【技术】陶瓷薄板应用在幕墙的工艺以及可靠性探讨

　　一、前言

　　建筑装饰幕墙早在150年前(19世纪中叶)就已在建筑工程中使用，由于受当时材料和加工工艺的局限，幕墙达不到绝对水密性、气密性、抵抗各种自然外力的侵袭(如风、地震、气温)、热物理因素(热辐射、结露)以及隔音、防火等要求，一直得不到很好的发展及推广。

　　自20世纪50年代以来，由于建筑材料及加工工艺的迅速发展，各种类型的建筑材料研制成功，如各种密封胶的发明及其它隔声、防火填充材料的出现，很好地解决了建筑外围对幕墙的指标要求，并逐渐成为当代外墙建筑装饰新潮流。

　　随着科学技术的发展，人们对建筑不同功能需求的提升，建筑幕墙已经发展成为一门体系完整、技术成熟的科学。建筑幕墙代表现代建筑技术的发展，融合了建筑艺术、建筑技术，近年来随着材料制造工艺的发展创新，涌现出越来越多的幕墙新材料，与幕墙传统的几大装饰材料相比较无论从制造工艺、装饰效果、安装技术、节能环保等几个方面都有很大的进步。

　　建筑幕墙按照其面板材料分类，主要分为石材幕墙(Stone Curtain Wall)、玻璃幕墙(Glass Curtain Wall)、金属板幕墙(Metal Curtain Wall)等3大类。

　　最具有代表性的“玻璃盒子”是1952年建成的纽约利华大厦，它是第一个应用在超高层的玻璃幕墙项目。此后几十年间，玻璃、铝合金和钢材，被认为是现代高科技发展在建筑上的标记，深受建筑师们的青睐。

　　金属板幕墙是第二次世界大战后就已经发展起来的一种建筑装饰。由于战后铝材生产过剩，它被大量装箱运用在建筑上，铝合金板幕墙才得以广泛地应用;

　　早先使用的多为纯铝板做幕墙饰面材料，60年代末，开始出现一种新的材料——铝塑复合板，它是由量变铝合金面板与中间的聚乙烯芯层符合而成。由于其廉价易安装等特点得到了广泛的应用。

　　2012年在杭州钱塘江边伫立起两栋的超高层圆柱筒体结构建筑杭州生物科技大厦，层高130米，其外立面采用了超大规格建筑陶瓷薄板幕墙。该项目的出现意味着超大规格建筑陶瓷薄板正式的应用于超高层建筑幕墙，其轻质、色彩丰富、节能环保、施工便捷、造价低廉的特点引起了建筑界的关注，标志着幕墙界从此多了一种新型材料给建筑师们更多的选择，以下我们对建筑陶瓷薄板进行详细的探讨：

　　二、陶瓷薄板幕墙发展

　　1、陶瓷薄板的发展史

　　建筑陶瓷薄板(简称陶瓷板或薄瓷板)是一种由陶土、矿石等多种无机非金属材料，经成形、经1200℃高温煅烧等生产工艺制成厚度不大于6mm，单边尺寸不小于900mm，单板面积不小于1.62㎡,吸水率≦0.6%的板状陶瓷制品(符合：。目前市面上主流的陶瓷薄板规格为900mm×1800mm×5.5mm，其面重量为12.5kg/㎡。

　　最早提出陶瓷薄板概念的是上个世纪初八十年代的日本，到2002年，由意大利systen公司首创陶瓷薄板技术，开始实现陶瓷薄板的工业化生产，除意大利外，在2006年西班牙也开始研制出相关的技术，之后欧美其他发达国家也都相继推出陶瓷薄板。

　　陶瓷薄板的生产技术主要是压制。陶瓷薄板的制作原理主要是用压机把材料压制成型，然后高温煅烧。厚度可以控制在≤6mm，最大尺寸可以达到1400×2800mm。

　　国内研制开发陶瓷薄板也是近着十年的历史，由于核心技术掌握在西方发达国家手里，直至2007年才成功的将其工业化生产，陶瓷薄板列入了国家“十一五”重点科技推广项目，2008年中国建材联合会将“大规格陶瓷薄板关键装备、工业技术及产业化”的联合项目评为科技进步一等奖。目前国内的陶瓷薄板生产技术处于国际顶尖水平，并且在2010年参与定制了世界陶瓷薄板标准，陶瓷产品国际标准首次由中国参与定制，代表中国制造业水平得到了世界的认可。

