浅谈功能性建筑材料共性技术开发的现状

时间：2020-03-18 05:13:09 来源：千叶帆本文已影响人

摘要：随着我国工业化建设发展迅速，随之而来的交通运输、城市化发展也是突飞猛进。但发展所带来的环境噪声污染、住宅建筑能耗高等问题也是日益严重，需要对具有产业共性特点的建筑功能特种陶瓷进行技术集成开发及产业化。本文对新型吸声功能材料、隔热环保建筑材料、蓄能自发光功能材料、自清洁功能材料的研究现状进行了阐述，对建筑功能特种陶瓷产品的应用技术及市场前景提出了展望。

关键词：建筑行业；吸声功能陶瓷；保温隔热功能陶瓷；蓄能发光功能陶瓷；自洁功能陶瓷；研究；展望

1 引言

我国工业化建设发展迅速，随之而来的交通运输、城市化发展也是突飞猛进，但所造成的环境噪声污染也变得日益严重，便捷的公共交通可有效解决城市交通拥堵和减少大气污染。工业化让城市更先进、更富裕，但交通运输、工业化设备运转都会产生较大的噪音，严重影响人们的生活和健康。噪声污染的防治及控制是城市建设及设计、公路及轨道设计的重要内容，采用必要的隔声设备和特殊的隔声构造的同时，使用吸声材料是解决这一问题的关键手段。

住宅建筑能耗一直较高，全国能耗近三分之一来自高耗能建筑的采暖（制冷）能耗，而房地产行业每年输出的近20亿m2新建建筑中有95%就属于高能耗建筑，预测未来的12年内，我国还将新增约200亿m2建筑。也就意味着采用节能措施，推行建筑节能材料，是当今材料发展的重要方向之一。

在道路交通中结合蓄光型自发光材料制成的标志，可广泛应用于道路警告标志、禁令标志、指示标志、旅游区标志、道路施工安全及设施、可变信息标志灯等方面，人们在黑暗、多雾、天气恶劣的情况下也能清楚地辨认出，降低交通事故的发生率，使公路交通的引导更便利、周到。经过2009年金融危机后的中国正在提速高速公路网的主骨架建设，预计到2020年我国高速公路通车里程可达10万公里，蓄光型自发光功能材料的应用将有很大的前景。

同时，随着居住要求的不断提高，人们对生态环境的重视程度也越来越高，致力于利用自然条件和人工手段来创造一个更舒适、健康的生活环境，同时又要控制自然资源的使用，保持建筑外观的美丽洁净。而具有自我清洁性能的功能材料备受人们关注，意味它不仅降低了清洗剂等化工产品对环境的污染，同时通过自身不断净化大气中的污染物，起到洁净空气的作用。随着城市化进程发展加速，自洁净建筑材料的需求将显著增加。

2 吸声功能材料与隔热建筑材料的发展现状

早在2006年，国外就已经有人在研究普通陶瓷吸音板的基础上，研制出一种复合型陶瓷吸音板。这种吸音板是在氧化物陶瓷颗粒中添加有机粘结剂，如：环氧、聚氨酯、丙烯酸、聚酯等，其效果相当于粘结剂与水玻璃混合，用作底层料，用具有大量气孔和连通孔的金属发泡物质（如：铝、铜、锌）复合加压成型，在低于金属发泡物熔点温度下烧结而成。这种陶瓷吸音板在保持良好吸音性的同时，更轻质、耐热冲击性大幅提高，其应用效果更好。

2007年，国外某企业以玻璃粉和硅酸钙水化物为主要原料，采用脱水成型、干燥、烧结工艺，研制出一种轻质陶瓷材料。该材料具有隔热保温、吸音等功能，宜用来生产建筑材料、隔热保温材料及吸音材料，其材料密度为1.02 g/cm3、抗折强度为18.3 MPa、导热系数为0.21 kcal/mh·℃、吸水率为0.5%。

国内许顺红[1]等人综述了在环境污染治理中运用泡沫陶瓷于吸声降噪领域，并预测了泡沫陶瓷在环境中的应用前景和发展趋势。周曦亚[2]等人研究了吸声材料吸声原理的因素、种类及其特点，并分析了陶瓷吸声材料的优点，并对陶瓷吸声材料的研究进展做了介绍。刘占卿、王东锋[3]等人对多孔陶瓷材料的吸声性能试验进行了分析，此处多孔陶瓷材料是利用筛选过的工业废料陶瓷颗粒，压制或烧结后形成的新型吸声材料，与传统共振、多孔吸声材料相比，具有吸声性能好、耐腐蚀、耐高温、耐高压等特点，可广泛应用于航空发动机试车台及航天发射领域，通过仿真对比，分析了多孔陶瓷吸声材料与微穿孔板材料间的吸声性能，为陶瓷吸声材料的实际应用提供了借鉴。

