淺談功能性建筑材料共性技術(shù)開發(fā)的現(xiàn)狀

劉俊榮+張緹+梁耀龍+封珍+牛金耀

摘 要：隨著我國工業(yè)化建設(shè)發(fā)展迅速，隨之而來的交通運(yùn)輸、城市化發(fā)展也是突飛猛進(jìn)。但發(fā)展所帶來的環(huán)境噪聲污染、住宅建筑能耗高等問題也是日益嚴(yán)重，需要對具有產(chǎn)業(yè)共性特點(diǎn)的建筑功能特種陶瓷進(jìn)行技術(shù)集成開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化。本文對新型吸聲功能材料、隔熱環(huán)保建筑材料、蓄能自發(fā)光功能材料、自清潔功能材料的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了闡述，對建筑功能特種陶瓷產(chǎn)品的應(yīng)用技術(shù)及市場前景提出了展望。

關(guān)鍵詞：建筑行業(yè)；吸聲功能陶瓷；保溫隔熱功能陶瓷；蓄能發(fā)光功能陶瓷；自潔功能陶瓷；研究；展望

1 引言

我國工業(yè)化建設(shè)發(fā)展迅速，隨之而來的交通運(yùn)輸、城市化發(fā)展也是突飛猛進(jìn)，但所造成的環(huán)境噪聲污染也變得日益嚴(yán)重，便捷的公共交通可有效解決城市交通擁堵和減少大氣污染。工業(yè)化讓城市更先進(jìn)、更富裕，但交通運(yùn)輸、工業(yè)化設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)都會產(chǎn)生較大的噪音，嚴(yán)重影響人們的生活和健康。噪聲污染的防治及控制是城市建設(shè)及設(shè)計(jì)、公路及軌道設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，采用必要的隔聲設(shè)備和特殊的隔聲構(gòu)造的同時(shí)，使用吸聲材料是解決這一問題的關(guān)鍵手段。

住宅建筑能耗一直較高，全國能耗近三分之一來自高耗能建筑的采暖（制冷）能耗，而房地產(chǎn)行業(yè)每年輸出的近20億m2新建建筑中有95%就屬于高能耗建筑，預(yù)測未來的12年內(nèi)，我國還將新增約200億m2建筑。也就意味著采用節(jié)能措施，推行建筑節(jié)能材料，是當(dāng)今材料發(fā)展的重要方向之一。

在道路交通中結(jié)合蓄光型自發(fā)光材料制成的標(biāo)志，可廣泛應(yīng)用于道路警告標(biāo)志、禁令標(biāo)志、指示標(biāo)志、旅游區(qū)標(biāo)志、道路施工安全及設(shè)施、可變信息標(biāo)志燈等方面，人們在黑暗、多霧、天氣惡劣的情況下也能清楚地辨認(rèn)出，降低交通事故的發(fā)生率，使公路交通的引導(dǎo)更便利、周到。經(jīng)過2009年金融危機(jī)后的中國正在提速高速公路網(wǎng)的主骨架建設(shè)，預(yù)計(jì)到2020年我國高速公路通車?yán)锍炭蛇_(dá)10萬公里，蓄光型自發(fā)光功能材料的應(yīng)用將有很大的前景。

同時(shí)，隨著居住要求的不斷提高，人們對生態(tài)環(huán)境的重視程度也越來越高，致力于利用自然條件和人工手段來創(chuàng)造一個(gè)更舒適、健康的生活環(huán)境，同時(shí)又要控制自然資源的使用，保持建筑外觀的美麗潔凈。而具有自我清潔性能的功能材料備受人們關(guān)注，意味它不僅降低了清洗劑等化工產(chǎn)品對環(huán)境的污染，同時(shí)通過自身不斷凈化大氣中的污染物，起到潔凈空氣的作用。隨著城市化進(jìn)程發(fā)展加速，自潔凈建筑材料的需求將顯著增加。