　　陶瓷薄板作为幕墙装饰面板在近几年得到了飞速的发展，近两年相继应用在包头国际金融中心、杭州生物技术大厦、长沙温德姆酒店、重庆地铁公司大厦等超高层项目，2012年住建部颁布的编号为JGJ/T172-2012的《建筑陶瓷薄板应用技术规程》，。“新规程增加了陶瓷薄板应用于幕墙干挂的相关内容，且不受高度限制。”为陶瓷薄板在幕墙应用上有据可依，为陶瓷薄板在幕墙使用上铺平了道路。

　　陶瓷薄板作为幕墙装饰材料有很大的优势：1、其表面工艺装饰效果丰富，其表面效果可以做出自然素色、大理石、高档玉石、砂岩等多种饰面，其表面质感可以采用抛光、半抛光、亚光自然面以及有空洞石等。目前采用国际最先进的喷墨工艺可以制造出各种大理石、高档玉石等饰面效果，其仿真效果目前来看已经非常接近真实石材的效果。可以取代目前日益枯竭不可再生的天然石材;2、面板图案可以实现个性化订制，可以根据业主以及设计师的要求实现不同的平面图案，丰富建筑效果;3、工业化的生产制造使其产品质量、价格、供货稳定性都有无可比拟的优势;4、陶瓷薄板重量一般只有12.5kg/㎡，约为传统石材的七分之一，有效的降低了建筑外围结构重量，其安装加工便捷，对建工质量的管控以及工期都有很大的帮助;5、陶瓷薄板的吸水率≤0.5%，低吸水率使其抗冻、抗裂、抗渗污性能优越，没有色差，没有玻璃自爆的隐患;

　　三、陶瓷薄板幕墙的工艺以及可靠性

　　1、陶瓷薄板的设计依据

　　参照《建筑幕墙》GB/T 21086-2007中人造板幕墙规定、《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ 102-2003、 GBT 23266-2009 《陶瓷板》、 JGJT172-2012 《建筑陶瓷薄板应用技术规程》、 GBT 217-2007 《建筑幕墙用瓷板 》等相关标准;将陶瓷薄板外墙设计成干挂幕墙系统，并通过相关的检验检测来验证幕墙系统的可靠度，陶瓷薄板幕墙主要分为隐框和明框幕墙。

　　2、陶瓷薄板幕墙安装系统介绍：

　　陶瓷薄板幕墙安装其结构做法类似于全隐框或者明框玻璃幕墙型式。即：通过铝合金副框与陶瓷薄板采用专用结构胶相粘，并通过压块与支撑钢龙骨固定，同时陶瓷薄板背后按照设计要求设置加劲肋及背网。

　　2.1、定义：陶瓷薄板幕墙系统主要由陶瓷薄板及其支承结构体系组成、可相对主体结构有一定位移能力，不分担主体结构所受作用的建筑外围护结构。

　　2.2、系统形式：采用类似全隐框或者明框玻璃幕墙的框支撑形式。通过结构胶使陶瓷薄板与铝合金副框粘结，铝合金副框通过铝合金压块与支撑钢龙骨固定，这样使得陶瓷薄板与结构形成一个完整干挂幕墙体系;另外每块陶瓷薄板下侧设置相应的钢托片来承受面板的自重，避免结构胶承受相应的面板重力荷载。

　　2.3、系统安全性和挠度控制措施：为控制板材的挠度和确保板材的使用安全性，在陶瓷薄板背后设置了相应的加劲肋及安全增强复合层，安全增强复合层能够有效避免板块在破裂时局部或整体掉落的危险。

　　2.4、系统维护性考虑：面板采用铝合金副框及压块固定系统，保证每块陶瓷板块相对独立，更换维护便捷。

　　2.5、系统施工效果考虑：系统通过支撑龙骨三维可调设计、铝合金副框与钢龙骨之间可调模制柔性垫片设计，来调整板块之间的平整形，确保最终施工效果。

　　2.6、系统抗震性、经济性考虑：面板组合结构与支撑龙骨柔性接触，板块与龙骨均为浮动式连接，抗震性能较好;采用钢龙骨支撑系统，受力可靠，用材经济。

　　2.7、系统质量性、环保性考虑：通过小单元连接方式，工厂化生产，质量保证，并且施工不受环境温度影响，可减少大量的建筑垃圾，有利于环境保护。

　　3、陶瓷薄板幕墙系统可靠性论证：

　　3.1陶瓷薄板材料本身性能对规范的适应性(物理性能、力学性能、化学性能等)

