摘要：由于集保温隔热、装饰防护功能于一体，防火保温一体板具有质量可控、施工简单等特点, 具有广阔的市场前景。用于保温和饰面的材料的发展推进了防火保温一体板的广泛应用，保温板结构设计及改进策略都对其应用有着重要的影响。由于市场的需求，保温装饰一体板逐渐往绿色环保、满足个性化需求等方向发展，新材料、新技术将在该产品中得到广泛应用，同时保温装饰一体板也面临生产成本高、技术门槛高等挑战。
关键词：保温装饰一体板; 结构设计; 施工应用; 发展趋势
中图分类号：TU55+1
Thermal
Insulation and Decoration Integrated Board Based on Prefabricated Building and Its
Application
Zhang
Huaidong1, Guo Yonghui1, Chen Jinping1, He
Chao2, Cao Can2, Pan Xun2, Pang Xiujiang3
*
(1 Anhui Alligator Nika New Materials Co.,
Ltd, Bozhou 236000, China
2 The Second Construction Engineering Co.,
Ltd of the Third China Construction Bureau, Wuhan 430000, China
3 College
of Chemistry and Molecular Engineering, Qingdao University
of Science and Technology, Qingdao 266042, P.R. China)
Abstract: Due to the integration
of thermal insulation and decorative protection functions, the fire insulation
board has the characteristics of controllable quality and simple construction,
and has broad market prospects. The development of materials used for
insulation and finishing has promoted the wide application of fire insulation
integrated board. The structural design of insulation board and the improvement
strategy of structural design have important impacts on its application. Due to
the market demand, the insulation decorative integrated board gradually develops
towards environmental friendly orientation, and should meet the personalized
needs, new materials and new technology will be widely applied in the product,
while the insulation decorative integrated board also face the challenges like high
production costs, high technical threshold, and so on.
Keywords: insulation decoration
integrated board; structure design; construction application; development trend
保温装饰一体化板的市场应用涉及的领域包括建筑、电力、化工、石油等多个行业，其中建筑行业的应用最为广泛，占保温装饰一体化板市场的最大份额，因为外墙外保温是当今建筑节能的主要实现方式之一。保温装饰一体化板是一种集保温隔热、装饰和防护功能于一体的新型建筑材料[1-3]和绿色建筑节能产品，属于装配式建筑材料中的一种，是保障居住者生活质量、提升建筑节能率、减少资金投入的重要举措，对于建筑工业化、绿色建筑起到积极的推进作用。保温装饰一体化板的生产过程是在工厂中将保温和装饰两部分工程合二为一，将预制后的板材运到现场进行直接安装。与传统的保温装饰层相比，其比强度高、安装简便、保温隔热性能好、稳定长效、美观、施工难度低、施工效率高、质量可控，并且避免了传统薄抹灰系统存在的界面多、相容性差、易开裂，甚至保温层脱落等问题。保温装饰一体板具有优良的保温性能、装饰效果和耐久性，可以有效提高建筑物的能源效率，降低能源消耗和损失，同时也可以提高建筑物的美观度和使用寿命 [4,5]，在我国碳中和的政策推动下其应用越来越广泛，在实现装配式建筑和节能减排方面具有重要意义。目前，随着国家对装配式建筑和节能减排的重视程度不断提高，保温装饰一体化板的市场需求量也在逐年增加[6]。同时，随着技术的不断进步和市场的不断拓展，保温装饰一体化板的种类和性能也在不断提高和优化。
