硅酸鈣板與蒸壓纖維水泥板均屬短纖維增強的蒸壓制品,前者以消石灰、SiO2含量在90%以上的硅質材料和輕集料為基體,外觀主要特征是白色和低密度(0.9~1.4g/cm3)。后者以普通硅酸鹽水泥和SiO2含量在50%以上的硅質材料為基體,外觀主要特征是灰色和高密度(1.4~1.7g/cm3)。
我國在20世紀80年代后期開發了硅酸鈣板與蒸壓纖維水泥板,90年代初期投入生產。近10年來其發展尤為迅速,全國此類板材的年總生產能力已由上世紀末的不足3000萬平方米增至近年的2億平方米。不僅廣泛用于辦公樓、醫院、賓館、地鐵隧道中,也已用于奧運會場館、國家大劇院與上海世博會館等重點工程中。多年來出口海外的數量已達到年銷售量的30%左右。
國際上已將可持續性作為對工業產品能否長期存在和持續發展的一項重要評定指標,現今產品的可持續性與綠色度在某種意義上已成為同義詞,因為可持續性的產品必然是綠色的。筆者現就原材料、制品生產過程及應用過程3個環節中的主要因素對硅酸鈣板與蒸壓纖維水泥板可持續性的影響進行分析,并參考國外有關企業的先進經驗,結合國情探討如何提升我國此類建筑板材的可持續性。
原材料對產品可持續性的影響
纖維增強材
世界衛生組織(WHO)在2006年發布的文件《消除與石棉有關的疾病》中指出“消除石棉相關疾病最有效的途徑就是停止使用各類石棉”,盡管現在國際上對溫石棉的使用尚有爭議,但迄今全世界已有40多個國家(包括所有歐盟成員國、美國、日本、澳大利亞)在制造硅酸鈣板、纖維水泥板時不使用溫石棉。看來在世界范圍內停止使用溫石棉只是一個時間問題,目前我國絕大多數企業在生產此類板材時也已不再使用溫石棉。
耐堿玻璃纖維、高模量聚乙烯醇纖維與改性聚酰胺纖維雖然具有較高的抗拉強度,但缺乏對粉狀材料的吸附性,且不能經受溫度在180℃~200℃的蒸壓處理。
芳綸纖維與碳纖維雖然具有很高的抗拉強度與彈性模量,能經受蒸壓處理,但也缺乏對粉狀材料的吸附性,并且價格昂貴。
國際上公認用現有的濕法工藝(抄取法、流漿法)制造非石棉硅酸鈣板與蒸壓纖維水泥制品,最適宜的石棉代用纖維是經化學處理(硫酸鹽處理)的木漿纖維或稱纖維素纖維。這主要是①經磨漿后的木漿纖維(指經化學處理的木漿纖維,以下均是)具有與松解后的石棉纖維相似的工藝性能,即料漿的過濾性與對粉狀粒子的吸附性;②此種纖維具有一定的抗拉強度(松解后溫石棉的抗拉強度為500~700MPa,磨漿后木漿纖維的值為500~600MPa);③磨漿后木漿纖維的長度處于一定范圍內(長度為1~6mm的纖維含量為60%~70%),與松解后的中長溫石棉大致相近;④耐高濕高溫性好,與溫石棉一樣均可經受蒸壓處理。同時木漿纖維與溫石棉相比,既對人體健康無害,又是可再生的天然資源。
我國生產硅酸鈣板的企業多數使用進口的經漂白與化學處理的木漿纖維,生產蒸壓纖維水泥板的企業則多數使用進口的未經漂白、經化學處理的木漿纖維(即專用的牛皮紙纖維)或同時使用此2種纖維。進口纖維的價格不僅較高且經常波動,筆者曾多次呼吁制造此類板材所用的木漿纖維應立足于國內。這就需要我國生產此類板材的行業與林業、造紙等行業開展必要的協作,尤應注意使用可速生樹種制得的木漿纖維。回收的廢紙纖維經適當的打漿處理也可用以替代部分木漿纖維。
膠凝材料
與非蒸壓的纖維水泥板相比較,硅酸鈣板與蒸壓纖維水泥板的膠凝材料耗量僅是前者的40%左右,屬低碳建材制品。
國內外制造硅酸鈣板的企業一般用消石灰作為膠凝材料,或以消石灰為主摻加適量的普通硅酸鹽水泥。
制造蒸壓纖維水泥板所用膠凝材料是普通硅酸鹽水泥,為盡可能減少水泥中熟料的用量。建議使用復合硅酸鹽水泥來取代普通硅酸鹽水泥。我國復合硅酸鹽水泥中含有硅酸鹽水泥熟料,2種或2種以上的混合材及適量的石膏,其中混合材的總摻量大于15%,但不超過50%,對此種水泥的技術要求則基本與普通硅酸鹽水泥相同。因復合水泥中摻有不同的混合材,制造纖維水泥板選用何種復合水泥為宜,最好在工藝線上先進行必要的試驗。