国内专利ZL.00104642公开了一种由陶瓷块构成的陶瓷吸声材料，在耐火粘土和耐火粘土熟料的成分中加入可燃性成孔材料，并烧结该掺合物，它具有大多数直径为0.2～2000 μm的连通孔，其中表面上形成大量吸声孔或吸声槽，仅在除吸声孔或吸声槽的内周边表面和底表面之外的表面上涂敷釉，从而形成填满连通孔的一个釉面层，该釉面层基本上没有空气渗透性，该多孔陶瓷吸声材料吸声性能和耐候性优异。

侯来广、曾令可[4]等人以陶瓷抛光砖废料、黏土、水泥及其它添加剂为包裹料，以膨胀珍珠岩为核心，经包裹成球后自然养护得到轻质夹心型陶粒。并以该陶粒为轻骨料，添加少量膨胀珍珠岩，以水泥、粉煤灰为胶结材料制备的吸声材料，并通过试验分析了材料中胶凝材料和发泡剂的用量、厚度以及表面形态、背后空腔对材料吸声性能的影响。曾令可课题组还对陶瓷废料制备的吸音材料做了较深入分析，采用一般混凝土的成型方法研制成一种新型无纤维多孔吸音材料，并对材料的容重、厚度、孔隙率等因素对吸音性能影响进行了分析。

国外东芝陶瓷公司开发了一种多孔陶瓷吸音材料，它由废弃的无机烟尘，如热电站产生的烟尘制造，其主要成分是二氧化硅。这种具有微米级超细微孔的二氧化硅通过吸收声能转化为热能削弱声音的传播。制备这种陶瓷时，在烟尘中加入一种特殊的添加剂，然后进行煅烧和固化，在过程中形成多孔材料。对声波的吸收，400 Hz范围为30.7 dB，1000 Hz时为42.9 dB。材料还具有轻，隔热和好的耐气候性能。这种吸音材料可用来建造高速铁路和铁路沿线的减声屏障墙。

3 蓄能发光功能材料的研究现状

2001年，芬兰有一种用发光水泥建造的夜光公路，这种利用蓄光型自发光材料支撑的发光水泥可直接利用阳光和来往车灯的光照储藏能量，夜间就会闪闪发光，显示出道路的各种标志，划分车道和区分路段，构成夜光公路，既给公路夜景增光添彩，又方便了夜行车辆，有利于交通安全。

张玉奇[5]等对蓄光发光材料SrAl2O4：Eu2+Dy3+及其常温磷光光谱进行了分析，中国专利申请号01125038.2001提到了发光-反光标志带及其制造方法的相关内容。国内张永强[6]等人分别就第三代稀土蓄光型发光材料在制备方法上指出了高温固相法由于对设备要求过高，粒子易团聚，需球磨减小粒径，从而使发光性能降低。采用化学方法的共沉淀法和溶胶凝胶法可大幅降低煅烧温度，产物物相纯度高、颗粒粒径小，同时材料的性能得到大幅度的提高，化学方法制备材料是合成稀土蓄光型发光材料的有效方法。

张春辉[7]等人就稀土掺杂蓄光发光玻璃进行了实验研究，试验以低熔点硼硅酸盐玻璃作为基材，掺杂Eu2+Dy3+共激活的铝酸锶长余辉发光材料，采用两步法合成了发光性能良好的蓄光型发光玻璃，并对影响其发光性能的因素进行了讨论分析。表明长余辉发光粉的掺杂量和合成温度对发光玻璃的成型、透明度和发光性能都有显著影响，材料的熔融时间和研磨程度对玻璃的发光性能也有较大影响。

裴秀娟[8]就蓄光性长余辉高亮度荧光陶瓷进行了研制，指出采用具有耐高温及高发光效率的新型蓄光粉是获得良好蓄光性发光陶瓷的前提条件，最佳的基础釉成分和最佳的制备工艺过程是获得理想的长余辉、高亮度及良好的釉面质量的蓄光性荧光陶瓷的关键。

4 自洁功能陶瓷的研究现状

史载锋[9]等就TiO2陶瓷光催化自洁杀菌性能进行了研究，试验结果表明，TiO2陶瓷无论在弱的紫外灯还是太阳光下对甲醛和红城湖水均有很好的催化降解和灭菌作用。不同浓度的甲醛净4 W低压汞灯和太阳光照射1 h后，灭菌率均为99%以上。通过太阳光和紫外灯的对比可知，TiO2陶瓷的光催化降解有机物和灭菌作用显著，具有实际应用的可行性。

沈毅[10]等人对光催化自洁净陶瓷进行了分析，提出了自洁净陶瓷的市场前景广阔。周桂欣[11]应用特性纳米材料改善日用细瓷釉面质量，研制开发了一种特性纳米陶瓷材料，并将其制备成气雾剂，高压喷涂在光滑的陶瓷制品釉面上，通过纳米粒子自动修补釉面晶格缺陷，可以在常温、常压下产生质地致密且性能优异的陶瓷，使产品具有自洁、防污、耐磨等功能。制备了铅镉溶出量<1 ppm，釉面硬度高、釉面光滑、洁白，不吸附茶垢、咖啡垢、油垢，易清洗，釉面质量大为提高的产品。