　　3.2陶瓷薄板幕墙物理性能与工程的适应性(抗风压、气密、水密、平面内变形、耐撞击等)

　　3.2.1陶瓷薄板幕墙按照设计要求背后设置加强肋以及背网，增加抗风压以及抗撞击性。

　　3.2.2、陶瓷薄板变形图

　　3.2.3、陶瓷薄板幕墙系统检测数据：

　　3.3、陶瓷板安全加固胶片性能指标

　　3.3.1.陶瓷幕墙板背面安全加固胶片技术要求

　　⑴胶片平均厚度为1.0mm，误差为±0.2mm;

　　⑵胶片采用阻燃环氧树脂树脂，环氧值(cq/100g)区间0.40-0.48，无碱玻纤方格布400g/m2，硅烷界面处理剂，氧化铝填料;

　　⑶胶片颜色为灰白色;

　　⑷表面平整无气泡。

　　⑸机器喷涂施工，不可以手糊。

　　3.3.2.陶瓷板经安全加固胶片加固后基本检测项目

　　⑴25次冻融后安全胶片剥离试验;

　　⑵干燥抗弯曲强度(安全胶片向下受拉)

　　3.3.3.陶瓷板经安全胶片加固后试验标准

　　⑴安全胶片经25次冻融后剥离强度≥70N·mm/mm。

　　⑵经安全胶片加固后的陶瓷板干燥弯曲强度是加固前的2倍。(安全胶片向下受拉);

　　3.3.4.检测依据

　　⑴弯曲强度试验：检测依据，GB/T 9966-2001， 检测方法，《天然饰面石材试验方法》。

　　⑵安全胶片剥离试验：检测依据，GB/T 1457-1988 检测方法,《夹层结构滚筒剥离试验方法》。

　　4、陶瓷薄板幕墙施工工艺流程：

　　4.1、施工准备：

　　①材料准备：根据图纸及工程情况，编制详细的材料订货供应计划单。

　　②施工机具：对所用机具进行检测，确保其性能良好。

　　③人员准备：对技术工人进行技术培训、交底。技术准备：熟悉图纸，准备有关图集、质量验收标准和内业资料所用的表格。

　　4.2、定位放线：

　　根据土建单位提供的中心线及标高点，以建筑物的轴线为依据，结合埋件施工图对埋件埋设位置进行定位放线，。

　　4.3、预埋件安装：根据定位放线确定预埋件安装位置，进行安装。在埋设过程中需注意预埋件要与钢筋绑扎，且应设置在主筋内侧;预埋件不应突出于砼表面，也不应大于构件的外形尺寸;预埋件位置偏差应符合规定。要求预埋件位置准确、埋设牢固。标高偏差不大于9mm，左右位移不大于20mm.

　　4.4、尺寸复测：

　　根据土建标高基准线测预埋件标高中心线，检查预埋件标高偏差;找出幕墙立柱与建筑轴线的关系，根据土建轴线测量立柱轴线，检查预埋件左右偏差。整理以上测量结果，确定幕墙立柱分隔的调整处理方案。根据设计图纸和土建结构误差确定幕墙立柱外平面轴线距建筑物外平面轴线的距离，在墙面顶部合适位置用钢琴线定出幕墙立柱外平面轴线。用钢琴线定出每条立柱的左右位置。每一定位轴线间的误差在本定位轴线间消化，误差在每个分格间分摊小于2mm。确定立柱顶标高与楼层标高的关系，沿楼板外沿弹出墨线定出立柱顶标高线。对于预埋板两个方向偏差很大时，补后置钢板;预埋板凹入或倾斜过大时，需补加垫板。

　　4.5、骨架安装：

　　①立柱安装：先在立柱的对应位置钻孔，再把连接旁板通过不锈钢螺丝与立柱连接。立柱安装顺序由下至上。使立柱上巳有的中心线和测量时所定的立柱站线(钢琴线)重合，立柱顶和测量时所定的标高控制线水平，另一焊工把连接旁板临时点焊在预埋钢板上，然后调整立柱位置。第一条立柱准确无误后，把上一层立柱套入下一层立柱芯套，就位准确后点焊。如此循环，完成一组立柱安装。一面幕墙立柱安装完毕，经检查位置准确、安装牢固后，再按焊缝要求加焊。立柱安装标高偏差不应大于3mm，轴线前后偏差不应大于2mm，左右偏差不应大于3mm;相邻两根立柱安装标高偏差不应大于3mm，立柱的最大标高偏差不应大于5mm;相邻两根立柱的距离偏差不应大于2mm。