1.保温装饰一体化板的结构设计及性能评价
1.1结构设计
保温装饰一体化板主要是由基板和保温层两部分组成。基板分为无机板和金属板两种，基板表面利用装饰涂层进行处理，表面处理好的基板与保温层进行粘结后得到保温装饰化一体板，然后利用密封胶处理基板之间的缝隙。安装时先将其利用聚合物砂浆粘结在墙体上，然后用锚固件锚固，其结构示意图如图1所示。
保温装饰一体化板的结构设计原理和方法主要基于对材料性能、结构强度、保温性能等多方面的综合考虑。结构设计包括以下几个主要方面：
首先，基材的选择与处理。基材主要承担保温和承重的作用，一般选用轻质、高强度的材料，如硅酸钙板、水泥加压板、碳酸钙板、柔性面板、铝镁锰合金板、镀铝锌钢板、锌铝锰钢板、酚醛树脂、玻璃纤维树脂等。通过物理和化学方法对基材进行表面处理，提高其防水、防腐、耐磨等性能，可以提高其使用寿命和安全性。
然后，保温层的设计。保温层一般具有较低的导热系数(小于或等于0.12W/(m.K))，主要通过隔绝内外环境降低墙体与环境的热传导作用。常见的保温材料根据性质大体分为有机材料、无机材料和复合材料，例如可发性聚苯乙烯(EPS)板、挤塑聚苯乙烯泡沫(XPS)板、发泡聚氨酯板、多孔型酚醛泡沫板、石墨聚苯板、泡沫玻璃保温板、真空绝热板、复合硅酸镁铝绝热板、发泡水泥板、泡沫混凝土、发泡陶瓷板、气凝胶、匀质板、岩棉板等。有机保温材料具有重量轻、可加工性好、致密性高、保温隔热效果好等优点，但也存在不耐老化、变形系数大、稳定性差、安全性差、易燃烧等缺点，
而有机无机复合保温材料则可以很好地克服有机或无机材料的缺点，综合二者的优点。保温层的设计需要考虑其保温性能、强度、燃烧性能、尺寸稳定性、吸水性能、与基材的粘结性能、及施工的便捷性。保温材料的导热系数越低，则所得保温层的保温性能越好。
再次，饰面层的设计。饰面层主要用于装饰和保护一体化板，一般采用高分子材料或金属板材，常见的饰面层有氟碳金属漆、氟碳实色漆、真石漆、仿石丽彩漆等。饰面层应具备耐候、耐水、耐腐蚀等特性，同时要与基材具有良好的粘结性能。
最后，连接与固定设计。连接与固定设计是保证一体化板稳定性的关键。主要采用高标准的粘接砂浆与不锈钢锚固件的连接方式，确保连接牢固、安全可靠。
图1 保温装饰板结构示意图
Figure1 the schematic diagram of heat
insulation decorative board
1.2性能评价
为了确保保温装饰一体化板的质量和性能，需要对材料的各项性能进行评价。这些性能包括保温性能、防火性能、耐候性能、抗冲击性能等。评价方法包括实验室测试和现场测试两种。实验室测试主要包括力学性能测试、热工性能测试、耐候性能测试等，通过模拟不同环境条件下的使用情况，以评估材料的各项性能指标。例如，在保温性能测试中，可以通过导热系数仪测量材料的导热系数来评估其保温效果；在耐候性能测试中，可以通过耐候老化试验箱模拟不同气候条件下的材料性能的变化来评估材料的耐候性。
2. 保温装饰一体板存在的问题及改进措施
2.1存在的问题
保温装饰一体化板的材料对于其性能和质量具有重要影响。目前，传统的保温材料和装饰材料存在着一些问题，如易燃、易老化、易污染环境等。因此，对于保温装饰一体化板的材料进行革新是必要的。同时，随着科学技术的不断发展，新型的保温材料和装饰材料也不断涌现，为保温装饰一体化板的材料革新提供了可能性。
2.2 改进措施
保温材料是保温装饰一体化板的核心组成部分。近年来，随着技术的不断进步，各种新型高效保温材料不断涌现，如真空隔热板、纳米孔隔热板、复合硅酸钙板等[7]，这些新型保温材料具有更高的保温效果、更低的导热系数、更轻的质量、更好的环保性能和更耐久等特点，为保温装饰一体化板的发展提供了新的选择。在建筑领域，真空隔热板和纳米孔隔热板被广泛应用于外墙和屋顶保温，复合硅酸钙板则被广泛应用于室内保温。除了作为建筑材料被使用，在汽车领域，纳米孔隔热板被广泛应用于发动机舱和车门的保温，以提高车辆的燃油效率和行驶安全性。
饰面材料是保温装饰一体化板的另一重要组成部分。传统的饰面材料包括瓷砖、大理石、铝塑板等，但这些材料存在易老化、易污染、易破损等问题。因此，针对这些问题，业内的研究者们开展了一系列创新设计和选择策略的研究。一方面，尝试采用一些新型的表面处理技术，如纳米涂层技术、离子注入技术等，以提高饰面材料的耐候性、耐污性和耐腐蚀性。另一方面，开展饰面材料的组合应用研究，如将陶瓷薄板与金属薄板相结合，或将柔性基材与硬性基材相结合等，以提高饰面材料的抗冲击性、耐磨损性和使用寿命。
另外，针对不同的使用环境和性能要求，需要对保温装饰一体化板的结构进行优化和改进。
首先，在关键部位增加增强结构，如角钢、肋板等，可以提高保温装饰一体化板的强度和稳定性。