2002年，日本TOTO公司开发的海洁特氧化钛瓷砖，是将光触媒氧化钛涂在瓷砖表面凝固烧成。用于外墙的海洁特氧化钛瓷砖，其独特的光触媒氧化钛的作用同时产生超亲水性和分解力两种功能，能自动吸收空气中的有害物质氮氧化物和硫化物，使之氧化变成无害物质。就像森林依靠光合作用净化空气一样，依靠光触媒氧化钛的作用来净化大气中的污染物。

5 建筑功能特种陶瓷产品的市场前景

（1）吸声功能陶瓷

我国城市化发展的速度越来越快，随之而来的工业、交通、施工等带来的噪声污染也日益影响人们正常生活，国内相继出现吸声材料的研制和国外技术的引入，并应用于工程实践中。目前，市场上对吸声材料和结构的要求除了原有的吸声系数高、安装方便的特性外，外观美观、材料环保、防火防尘等都成为了重要因素，而吸声陶瓷材料不但满足于以上特性，更具有使用寿命长、防潮、防水、防蛀以及防静电、防紫外线等特点，对比现有的陶粒吸声制品以及多孔吸声砖又具有规格大、容易施工的优势，具有显著的市场竞争力。

（2）保温隔热功能陶瓷

随着对建筑节能的重视，具有保温、隔热效果的无机材料受到了极大关注，有着巨大的应用前景和发展潜力，特别是高强度的隔热陶瓷材料，能克服现有建筑外墙外保温所使用的材料单一，耐久性差等问题。保温隔热功能陶瓷产品可集轻质、隔热等多种特点为一体，市场前景非常广阔，有待大力开发。

（3）蓄能发光功能陶瓷

目前，西方发达国家要求强制性使用自发光安全标志系统。如：德国法兰克福机场、德国电信中心大楼、美国波音飞机、英国伦敦地铁、挪威船级社认可的船只等。在国内，三峡工程、上海地铁、东方明珠电视塔等也都使用了自发光安全标志系统。多个城市轨道交通已采用稀土蓄光型自发光材料作为其安全疏散标志，彻底整改地铁安全隐患。当前，安全疏散标志中主要有发光标牌、发光牌、发光膜、发光地砖这三种方式，发光标牌一般放在醒目的位置或离地面30公分处，这是最常用的方式；另一种采用发光膜作为指示标志，其优点是可直接贴在底面或墙面上而不破坏原有的建筑，使用方便，可根据需要随意更改标志位置，缺点是标志不耐磨，后期维护成本高。因此，在新建公共场所中地铁指示中已广泛采用发光地砖模式，其优点是直接嵌入地面，表面采用防水、耐磨的材料，经久耐用。我国是稀土原料大国，蓄光型发光材料生产成本低、应用性能良好，蓄能发光功能陶瓷产品市场前景广阔。

（4）自洁功能陶瓷

当前陶瓷墙地砖以其装饰效果好，质感突出，防污能力强赢得了广大用户的认可和青睐。但目前开发大多在花色与图案上进行，模拟自然界的天然石材、木材等，随着对生活质量要求的提升，人们对功能性的材料要求也越来越多，目前国内外陶瓷产品在绿色环保及健康功能上的开发主要还集中应用在卫生洁具等产品上，使用空间受到限制。具有自清洁功能的陶瓷产品，不但可以减少清洁所带来的麻烦和清洗剂的化学危险性，还可以降低污染、净化环境，有益于身体健康，普遍适用于宾馆、商场、家居等建筑内外墙装修。具有广阔的市场前景和推广应用价值。

6 结语

对建筑功能特种材料进行研究，特别是可针对建陶行业广泛推广，市场普遍接受的功能制品集成开发，包括道路吸声降噪材料、建筑节能的隔热保温材料、交通及安全应用的蓄能发光材料、改善居住环境的自清洁材料，可实现普遍陶瓷功能化的目的。开发高附加值功能性陶瓷产品，将新功能材料及技术进行产业化示范，对推进陶瓷行业功能化、环保化以及促进传统陶瓷行业转型、带动建材产业提升具有重要意义。

参考文献

[1] 许顺红，查振林. 泡沫陶瓷在环境污染治理中的应用[J]. 中国环

保产业，2008（3）.

[2] 周曦亚，凡波. 吸声材料研究的进展[J]. 中国陶瓷，2004（5）.

[3] 刘占卿，王东锋，刘瑞涵，等. 多孔陶瓷材料的吸声性能试验分析

[J]. 装备指挥技术学院学报，2009（4）.

[4] 侯来广，曾令可，王慧，等. 利用抛光砖废料制备包裹型免烧陶粒

的研究[J]. 新型建筑材料，2006（8）.

[5] 张玉奇，郑泽根，黄佳木，等. 蓄光发光材料SrAl2O4：Eu2+，Dy3+

及其常温磷光光谱分析[J]. 无机化学学报，2003（10）.

[6] 张永强，杨仕清，张万里，等. 第三代稀土蓄光型发光材料的研究

进展[J]. 稀土，2005（1）.