外墻保溫陶瓷耐久年限的設(shè)計(jì)依據(jù)

據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)是世界上每年新建建筑量最大的國(guó)家，每年新建面積達(dá)20億m2，相當(dāng)于消耗了全世界40%的水泥和鋼材，而只能持續(xù)25～30年。相比中國(guó)30年的平均壽命，發(fā)達(dá)國(guó)家的建筑可以算是壽比南山了———英國(guó)建筑的平均壽命達(dá)到了132年；而美國(guó)建筑的平均壽命也達(dá)到了74年。請(qǐng)問(wèn)韓工我國(guó)的建筑耐久年限到底多少？如何設(shè)計(jì)出耐久年限的外墻保溫陶瓷耐久年限。

答：所謂耐久年限是指結(jié)構(gòu)在正常使用、維修的情況下不影響結(jié)構(gòu)預(yù)定功能的使用期限，建筑耐久年限是指建筑物預(yù)期的從建成到破壞所經(jīng)歷的時(shí)間。根據(jù)我國(guó)《民用建筑設(shè)計(jì)通則（試行）》規(guī)定，一般認(rèn)為按民用建筑的主體結(jié)構(gòu)確定的建筑耐久年限分為四級(jí)：一級(jí)耐久年限100年以上，適用于重要的建筑和高層建筑。二級(jí)耐久年限50～100年，適用于一般性建筑。三級(jí)耐久年限25～50年，適用于次要的建筑。四級(jí)耐久年限15年以下，適用于臨時(shí)性建筑。民用住宅建筑屬于一般性建筑，其耐久年限50～100年，權(quán)屬最高年限為70年。據(jù)了解，我國(guó)建筑平均壽命為30年，是由于城市規(guī)劃部門(mén)邊建、邊改，在城市規(guī)劃定位上的短期行為，以及城市缺乏長(zhǎng)遠(yuǎn)定位的必然結(jié)果，盡管這些結(jié)果具有一定的普遍性，但是不能也不應(yīng)該成為建筑和建材設(shè)計(jì)耐久年限的依據(jù)。

依據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局標(biāo)準(zhǔn)《戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)分類(lèi)（2012）》（試行），外墻保溫陶瓷產(chǎn)品屬于“節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)”、“新興建筑材料制造”大類(lèi)，“隔熱和隔音材料制造”小類(lèi)，行業(yè)代碼3035，符合國(guó)家重點(diǎn)支持產(chǎn)業(yè)政策（國(guó)務(wù)院關(guān)于加快發(fā)展節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)的意見(jiàn)（國(guó)發(fā)〔2013〕30號(hào)）。外墻保溫陶瓷的耐久性指標(biāo)，對(duì)于生產(chǎn)中的質(zhì)量控制、使用條件的規(guī)定，特別是新產(chǎn)品能否推廣使用都是關(guān)鍵性的。由于近代材料科學(xué)和統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)的發(fā)展，有可能把材料在使用中的變質(zhì)失效作為某種隨機(jī)過(guò)程來(lái)處理，通過(guò)數(shù)學(xué)模擬，并輔以短期試驗(yàn)，從而預(yù)測(cè)比較可靠的安全使用年限，作為耐久性指標(biāo)。

陶瓷材料的疲勞性分為靜態(tài)疲勞、動(dòng)態(tài)疲勞和循環(huán)疲勞。陶瓷材料的靜態(tài)疲勞是在持久載荷的作用下發(fā)生失效斷裂；陶瓷材料的動(dòng)態(tài)疲勞，是以恒定的速率加載，研究材料的失效斷裂對(duì)加載速率的敏感性；陶瓷的循環(huán)疲勞，是在循環(huán)應(yīng)力作用下發(fā)生的失效斷裂，對(duì)應(yīng)于金屬中的疲勞。外墻保溫陶瓷的靜態(tài)疲勞與自身重力，系統(tǒng)粘結(jié)拉拔強(qiáng)度有關(guān)；而外墻保溫陶瓷的動(dòng)態(tài)疲勞與建筑結(jié)構(gòu)變形、沉降、外力沖擊攸關(guān)。外墻保溫陶瓷的循環(huán)疲勞與氣候的熱度濕度循環(huán)變化攸關(guān)，也就是平常我們講的耐候性。

對(duì)于生產(chǎn)外墻保溫陶瓷產(chǎn)品的企業(yè)，最關(guān)注的是后者，即外墻保溫陶瓷的循環(huán)疲勞。如何定量和定性分析，在眾多的標(biāo)準(zhǔn)中，到底采用何種檢測(cè)方法？采用何種標(biāo)準(zhǔn)？這是值得我們?nèi)シ治雠c探討的。

（1） 外墻磚保溫陶瓷耐久性的各種標(biāo)準(zhǔn)

外墻磚保溫陶瓷耐久性的各種標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

與冷熱循環(huán)和濕熱循環(huán)有關(guān)的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)很多，但是疑問(wèn)也較多。由于陶瓷標(biāo)準(zhǔn)大都照搬照抄國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)，所以適應(yīng)環(huán)境不清楚，檢測(cè)目的不明白，不能反映出材料和產(chǎn)品的循環(huán)疲勞和耐久性。

