1. 引言
目前我国建筑保温方式主要采用外墙外保温体系，这类保温体系主要是由聚苯板(EPS板或XPS板)、聚苯颗粒、发泡聚氨酯(现场发泡或成品发泡板)、泡沫玻璃、保温岩棉等保温材料作为保温层，通过粘贴或机械锚固等方法将保温材料固定到建筑物的围护结构上，然后在其表面再进行防水、抗开裂等处理并进行表面装饰施工 [1] 。虽然外墙外保温系统技术在很短的时间内取得了令世界瞩目的成就，但在推广应用过程中由于质量控制不稳定等一系列问题，导致了外墙外保温工程空鼓、开裂、渗水、脱落、着火等质量安全问题时有发生，给工程质量带来很大的安全隐患。
为应对以上问题，国内出现了以真石漆、水泡水、氟碳漆、大理石、花岗岩为饰面的保温装饰一体板，虽然在一定程度上缓解了以上问题，但是真石漆、水泡水涂料等号称室外使用寿命能达到10年，但实际使用5~8年就需要再次维护、翻新；即便是室外使用寿命能达到15年的氟碳涂料也仅能涂装成各种建筑单色 [2] 。
根据《国务院关于印发“十三五”节能减排综合工作方案的通知(国发[2016] 74号)》“到2020年，城镇绿色建筑面积占新建建筑面积比重提高到50%。实施绿色建筑全产业链发展计划，推行绿色施工方式，推广节能绿色建材、装配式和钢结构建筑。强化既有居住建筑节能改造，实施改造面积5亿平方米以上，2020年前基本完成北方采暖地区有改造价值城镇居住建筑的节能改造”。如果按目前国内每年新建房屋及厂房20亿平方米计算，一体化墙板使用量如果能达到20% (目前不足1%)，则每年市场容量可达400亿元人民币。另外，实施5亿平方米既有居住建筑节能改造，则年均市场容量可达100亿元。可见，未来五年，保温装饰一体化墙板每年将创造500亿级的大市场，成为了一个新兴的朝阳产业 [3] 。
针对上述各类外墙保温体系的缺陷，中能建装配式建筑产业发展有限公司技术团队研发出了一种新型UHPC保温装饰一体板，它的上层(装饰层)为UPHC材料，具有强度高、厚度薄、耐候性好、装饰效果多样化等特点，下层为保温层，可使用市场上大多数有机、无机类保温材料通过粘贴复合而成保温装饰一体化板，再通过干挂方式固定于装配式建筑外墙板上，施工方式简单，无安全隐患，而且有较长的使用寿命，发展前景广阔，本文主要从制备工艺、技术特点与工程应用方面对装饰板进行了详细的介绍。
2. 技术方案
装饰保温一体化板顾名思义是指将保温防火材料与UHPC材料饰面板通过独特工艺复合而成的一种新型环保建材，产品采用流水线标准化、模块化制作，集保温、防火、装饰功能一体化，能实现施工装配化，绿色环保的目的。工厂模块化生产，现场粘结锚固施工。保温装饰板主要由两层材料组成，面层为加入各种辅助材料形成的装饰层，底层为防火保温材料。安装采用专用的粘结砂浆 + 锚固件的双重紧固结构与基层外墙板粘贴，板与板之间的缝隙采用耐候性硅酮弹性密封胶进行密封处理。
2.1. 原材料
胶凝材料饰面层采用白色硅酸盐水泥、白硅灰、偏高岭土的三元胶凝组成体系，结构层采用普通硅酸盐水泥、硅灰、粉煤灰的三元胶凝组成体系；骨料选用质地坚硬、洁净的粗、细级配集合的浅色石英砂，钢纤维选用综合性能较好的端钩型镀铜微纤维；保温材料可选用A级或者B1级防火保温材料。原材料及其技术性能要求见表1。
Table 1. Raw materials and technical performance requirements
表1. 原材料及技术性能要求
2.2. 装饰板组成
2.2.1. 装饰层
装饰层是由先进水泥基高性能复合材料UHPC制备而成的外墙装饰挂板，这种高性能水泥基材料的主要组成有无机胶凝材料、活性掺合料、级配砂、增强纤维及其他辅助材料等，包括饰面层和结构层，它具有强度好、厚度薄、吸水率低、耐候性好等优点。它的主要技术性能如表2所示。