硅質材料
制造硅酸鈣板或蒸壓纖維水泥板在原料中摻加硅質材料,其作用在于蒸壓過程中鈣質材料與硅質材料起化學反應生成托勃莫來石晶體。長期以來國外企業在制造此類板材時均用磨細石英砂作為硅質材料,主要是因為石英砂的SiO2含量較高(可達90%以上)。
我國在20世紀90年代后期已有個別生產蒸壓纖維水泥板的企業用粉煤灰代替全部磨細石英砂,產品質量可達到標準要求。近年來,國外有些纖維水泥板企業也用粉煤灰代替部分或全部磨細石英砂。
使用粉煤灰代替磨細石英砂不僅利用了工業廢渣,同時還可免去粉磨石英砂的能耗并降低產品成本。但在選用粉煤灰時應對其化學組成與放射性物質含量有一定的要求。宜使用SiO2含量不低于50%的低鈣粉煤灰,為保護環境與保障人體健康,所用粉煤灰的放射性物質含量不應超過我國國家標準《建筑材料用工業廢渣放射性物質限制》中所規定的限值。
摻合料
國內外有些企業在制造蒸壓纖維水泥板或硅酸鈣板時摻加少量的微硅粉(4%左右),由于微硅粉中非晶態、高活性的SiO2含量可達95%以上,故可適當減少硅質材料的用量,并有助于增進成型過程中薄料層的黏結和蒸壓過程中促進托勃莫來石晶體的生成。
制造防火性要求高的硅酸鈣板時,尚需加入適量的特種摻合料,如針狀硅灰石、膨脹珍珠巖或膨脹蛭石及云母鱗片等。
國內外生產此類板材的企業均100%利用生產過程中未硬化的廢板坯與切下的邊料,制成料漿后重新使用。絕大多數企業均將板后加工過程中產生的邊角廢料、碎屑與細粒,經收集、粉磨后作為摻合料使用,在制品中的摻量可達10%以上,這對減少生產區周邊的污染有重要意義。
配方
制造蒸壓纖維水泥板配方中木漿纖維的含量取決于纖維的樹種、磨漿后纖維的打漿度及纖維在纖維水泥料漿中分布的均勻性,一般在7%~9%范圍內。纖維含量過大,由于分布不均勻,反而導致制品強度降低。對有防火要求的硅酸鈣板而言,木漿纖維的含量一般在5%以下。當用磨細石英砂作為硅質材料時,最好在制品中不含剩余的未參與反應的石英砂粉。這是因為石英砂中含有晶態的SiO2,在制品切割、砂光、鉆孔等機械加工過程中,SiO2晶體粉塵對人體有害,吸入過多的此種粉塵會導致矽肺與肺癌。為此,比利時Etex集團在其產品配方中已嚴格控制磨細石英砂的含量。
運輸
原材料的長途運輸既消耗大量燃油,又使空氣受到污染。為減少運輸過程中對能源與環境的影響,近年來Etex集團在比利時的生產廠及其在德國的Promat公司已將部分原材料由陸路運輸改為水運。日本Nichiha公司90%以上原材料的運輸距離不超過200公里。筆者建議我國位于南方的此類板材的生產廠所用原材料可考慮采用水運。
生產過程對產品可持續性的影響
磨漿
木漿纖維的磨漿對纖維與基材的黏結及纖維增強作用的發揮均起重要作用,但磨漿的能耗較大,可高達800kWh/t,而在磨漿過程中不僅可使纖維束被松開以增進其對粉料的吸附能力,同時又可使纖維被切斷而降低其平均長度。硅酸鈣板與蒸壓纖維水泥板的抗折強度與韌性不僅取決于纖維的含量,同時也取決于纖維的平均長度。長度3mm以上的纖維在制品中起著明顯的增強與增韌作用,長度0.3mm的纖維即使纖維含量很大也僅起填料作用。
Etex集團研發中心研究了磨漿工藝對木漿纖維的打漿度與纖維長度間的關系,發現提高磨漿的強化度至一定限度后,對打漿度并無明顯提高,反而使纖維長度有不同程度的下降。顯然磨漿的能耗將隨磨漿強化度的增高而增大,因此他們認為,對不同品種的木漿,應通過試驗確定其最適宜的磨漿強化度,從而在減少能耗的同時,又不致使纖維受較大的損傷。
制坯