2 吸聲功能材料與隔熱建筑材料的發(fā)展現(xiàn)狀

早在2006年，國外就已經(jīng)有人在研究普通陶瓷吸音板的基礎(chǔ)上，研制出一種復(fù)合型陶瓷吸音板。這種吸音板是在氧化物陶瓷顆粒中添加有機(jī)粘結(jié)劑，如：環(huán)氧、聚氨酯、丙烯酸、聚酯等，其效果相當(dāng)于粘結(jié)劑與水玻璃混合，用作底層料，用具有大量氣孔和連通孔的金屬發(fā)泡物質(zhì)（如：鋁、銅、鋅）復(fù)合加壓成型，在低于金屬發(fā)泡物熔點(diǎn)溫度下燒結(jié)而成。這種陶瓷吸音板在保持良好吸音性的同時(shí)，更輕質(zhì)、耐熱沖擊性大幅提高，其應(yīng)用效果更好。

2007年，國外某企業(yè)以玻璃粉和硅酸鈣水化物為主要原料，采用脫水成型、干燥、燒結(jié)工藝，研制出一種輕質(zhì)陶瓷材料。該材料具有隔熱保溫、吸音等功能，宜用來生產(chǎn)建筑材料、隔熱保溫材料及吸音材料，其材料密度為1.02 g/cm3、抗折強(qiáng)度為18.3 MPa、導(dǎo)熱系數(shù)為0.21 kcal/mh·℃、吸水率為0.5%。

國內(nèi)許順紅[1]等人綜述了在環(huán)境污染治理中運(yùn)用泡沫陶瓷于吸聲降噪領(lǐng)域，并預(yù)測了泡沫陶瓷在環(huán)境中的應(yīng)用前景和發(fā)展趨勢。周曦亞[2]等人研究了吸聲材料吸聲原理的因素、種類及其特點(diǎn)，并分析了陶瓷吸聲材料的優(yōu)點(diǎn)，并對陶瓷吸聲材料的研究進(jìn)展做了介紹。劉占卿、王東鋒[3]等人對多孔陶瓷材料的吸聲性能試驗(yàn)進(jìn)行了分析，此處多孔陶瓷材料是利用篩選過的工業(yè)廢料陶瓷顆粒，壓制或燒結(jié)后形成的新型吸聲材料，與傳統(tǒng)共振、多孔吸聲材料相比，具有吸聲性能好、耐腐蝕、耐高溫、耐高壓等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于航空發(fā)動機(jī)試車臺及航天發(fā)射領(lǐng)域，通過仿真對比，分析了多孔陶瓷吸聲材料與微穿孔板材料間的吸聲性能，為陶瓷吸聲材料的實(shí)際應(yīng)用提供了借鑒。

國內(nèi)專利ZL.00104642公開了一種由陶瓷塊構(gòu)成的陶瓷吸聲材料，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，并燒結(jié)該摻合物，它具有大多數(shù)直徑為0.2～2000 μm的連通孔，其中表面上形成大量吸聲孔或吸聲槽，僅在除吸聲孔或吸聲槽的內(nèi)周邊表面和底表面之外的表面上涂敷釉，從而形成填滿連通孔的一個(gè)釉面層，該釉面層基本上沒有空氣滲透性，該多孔陶瓷吸聲材料吸聲性能和耐候性優(yōu)異。

侯來廣、曾令可[4]等人以陶瓷拋光磚廢料、黏土、水泥及其它添加劑為包裹料，以膨脹珍珠巖為核心，經(jīng)包裹成球后自然養(yǎng)護(hù)得到輕質(zhì)夾心型陶粒。并以該陶粒為輕骨料，添加少量膨脹珍珠巖，以水泥、粉煤灰為膠結(jié)材料制備的吸聲材料，并通過試驗(yàn)分析了材料中膠凝材料和發(fā)泡劑的用量、厚度以及表面形態(tài)、背后空腔對材料吸聲性能的影響。曾令可課題組還對陶瓷廢料制備的吸音材料做了較深入分析，采用一般混凝土的成型方法研制成一種新型無纖維多孔吸音材料，并對材料的容重、厚度、孔隙率等因素對吸音性能影響進(jìn)行了分析。