Table 2. Technical properties of decorative layer (UHPC)
表2. 装饰层(UHPC)的技术性能
2.2.2. 保温层
保温层按住建部实施最新节能设计要求选用保温芯材，同时兼顾客户需求采用防火等级为A级或者B1级防火保温材料，如下：
燃烧性能为A级的保温材料：岩棉、玻璃棉、泡沫玻璃、泡沫陶瓷、发泡水泥、闭孔珍珠岩等。膨胀玻化微珠板、膨胀珍珠岩板和泡沫玻璃板等无机保温板。
燃烧性能为B1级的保温材料：特殊处理后的聚苯板(XPS或EPS)，特殊处理后的聚氨酯(PU)、酚醛、胶粉聚苯粒等。
2.3. 装饰板的构造
UHPC装饰板的装饰保温集成一体化是通过UHPC装饰层与保温层直接粘结形成，并以连接件加强装饰层与保温层之间的粘结性能，这种构造方式便于装饰板可以在工厂进行反打工艺的工业化生产。装饰板的构造如图1所示。
Figure 1. Structure diagram of decorative board
图1. 装饰板的构造图
2.4. 配合比及性能测试
2.4.1. 配合比设计
UHPC装饰板对UHPC流动性要求较高，在UHPC配合比设计时，重点考虑了工作性能，确保达到自密实混凝土填充性SF3的坍落扩展度要求(760~850 mm)。钢纤维对UHPC的增强作用较好，但钢纤维的掺入对工作性能不利，笔者经试验研究发现，当钢纤维体积掺量在2.0%~3.0%时，UHPC具有较好的力学性能，也能满足工作性能要求。本项目所制备的UHPC装饰板对UHPC的力学性能要求也较高，通过试验最终确定钢纤维掺量为2.0%。UHPC配合比见表3。
Table 3. UHPC mix ratio of decorative layer
表3. 装饰层UHPC配合比
2.4.2. 性能分析
根据表3的UHPC配合比及制备流程，制备了UHPC产品，产品技术性能见表4。由表4可见，本技术方案制备的UHPC在结构层和饰面层均具有优良的工作性能，较高的抗压强度和抗折强度，饰面层吸水率、抗冲击性能及抗冻融性合格。其中，其具有坍落扩展度为860~910 mm的优良工作性能，28天抗压强度和抗折强度分别为126~138 MPa和17~23 MPa。
Table 4. UHPC performance test table
表4. UHPC性能测试表
2.5. 制备流程
第一步，模具组装；采用玻璃钢组合式模具，底模尺寸为1220 × 2420 mm，边模尺寸为30 mm (高于装饰板厚度10~15 mm)，模具组装完成后应清扫干净，使用高压气枪吹扫灰尘，为防止污染装饰面，底模刷涂清水型无机脱模剂。
第二步，浇筑饰面层；搅拌制度：投入胶凝材料、无机颜料和石英砂→搅拌30~45 s→加入1/2水和减水剂→搅拌1~2 min→加入剩余水→搅拌3~5 min，至UHPC砂浆拌合物具有一定流动性→保持继续搅拌，同时均匀投入PP纤维→继续搅拌1~2 min，至PP纤维分散均匀。
第三步，铺设网格布；沿装饰板纵向铺设耐碱玻璃纤维网格布，边缘距离模具约20 mm，网格布搭接宽度10~20 mm，铺设完成后使用滚筒将网格布压入UHPC浆料中，振动5~10 s，以使UHPC浆料气泡排出和流动均匀。
第四步，浇筑结构层；搅拌制度：投入胶凝材料和石英砂→搅拌30~45 s→加入1/2水和减水剂→搅拌1~2 min→加入剩余水→搅拌3~5 min，至UHPC砂浆拌合物具有一定流动性→保持继续搅拌，同时均匀投入钢纤维→继续搅拌2~3 min，至钢纤维分散均匀。UHPC浆料浇筑完成后振动5~10 s。
