量高温发泡剂，并在材料的软化熔融温度范围内烧成。高温下材料基体与发泡剂相互共熔，发生化学反应，生成挥发性气体。通过控制烧成温度和时间，保证共熔化学反应生成的挥发性气体量在恒定范围内，使共熔反应平缓进行。由于材料熔体的高黏度性质，气体的挥发易引起材料整体膨胀，随着烧成温度的降低，熔体中气体挥发后的“熔洞”保存下来，材料内部呈现密集的闭孔气孔，最终获得了多孔性、轻质的材料结构。根据制备发泡陶瓷烧成的基本原理，要求有更宽的熔融温度范围，发泡陶瓷制品一般在1 200 ℃左右的温度下烧成。烧成过程中，其坯体处于(始)熔融状态，要求发泡陶瓷坯料具有比普通陶瓷较低的始熔温度。其配料以长石、瓷石类熔剂性原料为主，再引入适量玻璃粉等低熔点原料，可较大限度地降低材料的始熔温度。发泡陶瓷通常采用压制成形及粉料直接烧成法，故对坯料的性能要求不高。组分中塑性原料用量一般控制在20%左右，另外组分引入少量滑石、萤石、白云石等助熔剂是调节材料熔体高温黏度的较好方法。

2.3 发泡陶瓷的性能

1)热传导率低。导热系数为0.08～0.10 W/(m·K)，与保温砂浆相当；隔热性能好，可充当外墙外保温系统的隔热保温材料。

2)不燃、防火。经1 200 ℃以上的高温煅烧而成，燃烧性能为A1级，具有电厂耐火砖式的防火性能，是用于有防火要求的外保温系统及防火隔离带的理想建筑材料。

3)耐老化。陶瓷类的无机保温材料，耐久性好，不老化，完全与建筑物同寿命，是常规的有机保温材料无法比拟的。

4)相容性好。与水泥砂浆、混凝土等相容性好，粘接可靠，膨胀系数相近，与高温烧制的传统陶瓷建材一样，热胀冷缩下不开裂、不变形、不收缩，双面粉刷无机界面剂后与水泥砂浆拉伸粘接强度可达到0.2 MPa以上。

5)吸水率低。吸水率极低，与水泥砂浆、饰面砖等能很好地粘接，作为外贴饰面砖安全可靠，不受建筑物高度等限制。

6)耐候性能好。阳光暴晒、冷热剧变、风雨交加等恶劣气候条件下性能稳定不变形、不老化、不开裂。

2.4 发泡陶瓷的应用领域

高温发泡陶瓷材料具有质轻、耐火、保温、隔声、防水、抗磁、机械强度高、抗腐蚀、耐老化等性能，具有广泛的用途。其颗粒状产品发泡陶粒最早作为轻质、不吸水材料用于建筑混凝土中，制作混凝土保温砂浆，现在主要用作绿色建筑外墙保温隔热材料，另外又可作为介质材料应用于多种行业的生产工艺中。经过表面处理的具有装饰效果的大发泡陶瓷产品作为装饰材料早已流行于欧美、日本的装潢业，尤其适用于室内文化艺术墙装饰。将发泡陶瓷材料制成板块状制品，军事上可用作舰船上的防火、抗磁、防沉没的材料；民用上可用于墙体保温、减重、地下、水下及其它特殊领域的工程材料中。同时，高温发泡陶瓷系列材料经高温烧制，其生产过程无中间污染物生成，对生态环境不会产生二次污染。

2.5 发泡陶瓷的发展前景

高温发泡陶瓷的工艺技术原理虽较复杂，但生产工艺流程易于控制，使用的原材料均是价格低廉的陶瓷原料或工业废弃物。不需较多的资金投入，即可在原建筑陶瓷生产线上进行工业化高温发泡陶瓷的生产。高温发泡陶瓷材料是一种性能优异的无机非金属材料，随着市场对该材料需求的增加，将愈来愈体现出它的优异性能和市场价值。

3 干挂陶板

干挂陶板是以天然陶土为主要原料，添加少量石英、浮石、长石及色料等其它成分，经过高压挤出成形、低温干燥及1 200 ℃的高温烧制而成，作为建筑幕墙用材料，具有绿色环保、无辐射、色泽古朴、无光污染等优点。

