趙金平 譚丹君/ ZHAO Jinping,TAN Danjun

1 環(huán)保板材的研究背景及發(fā)展趨勢

建筑板材是裝飾裝修工程中需求量最大的建筑材料之一，其環(huán)保性和舒適性直接關(guān)系到居住者的健康和安全，也關(guān)系到建筑物本身的節(jié)能和環(huán)保問題。因此，在我國城市化進(jìn)程快速推進(jìn)的情況下，研究開發(fā)利于居住健康、利于環(huán)境保護(hù)、利于建筑節(jié)能的建筑板材顯得尤為重要。裝飾裝修板材的發(fā)展趨勢是開發(fā)健康安全、減少資源消耗、降低能耗、完善應(yīng)用技術(shù)的環(huán)保型新產(chǎn)品。

1.1 健康安全的環(huán)保板材

裝飾裝修材料必須以“安全”為第一要素，健康安全是裝飾裝修材料必須滿足的最基本、最重要的條件。傳統(tǒng)的外墻板制造工藝基本上都使用石棉作為增強(qiáng)纖維。石棉是纖維狀的硅質(zhì)礦物的泛稱，具有良好的抗拉強(qiáng)度、隔熱性與防腐蝕性，不易燃燒，被廣泛應(yīng)用于建材。在水泥基外墻板的制造上，石棉作為一種性能優(yōu)異的增強(qiáng)材料，長期以來具有難以動(dòng)搖的地位。然而，石棉纖維的危害性在近年引起了高度的關(guān)注。石棉纖維可以分裂成極細(xì)的元纖維，在大氣和水中能懸浮數(shù)周、數(shù)月之久，持續(xù)地造成污染，被人體吸入后會(huì)造成肺部疾病甚至致癌。鑒于石棉的危害性，許多國家開始全面禁止使用這種物質(zhì)，多數(shù)歐盟成員國在2005年以前已經(jīng)禁用石棉。

利用植物纖維替代石棉制造建筑用外墻板的研發(fā)思路，在很大程度上體現(xiàn)了環(huán)保、健康、安全的建材產(chǎn)品制造理念，體現(xiàn)了環(huán)保宜居住宅的理念，這對于提高整體居住水平、滿足人們的綠色環(huán)?？稻有枨笃鸬搅酥匾耐苿?dòng)作用。

1.2 用工業(yè)廢棄物替代不可再生的礦產(chǎn)資源

建筑材料是建筑業(yè)的物質(zhì)基礎(chǔ)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在房屋建筑工程中建筑物成本的2/3屬于材料費(fèi)。傳統(tǒng)建材的原料來自不可再生的天然礦物原料。據(jù)估計(jì)，我國每年為生產(chǎn)傳統(tǒng)建材要消耗各種礦產(chǎn)資源70多億噸，其中大部分是不可再生礦石、化石類資源。天然礦石資源日益枯竭的嚴(yán)峻形勢，成為建筑材料發(fā)展的瓶頸。在利廢、環(huán)保、綠色循環(huán)、節(jié)約資源的發(fā)展方針的推動(dòng)下，工業(yè)固體廢棄物如何替代天然礦石作為新型建材的生產(chǎn)原料已成為世界各國的研究熱點(diǎn)。如能利用農(nóng)作物秸稈纖維、粉煤灰、煤矸石、冶金礦渣、廢陶瓷磚等工、農(nóng)業(yè)固體廢棄物制備出性能優(yōu)異的環(huán)保型裝飾裝修板材，將對建材行業(yè)的良性循環(huán)發(fā)展起到重要的推動(dòng)作用。

1.3 降低建材生產(chǎn)過程中的能源消耗

我國建材行業(yè)是僅次于電力、冶金行業(yè)的耗能大戶，占全國工業(yè)能耗的13%，所耗能源基本上是不可再生的化石類能源——煤和石油。我國大部分建材工業(yè)是高溫工業(yè)，能耗高于國外同類產(chǎn)品10%～200%。改造傳統(tǒng)工藝，開發(fā)新設(shè)備、新工藝、新技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗最有效的方法。

表1 零石棉復(fù)合纖維外墻板技術(shù)指標(biāo)

1.4 大力發(fā)展應(yīng)用技術(shù)研究

板材是與建筑結(jié)構(gòu)最相宜的新型建筑材料之一，具有可連續(xù)生產(chǎn)、尺寸易調(diào)整、裝飾效果好、安裝便捷、使用靈活等優(yōu)點(diǎn)。重視環(huán)保板材的應(yīng)用技術(shù)研究，完善配套技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和措施，編制、修訂相關(guān)產(chǎn)品的生產(chǎn)、施工規(guī)范、規(guī)程，將對建筑技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生重大的影響。

2 零石棉復(fù)合纖維增強(qiáng)外墻板

建筑外墻板是新興的建筑用外墻裝飾結(jié)構(gòu)板，是隨著鋼結(jié)構(gòu)房屋的推廣而發(fā)展起來的一種常規(guī)建筑板材，通常以水泥基為主。現(xiàn)有的幾種外墻裝飾形式如涂料、馬塞克、瓷磚、大理石、玻璃幕墻等，都因?yàn)槔匣?、剝落、易損、光污染等等原因存在缺陷；而用于建筑外墻的一些板材如石膏纖維板、水泥刨花板等，也存在防水、強(qiáng)度、可加工性、尺寸穩(wěn)定性等問題。