國際上多年來已傾向于設計、制造與使用高生產率的板坯成型機,因為這有利于節約鋼材、降低能耗、節省場地、減少勞動力和降低生產成本。例如,德國Wehrhahn公司制造的具有5~6個大網輪(椎1200mm)和大直徑(椎1600mm)成型筒的、自動化程度很高的抄取機的年生產能力可達1000萬~1200萬平方米(按厚度為6mm計),相當于2~3臺年生產能力為400萬平方米的抄取機。瑞士H.U.S.技術公司制造的具有7個真空箱的流漿機的年生產能力可達800萬平方米(按厚度為5mm計)。我國武漢建材工業設計研究院以自主知識產權設計、制造了年生產能力為800萬平方米(按厚度為6mm計)的流漿機,達到了國際先進水平。
迄今為止,國際上制造硅酸鈣板與纖維水泥板仍以抄取法為主流,國內則為流漿法與抄取法并行發展。根據可持續發展的方向,今后我國生產此類板材,究竟以何種工藝為主,是值得行業專家進一步深入、全面而又客觀地探討的。
循環用水
用濕法生產硅酸鈣板與蒸壓纖維水泥板,工藝用水的耗量極大。例如,年產量為2000萬平方米的、擁有2條抄取工藝線的纖維水泥板廠,每日的循環用水量約為360立方米,過去經1周即將如此大量的工藝用水全部排放進入污水管道。為了節約用水、減少對環境的污染,國外知名企業均在設法采取有效的措施。例如,澳大利亞JamesHardie集團采用再生處理的非飲用水,該集團在美國的2家工廠的工藝用水已實現了“零”排放或接近“零”排放。Nichiha公司位于美國Macon的工廠已建立了1座水處理分廠,不僅可回收95%的工藝用水,并對其余5%的水經適當去污處理后重新進入生產系統。為節約工藝用水,我國生產此類板材的企業應盡快采取有效的措施。
蒸壓養護
板坯必須經蒸壓養護,因而要耗用大量蒸汽。為減少用鍋爐產生蒸汽而釋放較多的溫室氣體,國內外很多企業均使用天然氣或熱輕油等清潔燃料,有條件的企業則可利用發電廠排放的廢蒸汽。為減少能耗與水耗并改善對環境的影響,很多企業已使蒸壓釜中的殘余蒸汽進入蒸汽養護的隧道窯內(一般溫度保持在50℃~60℃),使板坯硬化后獲得初始強度再脫去模板進入蒸壓釜中。
板面噴涂
國外知名企業用于室外的硅酸鈣板與蒸壓纖維水泥板均在出廠前經噴涂處理,不僅使產品有較好的外觀,更主要的是可提高產品的耐久性。例如,JamesHardie集團外墻板的正、反兩面及四周的厚度方向均噴涂防水與耐候性較好的涂層。為減少涂料中有機溶劑所含揮發性有機物對空氣的污染和對人體健康的危害,主要使用高固含量的溶劑型涂料或無溶劑涂料。Etex集團長期以來對纖維水泥板采用名為“Glasal”的專門涂裝技術,所用涂料是無機質的,需經特殊的浸漬與烘烤處理。經此種技術處理后的表面涂層非常致密、光潔,猶如瓷釉,故又名“瓷釉工藝”。迄今為止,我國絕大多數此類板材的生產廠家僅供應表面未經噴涂的素板,或僅對天花板作表面噴涂。為提高產品的附加值,尤其是為增進外墻板的長期耐久性,有條件的企業應盡早建立噴涂工藝線。
應用過程對產品可持續性的影響
品種及用途
國外生產硅酸鈣板與蒸壓纖維水泥板的知名企業的最大特色在于產品品種多、用途廣及表面色彩與紋理的多樣化,因此用戶對產品有很廣闊的選擇余地,并可保持其產品較強的競爭力。
JamesHardie集團所生產的纖維水泥板按用途有條形板、鑲嵌板、拱腹板、背襯板、柔性板等主要品種。其中可用于建筑物外墻的條形板與鑲嵌板又有26種不同的表面顏色和多種不同的表面紋理,在美國同類產品中占有70%以上的市場份額。
Etex集團除了生產各種不同規格與表面色彩的住宅用和非住宅用的外墻板、內墻板與天花板外,還生產可用于多層建筑物、辦公樓和公共建筑(機場、商場、旅館、體育館等)的被動防火系統(包括天花板、隔斷、風道與電纜管等);同時還為石化、造船、化工等工業部門提供專門的防火保護系統及高溫絕熱材料,多數屬于低密度、低熱導率的硅酸鈣制品。
就我國生產此類板材企業的總體情況而論,當前存在的主要問題是產品的品種單調、用途不廣,絕大多數企業均以生產吊頂板與表面未經噴涂的本色內墻面板為主。筆者認為,為增進我國此類建筑板材的可持續性,當務之急是增加產品品種并相應擴大產品的應用范圍。參考國外的先進經驗,結合我國國情,當前應重點發展以下品種:
1.建筑物節能外墻用的覆面板
密度與強度較高的、表面經噴涂的硅酸鈣板或蒸壓纖維水泥板與高效絕熱材料復合,形成外墻外絕熱的干式覆面系統。墻體的傳熱系數為0.25~0.35W/m2K,可減少墻體的熱損耗、降低建筑物的使用能耗、減少溫室氣體的排放并提高居住的舒適性。
根據歐美國家的使用經驗,此種干式覆面系統,與濕式抹面系統相比較,雖造價較高,但施工進度快、適于冬季施工、使用中可靠性強、維修費用少。既可用于新的節能建筑,也可用于既有建筑的節能改造。
2.被動防火系統用的防火板
高層與超高層建筑、公共建筑、地下構筑等均對防火有嚴格的要求,用專門的配方與工藝制成的硅酸鈣板具有較高的防火性能,在國際上被廣泛用來作為防火墻與吊頂、鋼結構的防火包敷、自撐式耐火風管、鐵皮風管防火包敷、電纜防火包敷、玻璃幕墻防火裙墻、管道井及擋煙垂壁等。近年來我國已有個別企業開發此種防火硅酸鈣板,投入批量生產并已用于若干工程中。例如,用防火硅酸鈣板與巖棉、輕鋼龍骨等所組成的防火輕質隔墻,其耐火極限可達到4個小時,符合現代化建筑的防火要求。又如,用此種板材制作的自撐式耐火風管的耐火極限可達3個小時,能在火災發生時有效地抑制火焰的蔓延,并可保證通風排煙系統的正常運轉。在地鐵、地下車庫、隧道等工程中,防火問題尤其重要,采用此種板材與鋼骨架構成的防火系統,可延緩混凝土結構的爆裂性破壞,減少人命、財產的損失。希望我國能有更多的企業生產用于被動防火系統的硅酸鈣板。
3.現澆輕質復合墻體的面板
在蒸壓纖維水泥面板與輕鋼龍骨所組成的空腔內,泵入由泡沫塑料粒子、水泥與粉煤灰等拌制成的輕質灌漿料,可形成現澆的、實心的輕質復合墻體。這種墻體最先應用于我國臺灣,其主要特點是既有一定的絕熱性和隔音性,又有傳統墻體的重質感,施工方便、不污染環境,并且墻面可吊掛重物。1999年我國臺灣發生9.21大地震,島內大量建筑物倒塌或嚴重損壞,而此種墻體仍然較為完好,為此得以在我國臺灣建筑中大量推廣。近年來,我國開始在若干建筑物中采用此種構造的墻體,遼寧省已著手編制《現澆輕質復合墻體應用技術規程》。此種墻體所用蒸壓纖維水泥板,在材性上應符合一定的要求,需采用專門的配方與工藝,建議盡快制定這種專用板材的技術規范并組織批量生產,優先在地震多發區的建筑中推廣使用現澆輕質復合墻體。
耐久性
國外知名企業將硅酸鈣板與蒸壓纖維水泥板使用的保質期定為50年,在保質期限內,若制品在使用過程中發生質量上的問題,可進行更換;對室外使用的表面有涂層的制品,涂層的保質期一般定為15年,若在此保質期內涂層質量上有問題,也可進行產品的更換。我國此類板材的生產企業尚未對出廠的產品規定有如此長的保質期。值得注意的是國外有些企業正在力求提高室外用板表面涂層的抗老化性,例如,Nichiha公司在某些外墻制品上使用壽命可達25年表面涂層。
維修
使用于室外的此類板材在使用過程中的維修主要是對制品表面涂層的重新涂刷。國外的應用實踐表明,涂層與纖維水泥的黏結性優于木材,纖維水泥保持涂料的能力約為木材的2倍。若纖維水泥外墻板的表面涂層能在使用過程中受到很好的保護,則可經15年再重新涂刷一次,而木板表面的涂層則經8年左右即要重新涂刷。為此,纖維水泥外墻板的維修費用要明顯低于木質外墻。
廢棄
根據國外經驗,質量符合標準要求并經正確安裝、合理使用、及時維修的蒸壓纖維水泥或硅酸鈣外墻板的使用壽命一般不少于50年。用于室內的蒸壓纖維水泥板與硅酸鈣板的正常使用壽命可達50年以上。到達使用壽命的此類板材,在拆卸過程中絕大多數會受到破損,因而不宜再重復使用。其中大部分廢棄后的板材可作為生產水泥熟料的原料,部分則可作為制造硅酸鈣板或蒸壓纖維水泥板的摻合料。