國外東芝陶瓷公司開發(fā)了一種多孔陶瓷吸音材料，它由廢棄的無機(jī)煙塵，如熱電站產(chǎn)生的煙塵制造，其主要成分是二氧化硅。這種具有微米級超細(xì)微孔的二氧化硅通過吸收聲能轉(zhuǎn)化為熱能削弱聲音的傳播。制備這種陶瓷時(shí)，在煙塵中加入一種特殊的添加劑，然后進(jìn)行煅燒和固化，在過程中形成多孔材料。對聲波的吸收，400 Hz范圍為30.7 dB，1000 Hz時(shí)為42.9 dB。材料還具有輕，隔熱和好的耐氣候性能。這種吸音材料可用來建造高速鐵路和鐵路沿線的減聲屏障墻。

3 蓄能發(fā)光功能材料的研究現(xiàn)狀

2001年，芬蘭有一種用發(fā)光水泥建造的夜光公路，這種利用蓄光型自發(fā)光材料支撐的發(fā)光水泥可直接利用陽光和來往車燈的光照儲藏能量，夜間就會閃閃發(fā)光，顯示出道路的各種標(biāo)志，劃分車道和區(qū)分路段，構(gòu)成夜光公路，既給公路夜景增光添彩，又方便了夜行車輛，有利于交通安全。

張玉奇[5]等對蓄光發(fā)光材料SrAl2O4：Eu2+Dy3+及其常溫磷光光譜進(jìn)行了分析，中國專利申請?zhí)?1125038.2001提到了發(fā)光-反光標(biāo)志帶及其制造方法的相關(guān)內(nèi)容。國內(nèi)張永強(qiáng)[6]等人分別就第三代稀土蓄光型發(fā)光材料在制備方法上指出了高溫固相法由于對設(shè)備要求過高，粒子易團(tuán)聚，需球磨減小粒徑，從而使發(fā)光性能降低。采用化學(xué)方法的共沉淀法和溶膠凝膠法可大幅降低煅燒溫度，產(chǎn)物物相純度高、顆粒粒徑小，同時(shí)材料的性能得到大幅度的提高，化學(xué)方法制備材料是合成稀土蓄光型發(fā)光材料的有效方法。

張春輝[7]等人就稀土摻雜蓄光發(fā)光玻璃進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，試驗(yàn)以低熔點(diǎn)硼硅酸鹽玻璃作為基材，摻雜Eu2+Dy3+共激活的鋁酸鍶長余輝發(fā)光材料，采用兩步法合成了發(fā)光性能良好的蓄光型發(fā)光玻璃，并對影響其發(fā)光性能的因素進(jìn)行了討論分析。表明長余輝發(fā)光粉的摻雜量和合成溫度對發(fā)光玻璃的成型、透明度和發(fā)光性能都有顯著影響，材料的熔融時(shí)間和研磨程度對玻璃的發(fā)光性能也有較大影響。

裴秀娟[8]就蓄光性長余輝高亮度熒光陶瓷進(jìn)行了研制，指出采用具有耐高溫及高發(fā)光效率的新型蓄光粉是獲得良好蓄光性發(fā)光陶瓷的前提條件，最佳的基礎(chǔ)釉成分和最佳的制備工藝過程是獲得理想的長余輝、高亮度及良好的釉面質(zhì)量的蓄光性熒光陶瓷的關(guān)鍵。

4 自潔功能陶瓷的研究現(xiàn)狀

史載鋒[9]等就TiO2陶瓷光催化自潔殺菌性能進(jìn)行了研究，試驗(yàn)結(jié)果表明，TiO2陶瓷無論在弱的紫外燈還是太陽光下對甲醛和紅城湖水均有很好的催化降解和滅菌作用。不同濃度的甲醛凈4 W低壓汞燈和太陽光照射1 h后，滅菌率均為99%以上。通過太陽光和紫外燈的對比可知，TiO2陶瓷的光催化降解有機(jī)物和滅菌作用顯著，具有實(shí)際應(yīng)用的可行性。