（2） 保溫陶瓷的循環(huán)疲勞影響因素

對(duì)平板狀保溫陶瓷產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，反映其抗循環(huán)疲勞性能的最大溫差既與材料的力學(xué)性能、熱學(xué)性能有關(guān)，也與產(chǎn)品尺寸相關(guān)。外墻保溫陶瓷屬于閉孔發(fā)泡陶瓷的范疇，同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)裝飾效果和提高抗動(dòng)態(tài)疲勞性能，采用了梯度材料，所以產(chǎn)品的抗循環(huán)疲勞性能也與表面裝飾材料的力學(xué)性能、熱學(xué)性能及尺寸有關(guān)。

目前，沒(méi)有準(zhǔn)確的理論公式可以計(jì)算出閉孔發(fā)泡陶瓷的抗熱震性，盡管保溫陶瓷屬于平板狀。但是根抗熱震斷裂理論，可以演繹出：反映其抗循環(huán)疲勞性能的最大溫差與抗拉斷裂強(qiáng)度、導(dǎo)熱系數(shù)成正比，與熱膨脹系數(shù)、彈性模量和厚度成反比。針對(duì)保溫陶瓷產(chǎn)品導(dǎo)熱系數(shù)極低，產(chǎn)品超厚和陶瓷材料彈性模量大（脆性材料）的局面，如何提高抗循環(huán)疲勞性能，需要借助熱膨脹系數(shù)和抗拉斷裂強(qiáng)度，也就是降低熱膨脹系數(shù)和提高材料韌性的基本途徑。

（3） 研究外墻保溫產(chǎn)品抗循環(huán)疲勞的檢測(cè)方法及研究意義

1） 外墻保溫陶瓷產(chǎn)品抗循環(huán)疲勞檢測(cè)方法

外墻保溫陶瓷產(chǎn)品抗循環(huán)疲勞檢測(cè)方法，要求便捷快速，既能反映出材料本質(zhì)特征，又有工程技術(shù)和生產(chǎn)技術(shù)指導(dǎo)意義。如：GB/T3532中提出180℃～20℃循環(huán)一次不裂，可保證耐久性2～3年，這個(gè)經(jīng)驗(yàn)如何獲得，能否找到合適的研究方法才是出路。

筆者的意見(jiàn)是由于耐候性檢測(cè)的是系統(tǒng)，也就是說(shuō)受熱受冷端面主要是裝飾面，假如熱震性（145℃～15℃）10次不裂，對(duì)應(yīng)耐候性（70℃～20℃）是30次不裂；抗凍性（10℃～-30℃）循環(huán)40次相當(dāng)于耐候性熱冷（20℃～-20℃）循環(huán)30次。并且能根據(jù)受熱受冷條件不同，需要針對(duì)外墻保溫陶瓷產(chǎn)品的保溫層和裝飾層進(jìn)行研究，其才有實(shí)際意義和指導(dǎo)意義。

2） 退火降溫過(guò)程階段抗熱震性的研究意義

在實(shí)際生產(chǎn)中，外墻保溫陶瓷產(chǎn)品的熱震性還可以對(duì)窯爐設(shè)計(jì)、生產(chǎn)產(chǎn)量、生產(chǎn)成本有實(shí)際價(jià)值，因?yàn)?，針?duì)外墻保溫陶瓷產(chǎn)品熱膨脹系數(shù)價(jià)值并不大，產(chǎn)品的特殊性需要不同溫度階段，不同降溫速率的抗熱震性實(shí)驗(yàn)，這些實(shí)驗(yàn)有助于解決面料與底料不同導(dǎo)熱系數(shù)引起的溫度梯度，也可以解決保溫基層低導(dǎo)熱系數(shù)引起的溫度梯度。

高韌性和低膨脹系數(shù)有助于抗熱震性的提高，可特定的溫度制度又可以提高陶瓷玻璃材料的韌性和降低陶瓷玻璃材料的熱膨脹系數(shù)。如：晶化和鋼化，晶化促使陶瓷玻璃材料微觀(guān)晶相結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變化，分相、析晶和晶體狀態(tài)改變，可以降低材料熱膨脹、提高材料韌性，鋼化可以促使玻璃材料產(chǎn)生微裂紋，可以使得微裂紋的方向、長(zhǎng)度發(fā)生改變，從而提高產(chǎn)品的屈服值和韌性。

所以，作為生產(chǎn)技術(shù)人員，應(yīng)更加注重如何提高產(chǎn)品的抗熱震性和抗凍性，尤其是在生產(chǎn)工藝制度優(yōu)化這方面。

（4） 耐久年限設(shè)計(jì)

外墻保溫陶瓷產(chǎn)品作為新型隔熱隔音材料制造產(chǎn)業(yè)的新秀，他的用途決定其耐久年限不應(yīng)該低于100年。如何檢測(cè)到產(chǎn)品的真實(shí)設(shè)計(jì)耐久年限？需要研究切實(shí)的實(shí)驗(yàn)方法，需要從材料設(shè)計(jì)、材料生產(chǎn)工藝制度設(shè)計(jì)、保溫裝飾裝修體系設(shè)計(jì)出發(fā)，系統(tǒng)性地、腳踏實(shí)地研究摸索，外墻保溫陶瓷產(chǎn)品耐久性達(dá)到或超過(guò)100年，需要用創(chuàng)新力、持恒力去推出。（韓復(fù)興）

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