希望我國生產硅酸鈣板與蒸壓纖維水泥板的企業為提升此類板材的可持續性,在原材料、生產與應用等環節上進一步采取更加卓有成效的措施,大力開發低碳技術,增加產品品種,擴大產品應用領域,為國內外建筑市場提供更多的高性能硅酸鈣板與蒸壓纖維水泥板。
我國在20世紀80年代后期開發了硅酸鈣板與蒸壓纖維水泥板,90年代初期投入生產。近10年來其發展尤為迅速,全國此類板材的年總生產能力已由上世紀末的不足3000萬平方米增至近年的2億平方米。不僅廣泛用于辦公樓、醫院、賓館、地鐵隧道中,也已用于奧運會場館、國家大劇院與上海世博會館等重點工程中。多年來出口海外的數量已達到年銷售量的30%左右。
國際上已將可持續性作為對工業產品能否長期存在和持續發展的一項重要評定指標,現今產品的可持續性與綠色度在某種意義上已成為同義詞,因為可持續性的產品必然是綠色的。筆者現就原材料、制品生產過程及應用過程3個環節中的主要因素對硅酸鈣板與蒸壓纖維水泥板可持續性的影響進行分析,并參考國外有關企業的先進經驗,結合國情探討如何提升我國此類建筑板材的可持續性。
原材料對產品可持續性的影響
纖維增強材
世界衛生組織(WHO)在2006年發布的文件《消除與石棉有關的疾病》中指出“消除石棉相關疾病最有效的途徑就是停止使用各類石棉”,盡管現在國際上對溫石棉的使用尚有爭議,但迄今全世界已有40多個國家(包括所有歐盟成員國、美國、日本、澳大利亞)在制造硅酸鈣板、纖維水泥板時不使用溫石棉。看來在世界范圍內停止使用溫石棉只是一個時間問題,目前我國絕大多數企業在生產此類板材時也已不再使用溫石棉。
耐堿玻璃纖維、高模量聚乙烯醇纖維與改性聚酰胺纖維雖然具有較高的抗拉強度,但缺乏對粉狀材料的吸附性,且不能經受溫度在180℃~200℃的蒸壓處理。
芳綸纖維與碳纖維雖然具有很高的抗拉強度與彈性模量,能經受蒸壓處理,但也缺乏對粉狀材料的吸附性,并且價格昂貴。
國際上公認用現有的濕法工藝(抄取法、流漿法)制造非石棉硅酸鈣板與蒸壓纖維水泥制品,最適宜的石棉代用纖維是經化學處理(硫酸鹽處理)的木漿纖維或稱纖維素纖維。這主要是①經磨漿后的木漿纖維(指經化學處理的木漿纖維,以下均是)具有與松解后的石棉纖維相似的工藝性能,即料漿的過濾性與對粉狀粒子的吸附性;②此種纖維具有一定的抗拉強度(松解后溫石棉的抗拉強度為500~700MPa,磨漿后木漿纖維的值為500~600MPa);③磨漿后木漿纖維的長度處于一定范圍內(長度為1~6mm的纖維含量為60%~70%),與松解后的中長溫石棉大致相近;④耐高濕高溫性好,與溫石棉一樣均可經受蒸壓處理。同時木漿纖維與溫石棉相比,既對人體健康無害,又是可再生的天然資源。
我國生產硅酸鈣板的企業多數使用進口的經漂白與化學處理的木漿纖維,生產蒸壓纖維水泥板的企業則多數使用進口的未經漂白、經化學處理的木漿纖維(即專用的牛皮紙纖維)或同時使用此2種纖維。進口纖維的價格不僅較高且經常波動,筆者曾多次呼吁制造此類板材所用的木漿纖維應立足于國內。這就需要我國生產此類板材的行業與林業、造紙等行業開展必要的協作,尤應注意使用可速生樹種制得的木漿纖維。回收的廢紙纖維經適當的打漿處理也可用以替代部分木漿纖維。
膠凝材料
與非蒸壓的纖維水泥板相比較,硅酸鈣板與蒸壓纖維水泥板的膠凝材料耗量僅是前者的40%左右,屬低碳建材制品。
國內外制造硅酸鈣板的企業一般用消石灰作為膠凝材料,或以消石灰為主摻加適量的普通硅酸鹽水泥。
制造蒸壓纖維水泥板所用膠凝材料是普通硅酸鹽水泥,為盡可能減少水泥中熟料的用量。建議使用復合硅酸鹽水泥來取代普通硅酸鹽水泥。我國復合硅酸鹽水泥中含有硅酸鹽水泥熟料,2種或2種以上的混合材及適量的石膏,其中混合材的總摻量大于15%,但不超過50%,對此種水泥的技術要求則基本與普通硅酸鹽水泥相同。因復合水泥中摻有不同的混合材,制造纖維水泥板選用何種復合水泥為宜,最好在工藝線上先進行必要的試驗。
硅質材料