3.1 干挂陶板的发展历史

干挂陶板最初起源于德国，Thomas Herzog于1980年代设想将屋顶瓦应用到墙面，最终根据陶瓦的挂接方式，发明了用于外墙的干挂体系和幕墙干挂陶板，并由此成立了一个专门生产干挂陶板的工厂。1985年第一个干挂陶板项目在德国慕尼黑建成。在随后的几年中，干挂陶板逐渐完善挂接方式，由最初的木结构最终完善到现在的两大幕墙结构系统(有横龙骨系统和无横龙骨系统)。我国的干挂陶板市场供应有很长一段时间完全依赖于海外进口，由于运输成本高，供货周期长，且安装技术服务难以及时到位，制约了干挂陶板在我国的推广使用。2006年瑞高(浙江)建筑系统有限公司成为中国首家自主研发、生产干挂陶板的建材企业，从而实现了干挂陶板在我国市场上从无到有的历史转变。公司经历了10多年的发展，紧跟国际建筑发展的步伐，不断刷新着中国干挂陶板市场的历史记录——首个向市场推出釉面干挂陶板产品系列的干挂陶板生产厂家，拥有最多样化的干挂陶板生产线的生产厂家；目前成功地研制出陶板与其他材料结合的组装吊装式安装工艺，干挂陶板在我国逐渐成为节能建筑材料特点的新生幕墙材料行业，受到全国建筑陶瓷行业的企业竟相追捧。随后，咸阳陶瓷研究设计院与福建华泰集团有限公司共同承担并完成了国家重大科技支撑项目“环保型陶瓷保温砖”等，经过不断创新，不断向新的领域拓展，正在立项用太湖淤泥作为原料来制作陶板、劈开砖及发泡陶瓷，近期又研制出陶板与微晶玻璃的结合产品，进一步提高陶板的品质和陶板在建筑中的应用范围。

截止2013年底，国内已经有40多条干挂陶板生产线，年产量达到3 000～5 000万m2，需求量也在逐渐增加，从生产能力到研发投入方面越来越受到重视。

3.2 干挂陶板的分类

按照结构，干挂陶板产品可分为单层干挂陶板、双层中空式干挂陶板、陶土百叶、陶管、陶棍以及陶板配件；按照表面效果分为自然面、喷砂面、凹槽面、印花面、波纹面及釉面。双层干挂陶板的中空设计不仅减轻了干挂陶板的自重，还提高了其透气、隔音和保温性能。

3.3 干挂陶板的规格

干挂陶板常规厚度为15～40 mm不等，常规长度为300 mm、 600 mm、900 mm、1 200 mm、1 500 mm、1 800 mm，常规宽度为200 mm、 250 mm、300 mm 、450 mm、500 mm、550 mm、 600 mm；另外，干挂陶板可以根据不同的安装需要进行任意切割，来满足建筑风格的需要。

3.4 干挂陶板的性能

干挂陶板的颜色是陶土经高温烧制后的天然颜色，通常有红色、黄色、灰色3个色系，色彩古朴自然，适用于需要体现文化品位与历史积淀的建筑；也可以在浅色陶土中加入高温色料调色制成颜色丰富、色泽莹润温婉的产品。近两年来，部分陶板生产厂家把陶瓷砖中的淋釉技术和喷墨打印技术应用于陶板，生产出更加绚丽多彩的陶板产品，能够满足建筑设计师和业主对建筑外墙颜色选择的各种要求。

3.5 干挂陶板的优点

1)材料环保。由天然陶土配石英砂，经过挤压成形、高温煅烧而成，没有放射性，耐久性好；颜色历久弥新，主要为天然陶土本色，色泽自然、鲜亮、均匀，不褪色，经久耐用，赋予幕墙持久的生命力；空心结构，自重轻，同时增加热阻，具有保温作用。

2)颜色丰富。不上釉的外墙挂板拥有20多种颜色，有深红、铁锈红、天然红、粉红、橙红、浅褐、沙黄、蓝灰、，珠光灰、铁灰色、火山灰、瓦灰等颜色。这些都是陶土的天然本色(没有任何油漆和釉涂料)，因此可以随意地根据需要来切割而不影响外观效果。还有多种可选的表面形式：自然面的、施釉的、拉毛的、凹槽的、印花的、喷砂的、波纹的、渐变的等。

3)易清洁。由于干挂陶板的物理化学性能的稳定性及其表面经过一些特殊处理，其产品具有耐酸碱，抗静电的作用，所以不会吸附灰尘；另外更具等压雨幕原理，没有分解掉的脏东西会随着雨水冲刷而恢复干净，永保温润原始色泽。

