从围护材料和结构入手 改善人居建筑环境——评《围护结构耐久性和功能性协同设计理论与方法》

建筑是城市环境的重要组成部分，良好的城市建筑对于提升城市品质，改善人居环境发挥着重要作用。建筑实现适用、经济、绿色、美观的协调与统一，离不开建筑围护材料的合理使用。建设低碳城市，实现提升城市品质、改善人居建筑环境的使命，需要从砌块、砂浆、胶缝、瓷砖、保温材料等这些建筑围护材料和结构细处着手。

一、建筑围护材料和结构普遍存在耐久性差的问题

建筑围护材料失效是一个世界性的问题。中外城市建筑中，有不少存在墙体开裂、面砖空鼓脱落、外墙及保温层脱落等问题，给人们的生命财产造成巨大损失。众多建筑物披上了保温层，但如果其使用寿命无法与主体结构匹配，其维护和返修成本又将高昂。可以说，建筑围护材料和结构耐久性降低所带来的问题已经成为新时期建筑的短板。

建筑围护材料存在的种种问题虽然早已引起人们的关注，但距离问题的解决仍有较长的路要走。上海市建筑科学研究院有限公司教授级高工陈宁指出：“对建筑围护材料的研究，应从耐久性与功能性协同提升方面进行系统的考虑和设计，对新型围护材料的安全性和耐久性要有充分、可靠的试验验证。”

二、提升建筑围护材料和结构性能的难点

围护材料和结构要实现适用、经济、绿色、美观这样统一的目标，对科技和工程界都是不小的挑战。总结来看，挑战主要有两方面：

第一，建筑围护材料种类繁多，材料的特性及应用具有较大的差异性。城市较为常用的建筑围护材料有墙体材料、保温材料、抹面和砌筑材料、饰面材料。其中，常用的墙体材料又有混凝土砖（实心砖、多孔砖、空心砖）、混凝土小型空心砌块等水泥基墙体材料，蒸压加气混凝土砌块（墙板）等蒸压硅酸盐制品墙体材料；烧结砖（实心砖、多孔砖、空心砖）、烧结砌块等烧结类墙体材料。保温材料有模塑聚苯乙烯泡沫塑料板（EPS板）、挤塑聚苯板（XPS板）、真空绝热板（VIP板）、硅墨烯保温板、热养憎水凝胶玻珠保温板、无机保温砂浆、微晶发泡烧结保温装饰一体板、喷涂和硬泡聚氨酯板等。抹面材料和饰面材料也同样种类繁多。围护材料形成围护系统，较为常见的围护系统有预制混凝土夹芯保温外墙板系统、蒸压加气混凝土砌块自保温系统、真空绝热板外墙外保温系统等墙体系统。

每一种围护材料都有自身独特的性质，比如蒸压加气混凝土是目前我国正在大力发展的一种新型轻质墙体材料，具有质轻、导热系数小、可加工性好、利用固废、环保等优点，被广泛应用于各种建筑结构体系中。围护材料的原材料组成对其耐久性有决定性作用，不同围护材料组成的围护系统即使处于相同的环境中，也会产生较大的耐久性差异。

第二，我国处于多个气候分区，复杂的气候条件对围护材料提出了差异化要求。气候环境是造成围护材料和结构整体耐久性降低的重要原因。我国国土面积辽阔。大跨度的国土空间结构意味着较大差异的气候环境。严寒地区冬季长且寒冷干燥，夏季炎热湿润，气温年较差大，风沙、冰雹、雷暴多，酸雨、盐冻、盐腐蚀较多；寒冷地区冬季寒冷干燥，夏季炎热湿润，降水量相对集中，春秋气温变化剧烈，多大风风沙，多冰雹和雷暴；夏热冬冷地区一般是指长江中下游及其周围地区，夏季酷热，冬季湿冷，常年湿度较高，夏季急雨产生的墙面瞬时温差可能高达40~50℃；夏热冬暖地区大体上是指华南地区，太阳辐射强度大，长年气温高而且湿度大，气温的年较差和日较差都小，雨量充沛，季风旺盛。显著差异的气候特点对围护材料和结构提出了内容不同但同样苛刻的要求。

还以蒸压加气混凝土为例。蒸压加气混凝土在使用过程中，会受到温度、水分、冻融、酸雨侵蚀等环境因素的影响，在不同的气候分区，这些影响因素的贡献差异很大。蒸压加气混凝土长期经受不同程度的热荷载、湿气和水分迁移等环境因素耦合作用，产生膨胀、收缩变形和化学侵蚀的程度不同，因而引起的材料孔结构、组成等变化也不一样。因此，虽然都是外部环境因素导致的内部结构发生破坏，力学性能下降，但在不同的气候分区其耐久性衰减特征曲线不同，解决的思路和重点也就不完全一样。

三、解决围护材料劣化的路径

解决宏大问题，往往要从细微处着手。《围护结构耐久性和功能性协同设计理论与方法》一书在揭示了围护材料劣化机理之后，给出了针对围护材料的具有可操作性的设计指南，从而将改善人居建筑环境这样一个宏观命题，具象化到每一块砌块、一罐砂浆、一条胶缝、一片瓷砖、一组保温材料的设计和制作中。

一是将围护材料的材性设计作为关键。采取配合比设计、外加剂改性、养护方式调整、级配优化或新材料开发等技术途径，提高围护材料的抗渗透能力、憎水性或防水性、柔韧性及系统界面粘结力等。

二是优化构造设计。应用材料选型技术、防潮隔汽处理技术、墙材自保温系统构造技术、热湿控制技术、防护层抗开裂技术等技术提升围护结构质量，使其达到与主体结构同寿命的目标。

三是建筑保温与墙体围护功能一体化设计。通过预制混凝土夹芯保温外墙板系统、模卡砌块自保温系统、保温模板结构功能一体化墙体系统、预制混凝土反打保温外墙板系统等一体化设计，实现保温层与建筑结构的同步施工和完成。

​

图书背景 为了引导和促进围护结构耐久性与功能性协同提升设计的科学发展，着力解决围护结构耐久性设计实施过程中存在的技术瓶颈，消除围护结构开裂、渗漏等质量隐患，大幅降低维护和返修概率，提升围护结构使用寿命，“十三五”期间，国家专门设立了重点研发计划课题——《典型气候区围护材料耐久性及其与功能性协同设计理论与方法》（2016YFC0700801）。该课题由上海市建筑科学研究院有限公司陈宁、王娟、赵立群、王琼、叶蓓红团队承担，于2020年8月结题。

这一课题的重要成果《围护结构耐久性和功能性协同设计理论与方法》，已由中国建设科技出版社（原中国建材工业出版社）正式出版。（王萌萌）

责编：丁涛

校对：张健

监审：韩凤凤