3.1施工过程中质量控制与管理的关键因素
外墙保温装饰一体板的安全性和耐候性取决于其原材料的可靠性，但安装施工的过程也是确保保温装饰一体化板安全工作的重中之重。在保温装饰一体化板的施工过程中，质量控制和管理主要有以下几个关键因素[8-10]。首先是材料的选择和使用。需要根据工程要求和基材的特性选择合适的材料，并严格按照材料的使用说明进行操作；其次，严格控制施工环境，确保施工环境干燥、清洁、无尘，以避免对材料造成损害、对施工质量造成不良影响。
3.2传统施工存在的问题及解决方法
在传统的施工过程中，保温装饰一体化板的安装主要采用粘结剂或机械固定件进行连接。这种施工方法在早期的建筑中应用广泛，但存在着一些问题。首先，使用粘结剂安装时，基层表面须进行清洁抹平，基层表面平整度、湿度和墙体竖向垂直度都有相关严格要求，这些因素会直接影响安装效果和保温性能；其次，使用机械固定件安装时，虽然可以减少对基材的湿度和强度的要求，但需要使用额外的金属固定件，增加了施工成本和时间。此外，传统的施工方法还存在一些其他问题，例如，安装过程中对环境的控制不够严格，容易受到天气和环境的影响，同时由于人工操作的不确定性，安装质量难以保证，天津、重庆、河北、辽宁、山东、新疆等省市自治区和直辖市纷纷下发通知禁止采用仅通过粘结锚固方式固定的外墙保温装饰一体化系统，这些问题都限制了保温装饰一体化板在传统施工方法下的应用和发展。为了解决传统施工方法的问题，使用金属条压锚式和粘剂砂浆为主的安装方式作为新型的施工技术被应用到了保温装饰一体化板的安装中，而且“以砂浆粘为主，锚固件为辅”的施工工艺，是国家大力推广的是施工工艺。但是，目前施工过程中，市场上往往前后颠倒，施工中“以锚固件为主，砂浆粘为辅”，虽然锚固件起到固定和二次防护作用，但是如果特种泥砂浆用量不足，随着时间的推移，锚固件的固定作用会相对应得越来越小，最终造成墙体脱落，缩短了保温装饰一体化板的工作寿命，并存在安全隐患。
4.1发展趋势
随着人们对建筑美观性和功能性的要求不断提高，保温装饰一体化板的市场需求也在不断增长[11]，未来，这一市场将呈现出以下趋势：
首先，个性化需求增加，产品种类更加丰富，性能不断优化。随着消费者对建筑外观和功能的要求不断提高，他们对保温装饰一体化板的需求也将更加个性化，随着技术的不断进步和市场需求的变化，保温装饰一体化板的产品种类将更加丰富多样，以满足不同细分客户市场的个性化需求，产品性能必将不断优化和升级。
另外，市场竞争加剧，在竞争中取胜的关键在于不断创新。随着保温装饰一体化板市场的不断扩大，将会吸引更多的企业进入该领域，以前的涂料、保温、建筑领域的企业，纷纷在过去几年进入保温装饰一体板领域，在短短的五年间，企业数量从几十家激增至几百家，市场竞争将会更加激烈。气凝胶和3D打印等新材料和新生产工艺将不断涌现，为保温装饰一体化板的研发和生产提供更多的选择和可能性，企业需要不断进行技术创新或产学融合，不断提高保温装饰一体化板的技术壁垒，才能保持市场竞争力，取得快速发展。
最后，绿色环保将成为发展重点。低碳环保和绿色发展已经成为全球各个国家的共识，随着消费者对绿色环保材料的需求越来越高，国家对产品环保性能的标准和要求也在不断提高，保温装饰一体化板的绿色环保性能顺应了时代的发展要求，必将成为未来发展的重点，因此，研发和生产更加节能环保、可持续的保温装饰一体化板将成为未来的重要发展趋势。
4.2 面临的挑战
尽管保温装饰一体化板的市场前景广阔[12,13]，但企业仍将面临以下挑战：一是生产成本高。由于保温装饰一体化板作为一种新型先进的材料，生产过程较为复杂，导致其生产成本相对较高，这将对企业开拓市场带来一定的困难，因此，企业需要增加研发投入，不断优化生产工艺和生产效率，降低生产成本，提高产品性价比。二是技术门槛高。由于保温装饰一体化板的生产技术较为复杂，技术门槛较高，这将在一定时期内限制一些企业的发展。因此，企业需要加强材料技术的研发和创新，尽快提高自身的技术实力和创新能力[14]。
5.结论与展望
保温装饰一体化板是一种集保温隔热、装饰和防护功能于一体的新型绿色建筑材料，具有传统的涂料湿作业或薄抹灰作业、以及新型的铝板或石材干挂幕墙系统等无法比拟的一些优点，可以应用于各类新建筑外墙保温、旧楼墙面节能改造和立面效果改造，在实现装配式建筑和节能减排方面具有重要意义。
尽管在材料、结构和施工中存在一些问题，但是，随着技术的不断进步，保温装饰一体化板的性能也在不断提高和优化。随着新型纳米材料、可再生能源及3D打印技术的发展和应用，保温装饰一体化板的未来发展也将迎来更多的选择和可能性，例如，纳米陶瓷材料可以用于制造轻质、高强度的保温装饰一体化板，以满足建筑外观和功能的需求；赋予保温装饰一体化板利用可再生能源和太阳能进行发电或进行热管理等功能，还可利用3D打印技术[15]制造出具有复杂形状和结构的保温装饰一体化板，以提高生产效率和产品质量，从而满足不同建筑的需要。
参考文献
[1] 徐婧.装配式建筑产业链成本控制研究[D].北京交通大学,2022.