4)机械性能优异。 陶土板技术性能稳定，抗冲击能力强，满足幕墙的风荷载设计要求；它耐高温，抗霜冻能力强；阻燃性好，安全防火;干挂陶板绿色环保，是可循环再生的一种新型建筑材料。

5)结构设计便于安装更换。干挂系统的组合安装设计，在局部破损的情况下干挂陶板可单片更换，维护方便；陶土板的高强度能够满足不同尺寸的任意切割要求；陶土板幕墙设计结构合理、简洁，能最大限度地满足幕墙收边、收口的局部设计需要，安装简单方便，无论是平面、转角或其它部位，都能保持幕墙立面连贯、自然、美观。

6)与建筑的兼容性好。陶土板具有温和的外观特质，容易与玻璃、金属搭配使用；可以减少光污染，增加墙面的抗震性；色泽温润柔和，可增加建筑本身的人文气息。

7)配套成本低。由于陶土板质量轻，因此陶土板幕墙支撑结构要求比石材幕墙更为简易、轻巧，节约幕墙配套成本。

3.6 干挂陶板的安装

干挂陶板进入我国以来，由于中国不同于欧洲的台风气候及地震条件，国内的干挂陶板技术专家对幕墙体系进行了技术革新，推出了更为适合国内环境的干挂陶板幕墙体系。综合来看，我国干挂陶板具有以下特点：

1)具有开敞式和密闭式两种防水系统解决方案。开放式:开场式安装根据等压雨幕原理进行拼接设计，具有很好的防水功能。在接缝处不用打密封胶，可以避免干挂陶板受污染而影响外观效果。密闭式:密闭式安装采用干挂陶板专用密封胶嵌缝，系统的防水功能得到更好的保障。干挂陶板背后形成密闭的空气层，具有更好的保温节能功效。

2)增加安装垫片。 干挂陶板和挂接件、挂接件与横梁之间以柔性绝缘垫片隔开，可提高系统的抗震性能，避免解决不同金属材质之间的电解腐蚀，并可消除噪声和变形。

3)外墙保护。 干挂陶板继承了陶土的稳定特性，作为建筑幕墙材料，保护着建筑墙体免受恶劣天气和空气污染的侵蚀。既减少了建筑维护成本，又延长了建筑结构的使用寿命。

4)保温隔音。双层干挂陶板具有空腔的结构，安装时干挂陶板背部有一定的空间，可有效降低传热系数。整个体系可以起到保温和隔音的功效，降低了建筑能耗，节约了能源。

5)通风。 建筑物的湿气可以透过建筑墙体被流动的空气带走，避免产生冷凝水，使建筑外墙保持干燥。

6)抗风压及抗震。经过改进的干挂陶板系统，提高了干挂陶板幕墙抗震性，可达10 °抗震设防以上，特别适合于有抗风压及抗震要求的建筑。

7)安装竖缝胶条。封闭式安装竖缝选用EPDM胶条，它具有防水、防侧移、防撞三重功能，可防止大量的水进入干挂陶板内侧，防止干挂陶板侧向移位，防止相邻干挂陶板之间碰撞。

8)排水系统。开放式系统在每个窗口的上方、左右两侧均安装导水板，大面积的干挂陶板幕墙每3个楼层设置一道导水板，该导水板可将干挂陶板内侧的冷凝水和从安装缝中渗入的微量水导流到幕墙外侧。

4 陶瓷透水砖

陶瓷透水砖是采用自动化的成形工艺和先进的窑炉设备，选用矿渣废料、废弃的陶瓷为原料，经两次成形，高温烧成，属于绿色环保产品，受到同行专家的一致好评，并被推荐为理想的路面铺设建筑材料，可广泛适用于公园、广场、人行道、停车场、住宅区等，营造出格调高雅，绚丽多彩的城市景观，从而美化人们的生活环境。

4.1 陶瓷透水砖的发展历史

早在20世纪70年代日本INAX公司就研制出以废瓷砖、玻璃、纤维为原料，经压制成形、烧结而成的一种透水系数为1.0×10-2cm/s的陶瓷透水砖，被广泛用于人行道、公园等地。德国、澳大利亚等国相继也有大量使用透水砖铺贴路面。