制造硅酸鈣板或蒸壓纖維水泥板在原料中摻加硅質材料,其作用在于蒸壓過程中鈣質材料與硅質材料起化學反應生成托勃莫來石晶體。長期以來國外企業在制造此類板材時均用磨細石英砂作為硅質材料,主要是因為石英砂的SiO2含量較高(可達90%以上)。
我國在20世紀90年代后期已有個別生產蒸壓纖維水泥板的企業用粉煤灰代替全部磨細石英砂,產品質量可達到標準要求。近年來,國外有些纖維水泥板企業也用粉煤灰代替部分或全部磨細石英砂。
使用粉煤灰代替磨細石英砂不僅利用了工業廢渣,同時還可免去粉磨石英砂的能耗并降低產品成本。但在選用粉煤灰時應對其化學組成與放射性物質含量有一定的要求。宜使用SiO2含量不低于50%的低鈣粉煤灰,為保護環境與保障人體健康,所用粉煤灰的放射性物質含量不應超過我國國家標準《建筑材料用工業廢渣放射性物質限制》中所規定的限值。
摻合料
國內外有些企業在制造蒸壓纖維水泥板或硅酸鈣板時摻加少量的微硅粉(4%左右),由于微硅粉中非晶態、高活性的SiO2含量可達95%以上,故可適當減少硅質材料的用量,并有助于增進成型過程中薄料層的黏結和蒸壓過程中促進托勃莫來石晶體的生成。
制造防火性要求高的硅酸鈣板時,尚需加入適量的特種摻合料,如針狀硅灰石、膨脹珍珠巖或膨脹蛭石及云母鱗片等。
國內外生產此類板材的企業均100%利用生產過程中未硬化的廢板坯與切下的邊料,制成料漿后重新使用。絕大多數企業均將板后加工過程中產生的邊角廢料、碎屑與細粒,經收集、粉磨后作為摻合料使用,在制品中的摻量可達10%以上,這對減少生產區周邊的污染有重要意義。
配方
制造蒸壓纖維水泥板配方中木漿纖維的含量取決于纖維的樹種、磨漿后纖維的打漿度及纖維在纖維水泥料漿中分布的均勻性,一般在7%~9%范圍內。纖維含量過大,由于分布不均勻,反而導致制品強度降低。對有防火要求的硅酸鈣板而言,木漿纖維的含量一般在5%以下。當用磨細石英砂作為硅質材料時,最好在制品中不含剩余的未參與反應的石英砂粉。這是因為石英砂中含有晶態的SiO2,在制品切割、砂光、鉆孔等機械加工過程中,SiO2晶體粉塵對人體有害,吸入過多的此種粉塵會導致矽肺與肺癌。為此,比利時Etex集團在其產品配方中已嚴格控制磨細石英砂的含量。
運輸
原材料的長途運輸既消耗大量燃油,又使空氣受到污染。為減少運輸過程中對能源與環境的影響,近年來Etex集團在比利時的生產廠及其在德國的Promat公司已將部分原材料由陸路運輸改為水運。日本Nichiha公司90%以上原材料的運輸距離不超過200公里。筆者建議我國位于南方的此類板材的生產廠所用原材料可考慮采用水運。
生產過程對產品可持續性的影響
磨漿
木漿纖維的磨漿對纖維與基材的黏結及纖維增強作用的發揮均起重要作用,但磨漿的能耗較大,可高達800kWh/t,而在磨漿過程中不僅可使纖維束被松開以增進其對粉料的吸附能力,同時又可使纖維被切斷而降低其平均長度。硅酸鈣板與蒸壓纖維水泥板的抗折強度與韌性不僅取決于纖維的含量,同時也取決于纖維的平均長度。長度3mm以上的纖維在制品中起著明顯的增強與增韌作用,長度0.3mm的纖維即使纖維含量很大也僅起填料作用。
Etex集團研發中心研究了磨漿工藝對木漿纖維的打漿度與纖維長度間的關系,發現提高磨漿的強化度至一定限度后,對打漿度并無明顯提高,反而使纖維長度有不同程度的下降。顯然磨漿的能耗將隨磨漿強化度的增高而增大,因此他們認為,對不同品種的木漿,應通過試驗確定其最適宜的磨漿強化度,從而在減少能耗的同時,又不致使纖維受較大的損傷。
制坯
國際上多年來已傾向于設計、制造與使用高生產率的板坯成型機,因為這有利于節約鋼材、降低能耗、節省場地、減少勞動力和降低生產成本。例如,德國Wehrhahn公司制造的具有5~6個大網輪(椎1200mm)和大直徑(椎1600mm)成型筒的、自動化程度很高的抄取機的年生產能力可達1000萬~1200萬平方米(按厚度為6mm計),相當于2~3臺年生產能力為400萬平方米的抄取機。瑞士H.U.S.技術公司制造的具有7個真空箱的流漿機的年生產能力可達800萬平方米(按厚度為5mm計)。我國武漢建材工業設計研究院以自主知識產權設計、制造了年生產能力為800萬平方米(按厚度為6mm計)的流漿機,達到了國際先進水平。