沈毅[10]等人對光催化自潔凈陶瓷進(jìn)行了分析，提出了自潔凈陶瓷的市場前景廣闊。周桂欣[11]應(yīng)用特性納米材料改善日用細(xì)瓷釉面質(zhì)量，研制開發(fā)了一種特性納米陶瓷材料，并將其制備成氣霧劑，高壓噴涂在光滑的陶瓷制品釉面上，通過納米粒子自動修補(bǔ)釉面晶格缺陷，可以在常溫、常壓下產(chǎn)生質(zhì)地致密且性能優(yōu)異的陶瓷，使產(chǎn)品具有自潔、防污、耐磨等功能。制備了鉛鎘溶出量<1 ppm，釉面硬度高、釉面光滑、潔白，不吸附茶垢、咖啡垢、油垢，易清洗，釉面質(zhì)量大為提高的產(chǎn)品。

2002年，日本TOTO公司開發(fā)的海潔特氧化鈦瓷磚，是將光觸媒氧化鈦涂在瓷磚表面凝固燒成。用于外墻的海潔特氧化鈦瓷磚，其獨(dú)特的光觸媒氧化鈦的作用同時(shí)產(chǎn)生超親水性和分解力兩種功能，能自動吸收空氣中的有害物質(zhì)氮氧化物和硫化物，使之氧化變成無害物質(zhì)。就像森林依靠光合作用凈化空氣一樣，依靠光觸媒氧化鈦的作用來凈化大氣中的污染物。

5 建筑功能特種陶瓷產(chǎn)品的市場前景

（1） 吸聲功能陶瓷

我國城市化發(fā)展的速度越來越快，隨之而來的工業(yè)、交通、施工等帶來的噪聲污染也日益影響人們正常生活，國內(nèi)相繼出現(xiàn)吸聲材料的研制和國外技術(shù)的引入，并應(yīng)用于工程實(shí)踐中。目前，市場上對吸聲材料和結(jié)構(gòu)的要求除了原有的吸聲系數(shù)高、安裝方便的特性外，外觀美觀、材料環(huán)保、防火防塵等都成為了重要因素，而吸聲陶瓷材料不但滿足于以上特性，更具有使用壽命長、防潮、防水、防蛀以及防靜電、防紫外線等特點(diǎn)，對比現(xiàn)有的陶粒吸聲制品以及多孔吸聲磚又具有規(guī)格大、容易施工的優(yōu)勢，具有顯著的市場競爭力。

（2） 保溫隔熱功能陶瓷

隨著對建筑節(jié)能的重視，具有保溫、隔熱效果的無機(jī)材料受到了極大關(guān)注，有著巨大的應(yīng)用前景和發(fā)展?jié)摿Γ貏e是高強(qiáng)度的隔熱陶瓷材料，能克服現(xiàn)有建筑外墻外保溫所使用的材料單一，耐久性差等問題。保溫隔熱功能陶瓷產(chǎn)品可集輕質(zhì)、隔熱等多種特點(diǎn)為一體，市場前景非常廣闊，有待大力開發(fā)。

（3） 蓄能發(fā)光功能陶瓷

目前，西方發(fā)達(dá)國家要求強(qiáng)制性使用自發(fā)光安全標(biāo)志系統(tǒng)。如：德國法蘭克福機(jī)場、德國電信中心大樓、美國波音飛機(jī)、英國倫敦地鐵、挪威船級社認(rèn)可的船只等。在國內(nèi)，三峽工程、上海地鐵、東方明珠電視塔等也都使用了自發(fā)光安全標(biāo)志系統(tǒng)。多個(gè)城市軌道交通已采用稀土蓄光型自發(fā)光材料作為其安全疏散標(biāo)志，徹底整改地鐵安全隱患。當(dāng)前，安全疏散標(biāo)志中主要有發(fā)光標(biāo)牌、發(fā)光牌、發(fā)光膜、發(fā)光地磚這三種方式，發(fā)光標(biāo)牌一般放在醒目的位置或離地面30公分處，這是最常用的方式；另一種采用發(fā)光膜作為指示標(biāo)志，其優(yōu)點(diǎn)是可直接貼在底面或墻面上而不破壞原有的建筑，使用方便，可根據(jù)需要隨意更改標(biāo)志位置，缺點(diǎn)是標(biāo)志不耐磨，后期維護(hù)成本高。因此，在新建公共場所中地鐵指示中已廣泛采用發(fā)光地磚模式，其優(yōu)點(diǎn)是直接嵌入地面，表面采用防水、耐磨的材料，經(jīng)久耐用。我國是稀土原料大國，蓄光型發(fā)光材料生產(chǎn)成本低、應(yīng)用性能良好，蓄能發(fā)光功能陶瓷產(chǎn)品市場前景廣闊。