[2] 王康.岩棉保温装饰一体化板设计及力学性能研究[D].东南大学硕士论文, 2021.
[3] 陈鹏刚.基于热工性能分析外墙干挂保温系统的生命周期成本[D].安徽建筑大学硕士论文, 2015.
[4] 李南,陈晨,刘妍.保温装饰一体化板的制备与应用研究[J]. 砖瓦, 2016, 4: 61-63.
[5] 石栋.建筑节能设计在建筑规划设计中的实践运用探究[J].建材与装饰, 2017,49: 104.
[6] 李卫东,张天天,刘美霞.基于系统动力学的装配式建筑产业政策模拟及节能减排效益评价[J].工业建筑, 2022,52(2):196-205.
[7] 熊伟.试析被动式超低能耗建筑设计的基础与实践运用[J].居舍,2020(14):87.
[8] 冯韩泽.装配式外墙保温装饰复合板施工技术[J].散装水泥,2023(03):84-86.
[9] 郭鹏，杨毅哲, 杜书廷. 墙体保温的应用及前景展望[J].建材与装饰,2018,4:153-155
[10] 李红. 汝郴高速公路五一村大桥施工阶段安全风险管理研究[D].兰州交通大学硕士论文, 2016.
[11] 刘振凡. 建筑工程屋面防水施工技术探讨[J].江西建材,2021,12:213-215.
[12] 张守峰.装配式建筑减碳设计研究与工程实践[J].建筑,2023(07):71-73.
[13] 卢焕青,丁海燕,范萍,陈枫,钟明强. 蒙脱土复合阻燃剂改性酚醛泡沫的制备和性能研究[J].科技通报, 2016, 32(1):1-4.
[14] 孟庆国.PCM装配式建筑工程消耗量定额研究[D].哈尔滨工业大学,2022.
[15] 王红伟,张帆,强佳晨,张圆圆,李维,张月莹.BIM技术与3D打印技术于建筑建造应用性研究[J].建筑技术开发,2023,50(10):91-92.
订阅方式：
①在线订阅（推荐）：www.sdchem.net.cn
②邮局订阅：邮发代号24-109
投稿方式：
①在线投稿（推荐）：www.sdchem.net.cn
作者只需要简单注册获得用户名和密码后，就可随时进行投稿、查稿，全程跟踪稿件的发表过程，使您的论文发表更加方便、快捷、透明、高效。
②邮箱投稿：sdhgtg@163.com sdhg@sdchem.net
若“在线投稿”不成功，可使用邮箱投稿，投稿邮件主题：第一作者名字/稿件题目。
投稿时请注意以下事项：
①文前应有中英文“题目”、“作者姓名”、“单位”、“邮编”、“摘要”、“关键词”；
②作者简介包括：姓名、出生年、性别、民族、籍贯或出生地、工作单位、职务或职称、学位、研究方向；
③论文末应附“参考文献”，执行国标GB/T7714-2005标准，“参考文献”序号应与论文中出现的顺序相符；
④注明作者的联系方式，包括电话、E-mail、详细的通讯地址、邮编，以便联系并邮寄杂志。
欢迎投稿 答复快捷 发表迅速