迄今為止,國際上制造硅酸鈣板與纖維水泥板仍以抄取法為主流,國內則為流漿法與抄取法并行發展。根據可持續發展的方向,今后我國生產此類板材,究竟以何種工藝為主,是值得行業專家進一步深入、全面而又客觀地探討的。
循環用水
用濕法生產硅酸鈣板與蒸壓纖維水泥板,工藝用水的耗量極大。例如,年產量為2000萬平方米的、擁有2條抄取工藝線的纖維水泥板廠,每日的循環用水量約為360立方米,過去經1周即將如此大量的工藝用水全部排放進入污水管道。為了節約用水、減少對環境的污染,國外知名企業均在設法采取有效的措施。例如,澳大利亞JamesHardie集團采用再生處理的非飲用水,該集團在美國的2家工廠的工藝用水已實現了“零”排放或接近“零”排放。Nichiha公司位于美國Macon的工廠已建立了1座水處理分廠,不僅可回收95%的工藝用水,并對其余5%的水經適當去污處理后重新進入生產系統。為節約工藝用水,我國生產此類板材的企業應盡快采取有效的措施。
蒸壓養護
板坯必須經蒸壓養護,因而要耗用大量蒸汽。為減少用鍋爐產生蒸汽而釋放較多的溫室氣體,國內外很多企業均使用天然氣或熱輕油等清潔燃料,有條件的企業則可利用發電廠排放的廢蒸汽。為減少能耗與水耗并改善對環境的影響,很多企業已使蒸壓釜中的殘余蒸汽進入蒸汽養護的隧道窯內(一般溫度保持在50℃~60℃),使板坯硬化后獲得初始強度再脫去模板進入蒸壓釜中。
板面噴涂
國外知名企業用于室外的硅酸鈣板與蒸壓纖維水泥板均在出廠前經噴涂處理,不僅使產品有較好的外觀,更主要的是可提高產品的耐久性。例如,JamesHardie集團外墻板的正、反兩面及四周的厚度方向均噴涂防水與耐候性較好的涂層。為減少涂料中有機溶劑所含揮發性有機物對空氣的污染和對人體健康的危害,主要使用高固含量的溶劑型涂料或無溶劑涂料。Etex集團長期以來對纖維水泥板采用名為“Glasal”的專門涂裝技術,所用涂料是無機質的,需經特殊的浸漬與烘烤處理。經此種技術處理后的表面涂層非常致密、光潔,猶如瓷釉,故又名“瓷釉工藝”。迄今為止,我國絕大多數此類板材的生產廠家僅供應表面未經噴涂的素板,或僅對天花板作表面噴涂。為提高產品的附加值,尤其是為增進外墻板的長期耐久性,有條件的企業應盡早建立噴涂工藝線。
應用過程對產品可持續性的影響
品種及用途
國外生產硅酸鈣板與蒸壓纖維水泥板的知名企業的最大特色在于產品品種多、用途廣及表面色彩與紋理的多樣化,因此用戶對產品有很廣闊的選擇余地,并可保持其產品較強的競爭力。
JamesHardie集團所生產的纖維水泥板按用途有條形板、鑲嵌板、拱腹板、背襯板、柔性板等主要品種。其中可用于建筑物外墻的條形板與鑲嵌板又有26種不同的表面顏色和多種不同的表面紋理,在美國同類產品中占有70%以上的市場份額。
Etex集團除了生產各種不同規格與表面色彩的住宅用和非住宅用的外墻板、內墻板與天花板外,還生產可用于多層建筑物、辦公樓和公共建筑(機場、商場、旅館、體育館等)的被動防火系統(包括天花板、隔斷、風道與電纜管等);同時還為石化、造船、化工等工業部門提供專門的防火保護系統及高溫絕熱材料,多數屬于低密度、低熱導率的硅酸鈣制品。
就我國生產此類板材企業的總體情況而論,當前存在的主要問題是產品的品種單調、用途不廣,絕大多數企業均以生產吊頂板與表面未經噴涂的本色內墻面板為主。筆者認為,為增進我國此類建筑板材的可持續性,當務之急是增加產品品種并相應擴大產品的應用范圍。參考國外的先進經驗,結合我國國情,當前應重點發展以下品種:
1.建筑物節能外墻用的覆面板