（4） 自潔功能陶瓷

當(dāng)前陶瓷墻地磚以其裝飾效果好，質(zhì)感突出，防污能力強(qiáng)贏得了廣大用戶的認(rèn)可和青睞。但目前開發(fā)大多在花色與圖案上進(jìn)行，模擬自然界的天然石材、木材等，隨著對生活質(zhì)量要求的提升，人們對功能性的材料要求也越來越多，目前國內(nèi)外陶瓷產(chǎn)品在綠色環(huán)保及健康功能上的開發(fā)主要還集中應(yīng)用在衛(wèi)生潔具等產(chǎn)品上，使用空間受到限制。具有自清潔功能的陶瓷產(chǎn)品，不但可以減少清潔所帶來的麻煩和清洗劑的化學(xué)危險(xiǎn)性，還可以降低污染、凈化環(huán)境，有益于身體健康，普遍適用于賓館、商場、家居等建筑內(nèi)外墻裝修。具有廣闊的市場前景和推廣應(yīng)用價(jià)值。

6 結(jié)語

對建筑功能特種材料進(jìn)行研究，特別是可針對建陶行業(yè)廣泛推廣，市場普遍接受的功能制品集成開發(fā)，包括道路吸聲降噪材料、建筑節(jié)能的隔熱保溫材料、交通及安全應(yīng)用的蓄能發(fā)光材料、改善居住環(huán)境的自清潔材料，可實(shí)現(xiàn)普遍陶瓷功能化的目的。開發(fā)高附加值功能性陶瓷產(chǎn)品，將新功能材料及技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化示范，對推進(jìn)陶瓷行業(yè)功能化、環(huán)?；约按龠M(jìn)傳統(tǒng)陶瓷行業(yè)轉(zhuǎn)型、帶動建材產(chǎn)業(yè)提升具有重要意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 許順紅，查振林. 泡沫陶瓷在環(huán)境污染治理中的應(yīng)用[J]. 中國環(huán)

保產(chǎn)業(yè)，2008（3）.

[2] 周曦亞，凡波. 吸聲材料研究的進(jìn)展[J]. 中國陶瓷，2004（5）.

[3] 劉占卿，王東鋒，劉瑞涵，等. 多孔陶瓷材料的吸聲性能試驗(yàn)分析

[J]. 裝備指揮技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2009（4）.

[4] 侯來廣，曾令可，王慧，等. 利用拋光磚廢料制備包裹型免燒陶粒

的研究[J]. 新型建筑材料，2006（8）.

[5] 張玉奇，鄭澤根，黃佳木，等. 蓄光發(fā)光材料SrAl2O4：Eu2+，Dy3+

及其常溫磷光光譜分析[J]. 無機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào)，2003（10）.

[6] 張永強(qiáng)，楊仕清，張萬里，等. 第三代稀土蓄光型發(fā)光材料的研究

進(jìn)展[J]. 稀土，2005（1）.

[7] 張春輝，李寶駿，陳華晉，等. 一種稀土摻雜蓄光型發(fā)光玻璃的

實(shí)驗(yàn)研究[J]. 房材與應(yīng)用，2006（4）.

[8] 裴秀娟. 蓄光性長余輝高亮度熒光陶瓷的研制[J]. 中國陶瓷工

業(yè)，2005（3）.

[9] 史載鋒，包帆帆，晉茜，等. TiO2陶瓷光催化自潔殺菌性能研究

[J]. 環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2008（8）.

[10] 沈毅，周明. 光催化自潔凈陶瓷的研究與發(fā)展[J]. 陶瓷學(xué)報(bào)，

2003（3）.

[11] 周桂欣，王同言. 應(yīng)用特性納米材料改善日用細(xì)瓷釉面質(zhì)量

[J]. 陶瓷，2008（6）.