　　②横梁制作安装：用水准仪把楼层标高线引到立柱上。以楼层标高线为基准，在立柱侧面标出横梁位置。将横梁两端的连接件(铁角码)点焊在立柱的预定位置，要求安装牢固、接缝严密。横梁的安装应由下向上进行，当安装完成时，应进行检查、调整、校正、固定，使其符合质量要求后加焊。相邻两根横梁的水平标高偏差不应大于1mm。标高偏差：当一幅宽度小于或等于35m时，不应大于5mm;当一幅宽度大于35m时，不应大于7mm。

　　4.6、陶瓷板组件制作：

　　该幕墙的注胶的要求与隐框玻璃幕墙相同，但需注意如下几点：

　　①板块的几何尺寸及平整度应符合现行国家标准《陶瓷板》GB/T23266的规定;

　　②在注胶前应对板块注胶面进行清洁，防止因灰尘等原因导致黏结不牢;

　　③加劲肋与铝合金副框须连接牢固，不能出现松动现象;

　　④需待结构胶达到强度后方可进行背网的粘贴施工，背网采用树脂胶粘贴，涂胶时需注意涂抹均匀并使背网与加劲肋充分黏结，确保背网与陶瓷板形成整体。具体工艺如下：

　　ⅰ将成品陶瓷板背面向上，铺开在有软绳或木条等软质材料的硬质地面上，避免陶瓷板污染与划伤

　　ⅱ确保陶瓷板成品板干燥，无明显水渍、油渍，用软毛刷或吹风机将背面尘土清理干净

　　ⅲ使用专用陶瓷板保护蜡，在瓷板四个厚度边上涂抹均匀，保护至四个厚度面不受污染 用压力喷壶将配制好的界面处理剂均匀的喷涂在陶瓷板背面，凉置两个小时

　　ⅳ将玻璃纤维布平铺在陶瓷板上，且将其全部遮盖

　　ⅴ将调兑好的树脂粘接剂用称量工具测量出单位面积数量，用抹子将其均匀涂抹在玻璃纤维之上

　　ⅵ30分钟以内，用壁纸刀顺陶瓷板四周面将多余玻璃纤维布切掉，使固化的加固层边部与瓷板四周边齐平

　　ⅶ用铲刀将瓷板四个厚度边上的已固化的多余滴状胶粘固化物铲掉完毕。

　　4.7、陶瓷板面板安装：

　　本工程由于采用的是5.5mm陶瓷薄板，在进行安装时控制好板块的平整度等观感问题是个重点，因此在安装过程中应注意如下几点：

　　首先，由于板体较薄且属于易碎品，因此搬运过程中应注意对板块的保护，板块养护完成后，应统一分批包装好送至现场指定堆放处，安装搬运时可采用柔性材料(如泡沫板，海绵等)包裹的方式对陶瓷板块四边及角部进行保护，防止暴边及缺角现象。其次，应在骨架整体平整度验收通过的前提下进行安装，安装前应先确定待安装的陶瓷板块在立面上的水平、垂直位置，并在龙骨上划好定位线并安装好横向托条，防止板块因自重造成下沉现象，托条与型材间应安装柔性垫片，避免直接接。第三，对板面进行调整时，可通过在钢龙骨与铝合金副框间增设柔性垫片来调整板面的平整度。

　　4.8、耐候硅酮密封胶嵌缝：充分清洁粘结面，加以干燥，不应有水、油渍、涂料、铁锈、水泥砂浆、灰尘等。为调整缝的深度，避免三边粘胶，缝内填泡沫塑料棒。在缝两侧贴保护胶纸保护玻璃不被污染。注胶后将胶缝表面抹平，去掉多余的胶。注胶完毕，将保护纸撕掉，必要时用溶剂擦拭玻璃。、胶在未完全硬化前，不要沾染灰尘和划伤。