密度與強度較高的、表面經噴涂的硅酸鈣板或蒸壓纖維水泥板與高效絕熱材料復合,形成外墻外絕熱的干式覆面系統。墻體的傳熱系數為0.25~0.35W/m2K,可減少墻體的熱損耗、降低建筑物的使用能耗、減少溫室氣體的排放并提高居住的舒適性。
根據歐美國家的使用經驗,此種干式覆面系統,與濕式抹面系統相比較,雖造價較高,但施工進度快、適于冬季施工、使用中可靠性強、維修費用少。既可用于新的節能建筑,也可用于既有建筑的節能改造。
2.被動防火系統用的防火板
高層與超高層建筑、公共建筑、地下構筑等均對防火有嚴格的要求,用專門的配方與工藝制成的硅酸鈣板具有較高的防火性能,在國際上被廣泛用來作為防火墻與吊頂、鋼結構的防火包敷、自撐式耐火風管、鐵皮風管防火包敷、電纜防火包敷、玻璃幕墻防火裙墻、管道井及擋煙垂壁等。近年來我國已有個別企業開發此種防火硅酸鈣板,投入批量生產并已用于若干工程中。例如,用防火硅酸鈣板與巖棉、輕鋼龍骨等所組成的防火輕質隔墻,其耐火極限可達到4個小時,符合現代化建筑的防火要求。又如,用此種板材制作的自撐式耐火風管的耐火極限可達3個小時,能在火災發生時有效地抑制火焰的蔓延,并可保證通風排煙系統的正常運轉。在地鐵、地下車庫、隧道等工程中,防火問題尤其重要,采用此種板材與鋼骨架構成的防火系統,可延緩混凝土結構的爆裂性破壞,減少人命、財產的損失。希望我國能有更多的企業生產用于被動防火系統的硅酸鈣板。
3.現澆輕質復合墻體的面板
在蒸壓纖維水泥面板與輕鋼龍骨所組成的空腔內,泵入由泡沫塑料粒子、水泥與粉煤灰等拌制成的輕質灌漿料,可形成現澆的、實心的輕質復合墻體。這種墻體最先應用于我國臺灣,其主要特點是既有一定的絕熱性和隔音性,又有傳統墻體的重質感,施工方便、不污染環境,并且墻面可吊掛重物。1999年我國臺灣發生9.21大地震,島內大量建筑物倒塌或嚴重損壞,而此種墻體仍然較為完好,為此得以在我國臺灣建筑中大量推廣。近年來,我國開始在若干建筑物中采用此種構造的墻體,遼寧省已著手編制《現澆輕質復合墻體應用技術規程》。此種墻體所用蒸壓纖維水泥板,在材性上應符合一定的要求,需采用專門的配方與工藝,建議盡快制定這種專用板材的技術規范并組織批量生產,優先在地震多發區的建筑中推廣使用現澆輕質復合墻體。
耐久性
國外知名企業將硅酸鈣板與蒸壓纖維水泥板使用的保質期定為50年,在保質期限內,若制品在使用過程中發生質量上的問題,可進行更換;對室外使用的表面有涂層的制品,涂層的保質期一般定為15年,若在此保質期內涂層質量上有問題,也可進行產品的更換。我國此類板材的生產企業尚未對出廠的產品規定有如此長的保質期。值得注意的是國外有些企業正在力求提高室外用板表面涂層的抗老化性,例如,Nichiha公司在某些外墻制品上使用壽命可達25年表面涂層。
維修
使用于室外的此類板材在使用過程中的維修主要是對制品表面涂層的重新涂刷。國外的應用實踐表明,涂層與纖維水泥的黏結性優于木材,纖維水泥保持涂料的能力約為木材的2倍。若纖維水泥外墻板的表面涂層能在使用過程中受到很好的保護,則可經15年再重新涂刷一次,而木板表面的涂層則經8年左右即要重新涂刷。為此,纖維水泥外墻板的維修費用要明顯低于木質外墻。
廢棄
根據國外經驗,質量符合標準要求并經正確安裝、合理使用、及時維修的蒸壓纖維水泥或硅酸鈣外墻板的使用壽命一般不少于50年。用于室內的蒸壓纖維水泥板與硅酸鈣板的正常使用壽命可達50年以上。到達使用壽命的此類板材,在拆卸過程中絕大多數會受到破損,因而不宜再重復使用。其中大部分廢棄后的板材可作為生產水泥熟料的原料,部分則可作為制造硅酸鈣板或蒸壓纖維水泥板的摻合料。
希望我國生產硅酸鈣板與蒸壓纖維水泥板的企業為提升此類板材的可持續性,在原材料、生產與應用等環節上進一步采取更加卓有成效的措施,大力開發低碳技術,增加產品品種,擴大產品應用領域,為國內外建筑市場提供更多的高性能硅酸鈣板與蒸壓纖維水泥板。
