第五步，养护和表面处理；采用蒸汽养护 + 自然养护的组合养护方式，养护制度：静停6 h，蒸汽养护10 h (60℃，湿度 ≥ 90%)，出养护窑后以翻转机将装饰板翻转180˚使装饰面朝上，自然养护7~14 d，表面水渍干燥后刷涂防护剂以提高装饰板耐污性能，经切割机切割、包装后堆码入库。
3. UHPC保温装饰板的安装工艺
施工工艺流程包括：墙体基层处理→现场测量、弹线分格→粘锚装饰板→锚固件安装固定→密封胶填缝→去膜清理。基层墙体的外侧用水泥砂浆找平。找平层与基层墙体的粘接强度不低于0.3 MPa，并且粘结界面脱开面积应不大于50%。基层墙体应达到《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB 50204-2002)、《砌体工程施工质量验收规范》(GB 50203-2002)要求，当基层墙体的平整度不符合要求时，可采用1:3水泥砂浆找平，并在基层施工验收完毕，门窗框及附设管线设备安装就位之后进行。
装饰板在找平层的基层墙体上，采用以粘为主、粘锚结合或干挂的方式将装饰层固定在基层上，板缝采用填缝材料封填，并用硅酮密封胶嵌缝密封。目前装饰板在传统建筑或节能改造建筑中主要采用粘锚(或粘挂)结合的安装工艺，为了进一步提高装饰板的整体安全性，使用锚固件，紧扣装饰层，再次将装饰板与墙体牢固地连接在一起。这种工艺施工便捷，比起干挂工艺，不仅节约龙骨的成本，而且安全牢固，为高层建筑的外墙保温装饰提供了全方位保障。在装配式建筑中，UHPC装饰板还可以采用反打工艺，施工效率大大提高。施工安装的节点构造图如图2所示。
在粘锚装饰板方面，程序如下：
1) 装饰板粘结面上应涂刷界面砂浆；在界面砂浆表干后，再披刮胶粘剂。
2) 装饰板可采用条粘法和点框粘法粘贴，并优先采用条粘法。
3) 粘贴装饰板应从勒脚部位开始，自下而上，沿水平方向铺设粘贴。
4) 保证装饰板粘贴的平整度、垂直度。每贴完一块，应及时清除挤出的砂浆；板间的缝隙要一致。
在锚固件安装定位方面，程序如下：
1) 根据排版图确定的锚固件位置钻孔，钻孔深度为锚固深度再加上10 mm，并随即清理钻孔灰尘。
2) 装饰板粘贴完毕后即可进行锚固件安装，锚固件进入混凝土基层的有效锚固深度应大于等于25 mm，进入砌体墙体基层的有效锚固深度应大于等于50 mm。
3) 将锚固件固定于墙体上，并拧紧膨胀锚栓，胶粘剂未干前，锚栓预拧不应过紧，胶粘剂干燥24 h后拧紧。
在填缝处理方面，程序如下：
1) 装饰板板缝处理在胶粘剂干燥后进行。处理前应清洁其周边部位，在板缝中注入聚氨酯泡沫或嵌入聚苯乙烯泡沫条，后再挤注硅酮密封胶。
2) 挤注前在板缝两侧饰面层上贴美纹纸，挤注时枪嘴伸入缝隙内约4 mm，缓慢移动连续进行不得出现空穴或气泡。
3) 挤注密封胶后应顺一个方向立即进行胶缝的修刮平整，不可来回往复移动，以免裹入空气形成气泡，然后揭下美纹纸。
Figure 2. Installation node construction diagram
图2. 安装节点构造图
4. 工程实例及应用前景分析
4.1. 工程应用情况
长沙中民筑友科技产业园项目，占地400亩，项目总投资15亿元，产业园所有建筑外墙保温体系都将采用装饰板，目前已在产业园办公大楼、研发楼、食堂及宿舍楼等多个建筑体大量应用，应用总面积超10,000平方米。产业园装饰板应用实例见图3、图4。
Figure 3. Canteen, dormitory and office building of industrial park