在此背景下，咸阳陶瓷研究设计院于2000年率先申报了科技部社会公益研究专项资金项目——“高透水性环保陶瓷砖的研究开发”，并于2001年11月通过陕西省科技厅组织的鉴定，制订了“透水砖”行业标准，有力地推动和促进了陶瓷透水砖的生产。目前做得较好的是江西绿岛科技有限公司，其产品以出口为主,在江西等地也已经开始使用，此项目具有广阔的发展前景。

4.2 陶瓷透水砖的特点

1)能够大量吸收自然降水，迅速透过地表，适时补充地下水资源。

2)透气、透水性好，能够调节地表的温度和湿度，消除“热岛现象”，维护地表生态平衡。

3)使雨天路面无积水，防止夜间反光，提高车辆行驶及行人的安全性与舒适性。

4)可吸收车辆行驶产生的噪音，创造安静舒适的交通环境；

5)经高温烧结而成，抗压、抗折强度均高于建材行业铺设材料标准；

6)产品规格齐全、色彩繁多，可铺设出格调高雅的城市景观；

7)在洪水泛滥地区，有抑制洪水的作用；

8)可消除雾霾。

5 陶瓷保温新材料

咸阳陶瓷研究设计院承担的“十二五”无机防火外墙保温板成套技术与示范课题，已成功研制出玻化粒料保温陶瓷板，为防火A级外墙保温板又添新品。

5.1 生产原理

这项技术原料处理借助珍珠岩膨化技术，成形采用陶瓷砖半干压成形工艺技术，烧成采用辊道窑烧成工艺。经过对珍珠岩、页岩、蛭石等各种易膨化矿物的膨化、玻化等改性处理，加入各种陶瓷结合剂和添加剂成形，烧成，能满足外墙保温及防火使用效果的产品。

5.2 技术及产品的创新点

1)不同于传统发泡陶瓷制作工艺，区别于玻化成瓷过程中发泡成孔机理，充分利用膨化粒料的低导热特性，以保证板材具有较低的导热系数。板材一次成形产品变形小、规格多。

2)使用粒料的膨化及表面玻化技术，实现无机板料低密度、低导热及憎水性能。

3)经过高温烧制，其产品有别于之前的免烧产品，具有良好的耐久性和防火性。

5.3 常用几种保温材料的性能(见表1)

表1 常用保温绝热材料的主要性能

我国的建筑能耗量约占全国总用能量的1/4，居耗能首位，因此建筑节能则是国家节能工作的重中之重。近年来我国建筑业得到了快速的发展，需要大量的建造和运行使用能源，尤其是建筑的采暖和空调耗能。据建设部门的统计表明，不仅现有近420亿m2建筑中的99%为高耗能建筑，新建建筑中95%以上仍属于高耗能建筑，单位建筑面积采暖能耗为发达国家新建建筑的3倍以上。按照目前建筑能耗水平发展，到2020年，我国建筑能耗将达到10亿t标准煤，超过2000年的3倍空调高峰负荷将相当于10个三峡电站满负荷产能。

每平方米建筑面积所需保温面积约为0.8 m2,那么光现有需要保温改造的建筑面积就有332.6亿m2,再加上新建建筑的保温需求市场容量可谓巨大。而能够达到A级阻燃、耐久年限不低于25年使用寿命的规定的保温材料屈指可数。玻化粒料陶瓷保温板不仅具有以上优异性能、同时成本较低，与目前的EPS板相比成本稍有增加，但其良好的耐久性足以抵消增加的成本。

6 结语

陶瓷薄板、发泡陶瓷干挂陶板、透水砖、陶瓷保温新材料是近年来在建筑陶瓷领域出现的新型建筑材料，是世界建筑材料史上的一系列新型材料，是传统材料与现代建筑相结合的产物，它将传统材料与现代建筑有机地结合在一起。鉴于此，现代建筑在材料的运用上，不再片面地追寻新材料，而是更加尊重其地域性和传统文化渊源。目前国内、外建筑材料的选材已经由以前的单一追求现代化、科技含量高，逐渐转向追求天然环保、节能降噪的以人为本。而这几种材料所特有的天然的色彩、环保的材料及节能防噪的优势，适应了建筑材料需求大势所趋的人性化倾向，由其所组成的建筑陶瓷材料具有独特的艺术气息，色彩鲜亮华丽，质感淳朴，是打造城市建筑新形象的幕墙面板及城市道路理想材料，从而得到了业内的建筑师、开发商、设计师、幕墙公司及材料商等各方面人士的认可和青睐，这也是陶瓷板材幕墙系统、保温材料、陶瓷道路透水砖在我国能够迅速发展的原因。