　　4.9 、保护和清洗

　　4.10、验收

　　5、归纳以上施工过程中的要点如下：

　　5.1、陶瓷板的外型尺寸偏差应符合《陶瓷板》GB/T23266的规定，防止出现因尺寸的偏差导致的质量缺陷。

　　5.2、在注胶前应对板块注胶面进行清洁，防止因灰尘等原因导致黏结不牢

　　5.3、整体框架安装精度必须符合设计及规范要求，避免出现幕墙表面起伏不平、水平线及垂直缝扭曲不直的现象。

　　5.4、陶瓷板厚仅5.5mm强度高而且易碎，稍不注意就会造成暴边或缺角现象，在安装时要注意产品的保护。

　　5.5、板材之间的缝隙要按设计的宽度严格控制，用硅胶封没之前，要清除板端的灰尘，嵌入的泡沫杆直径应大于缝隙1毫米以上，以保证嵌紧。硅胶的厚度要保证6毫米以上，并要求连结均匀，平面凹进约2毫米，并要防止胶水对板面的污染，影响装饰效果。

　　5.6、保护好成品：在拆除外脚手之前，还要再次清洗，拆除时，要小心谨慎，防止破坏板材，确有不慎破坏，要及时更换。

　　四、 陶瓷薄板工程案例探讨

　　1、项目名称：杭州生物科技大厦

　　设计单位：瑞士工程科学院院士、瑞士联邦理工大学教授Bruno Keller先生与北京凯乐建

　　筑技术有限公司田原博士主导设计。

　　认证奖项：国家级绿色建筑三星级获奖时间：2013年

　　杭州生物科技大厦是中国第一幢采用大规格陶瓷薄板单元式幕墙(框架式)建筑。幕墙使用的陶瓷薄板，它具备彩釉玻璃(非透明)的光亮明快，金属板材的轻质多彩，更具备天然石材的纹理。杭州生物科技大楼矗立于钱塘江边，外观呈圆柱型的三座超高层建筑，外墙为金属质感的灰色陶瓷面板，窗框为紫铜，紫铜的金色光泽漫反射于陶瓷面板，随着光线变化，从不同角度、不同距离，建筑立面呈现不同的色彩变化，让人敬服建筑大师对材质、色彩、角度、距离的思考设计，让世界惊叹中国建筑建材的创新实力。

　　2、项目名称：重庆地铁综合基地

　　设计单位：中铁第一勘察设计院集团有限公司

　　认证奖项：重庆首个铂金级标识

　　美国LEED-NC注册预认证

　　重庆建委推荐申报国家级三星级绿色建筑设计标识

　　拟申报国家、重庆市绿色建筑示范工程;

　　重庆地铁大竹林综合基地作为重庆市轨道交通系统重要的组成部分，是保证城市轨道交通整个系统正常运营的后勤基地，是城市轨道交通车辆以及配套设施的整备、维修和管理中心。综合楼建筑面积63145. 7m ，建筑总高约47米，地上11层，项目建筑幕墙使用陶瓷薄板，使用量达50000m 。该项目为响应国家和重庆市政府关于节能减排和打造低碳城市的要求，综合楼按照国际领先水平的绿色建筑评价体系相关技术要求，从节能幕墙、地源热泵系统、智能照明以及再生能源利用等12个方面开展绿色建筑设计，力争打造具有国际先进水平的绿色建筑。

　　3、湖南长沙温德姆酒店按国际五星级标准规划建造，由全球最大的酒店管理公司——温德姆集团运营管理，是长沙乃至湖南首家真正国际级豪华品牌酒店，建筑面积达4万多m ，20层ARTDECO风格建筑，外观高耸挺拔、气势宏伟、是改变当地城市天际线的形象地标。该酒店建筑外墙非透明部分全部采用花岗岩陶瓷薄板产品，用量达23000平方米。安装技术采用幕墙行业最为普遍的工厂化加工、现场干法作业，由于陶瓷薄板仅有石材四分之一的重量、单块面积却达1.62平方米，所以施工速度非常快，现场施工无任何粉尘产生，完全符合绿色建筑、绿色酒店的各项指标。

　　4、项目名称：景德镇机场

　　景德镇为世界著名瓷都，陶瓷是该城市的象征，景德镇机场整个建筑风格就希望仿照中国青花瓷的形象以表达这个城市的文化底蕴，经过业主设计师多方探讨最后采用了陶瓷薄板在其表面个性化订制图案的形式实现。

作者：莫毅

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