图3. 产业园食堂、宿舍及办公大楼
Figure 4. Corner of the gate of industrial park
图4. 产业园大门一角
4.2. 技术特点分析
UHPC装饰板按照65%建筑节能要求进行热工设计，采用高强度、闭孔细胞结构的保温防火芯材，导热性低而稳定，具有极佳的保温隔热性能，不受温度、湿度的变化影响。
装饰板的饰面为UHPC材料，可塑性极强，通过调整配方和经过特性工艺处理，装饰板能提供个性化的元素，改变单一素色的局面。采用装饰板可使设计风格更多，色彩的多样性、纹理的变化性，可以叠加组织成任何想要的美丽图案，从外观上拓展了建筑师的设计空间。
装饰板的饰面层厚度仅为5~8 mm，容重仅为12~15 Kg/m2，最大程度减轻了建筑外墙的负荷，轻质的优点很大程度地降低了地震对建筑物的影响，采用粘接与锚固相结合的方式，杜绝饰面层与保温层剥离的隐患，极大地提高了施工的安全性，安装快速，也同时大幅度消减了质量隐患、安全隐患。由于饰面基材采用具有超高强度的UHPC材料与保温防火材料粘接一体化后，其板面抗冲击性、抗弯强度、抗形变性能良好，抗震抗裂，坚固安全。装饰板的饰面层全部使用无机材料，抗紫外辐射能力极强，适用于对耐紫外性能要求高的环境，使保温系统的功能和使用寿命达到与建筑物同寿命的要求。系统耐候50年，成本降低50%。
由于采用工厂模块化生产，简化了现场安装。装饰板施工是传统涂装模式中现场繁杂的作业环节，如施工工艺需要二十几道工序简化为三道工序。
环保节能将成为企业发展的主题，绿色消费成为主导建筑消费市场的主流观念，因此满足绿色消费的需求，发展高性能、高技术生态建筑，不仅要从建筑外观效果，还要从整体设计和制造过程，减少对环境污染，给人们营造舒适的环境。UHPC保温装饰板一体板的饰面板是采用流水线自动化在工厂生产，每分钟能生产40~50米，生产效率高，质量易控制。饰面板UHPC材料为无机材料，无辐射、无污染、绿色环保，对人体和环境没有任何污染，同时很大程度上减少了建筑垃圾。
4.3. 技术经济性分析
传统保温装饰体系多采取保温层加涂料、保温层加瓷砖、保温层加真石漆、保温层加干挂石材等方式。与装饰板相比，采取保温层加涂料、保温层加真石漆的方式，初期成本较低，但后期维护与维修成本大；采取保温层加瓷砖方式，投资成本相当，但施工复杂，特别是瓷砖自重大，有剥落和安全隐患；采取保温层加干挂石材方式，初期投资约为装饰板的两倍，而后期维护费用基本相当 [4] 。
虽然装饰板的初次投入成本略高，但就长期综合成本来看，装饰板的耐用期为25年以上，保温节能高达65%以上，工效提高一倍，工期缩短一半，综合成本却下降30~70%，在全使用寿命周期内，整体成本适中。
5. 结语
本文制备了由无机材料装饰层复合制备的UHPC保温装饰一体板，其中胶凝材料饰面层采用白色硅酸盐水泥、白硅灰、偏高岭土的三元胶凝组成体系，结构层采用普通硅酸盐水泥、硅灰、粉煤灰的三元胶凝组成体系，钢纤维选用端钩型镀铜微纤维，掺量为2.0%。制备的性能优良的UHPC保温装饰一体板具有坍落度为290~305 mm以及扩展度为860~910 mm的优良工作性能，28天抗压强度和抗折强度分别为126~138 MPa和17~23 MPa；饰面层吸水率为0.85，抗冲击性能及抗冻融性合格。
研究表明，装饰板比起其他类型的保温装饰一体化板有天然的优势，克服了有机板先天的缺陷，解决了保温不防火及防火不保温的尴尬局面，使得外墙保温实现保温防火同步的目标，同时装饰效果非常好，满足设计师对安全和用户装饰的需求。