由于世界各國對含石棉產(chǎn)品的使用有不同程度的限制，用石棉的替代材料制造建材產(chǎn)品成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展不可逆轉(zhuǎn)的趨勢。零石棉復(fù)合纖維增強(qiáng)外墻板是一種集功能性、裝飾性為一體的新型墻體材料，它采用先進(jìn)的高壓真空擠出成型生產(chǎn)工藝，經(jīng)高溫蒸壓養(yǎng)護(hù)而成，密實(shí)度高，具有優(yōu)越的力學(xué)性能和耐候性能，尺寸穩(wěn)定，變形系數(shù)極小。在使用中具有良好的保溫、隔熱和隔音作用，其復(fù)合墻體占地少，能增加5%的使用面積，可以廣泛用于城市中低層建筑立面的外墻裝飾和舊樓改造。

本項(xiàng)研究的難點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)主要包括：

（1）零石棉復(fù)合纖維的選擇和優(yōu)化技術(shù)

傳統(tǒng)水泥制品通常采用石棉纖維作為增強(qiáng)材料，不僅對環(huán)境造成污染，還危及人體健康；近年出現(xiàn)利用玻璃纖維作為增強(qiáng)材料制造外墻板的技術(shù)，但仍存在成型困難、抗堿性差、產(chǎn)品開裂等問題。因此選用不含石棉的纖維，并通過不同性能纖維的組合，實(shí)現(xiàn)外墻板的增強(qiáng)，是本項(xiàng)研究的關(guān)鍵技術(shù)之一。

（2）粉煤灰和農(nóng)作物秸稈纖維在外墻板工藝配方中的應(yīng)用技術(shù)

粉煤灰的添加通常會(huì)降低外墻板的強(qiáng)度，也會(huì)增加其成型難度；農(nóng)作物秸稈纖維的添加通常會(huì)阻礙水泥的水化反應(yīng)，不利于產(chǎn)品定型；無機(jī)、有機(jī)粒子界面相融性問題也直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量。解決配方中粉煤灰和農(nóng)作物秸稈纖維的數(shù)量、比例、改性以及與水泥的結(jié)合等問題，是本項(xiàng)研究的難點(diǎn)。

（3）零石棉復(fù)合纖維增強(qiáng)外墻板的制造工藝技術(shù)

采用擠出成型法制造零石棉復(fù)合纖維增強(qiáng)外墻板，由于主要原料水泥的擠出變形功較大，容易磨損模頭、損害設(shè)備。因此通過改善物料的塑性，提高其流動(dòng)性，降低擠出變形功，是本項(xiàng)研究的另一難點(diǎn)。

表2 薄型微晶玻璃板材的技術(shù)指標(biāo)

本項(xiàng)研究的創(chuàng)新點(diǎn)主要有以下幾個(gè)方面：（1）利用化學(xué)纖維、木質(zhì)纖維形成零石棉復(fù)合纖維，取代有害的石棉纖維，實(shí)現(xiàn)外墻板的增強(qiáng)；（2）利用工業(yè)廢棄物（如粉煤灰）和農(nóng)業(yè)廢棄物（農(nóng)作物秸稈纖維）作為部分原料，實(shí)現(xiàn)廢物利用；（3）采用硬塑擠出成型生產(chǎn)工藝，降低了生產(chǎn)能耗，節(jié)約了水資源，實(shí)現(xiàn)了清潔生產(chǎn)。

零石棉復(fù)合纖維外墻板產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)如表1所示。該技術(shù)于2009年4月由北京建材行業(yè)協(xié)會(huì)主持召開了科技成果鑒定會(huì)，評(píng)審專家一致認(rèn)為，成果達(dá)到國際先進(jìn)水平。

3 薄型微晶玻璃

微晶玻璃集中了玻璃、陶瓷及天然石材的三重優(yōu)點(diǎn)，性能優(yōu)于天然石材和陶瓷，可用于建筑幕墻及室內(nèi)高檔裝飾，是具有發(fā)展前途的新型材料。薄型微晶玻璃的生產(chǎn)可采用燒結(jié)法和浮法兩種工藝路線。燒結(jié)法工藝流程為：混合料制備→粉磨混合→成型燒結(jié)→冷加工→檢驗(yàn)包裝→入庫；浮法工藝流程為：配合料→熔制→（浮法成型+晶化）→退火→冷加工→成品。

本項(xiàng)研究的關(guān)鍵技術(shù)在于：

（1）玻璃成分和晶核劑的研究

生產(chǎn)薄型高強(qiáng)度微晶玻璃，材料析出的晶粒大小及微觀均勻性是至關(guān)重要的，采用納米態(tài)晶核劑是解決問題的有效途徑。玻璃成分和晶核劑的研究是關(guān)鍵之一。

（2）浮法微晶玻璃成型工藝的研究

微晶玻璃的浮法成型和錫槽內(nèi)晶化的有機(jī)結(jié)合是本項(xiàng)研究的另一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)。浮法成型要求有較高的成型溫度，而微晶玻璃晶化需要的溫度卻低得多，如何協(xié)調(diào)這對矛盾是浮法微晶玻璃技術(shù)成敗的關(guān)鍵。

（3）成型工藝參數(shù)的控制

對成型溫度、拉引速度、微晶化時(shí)間、溫度等參數(shù)的控制和優(yōu)化，是制備薄型微晶玻璃墻面裝飾板材的主要技術(shù)難點(diǎn)，不適宜的成型工藝制度將造成板材變形、纏繞輥道、強(qiáng)度下降或不能形成美觀的色澤。

（4）微晶玻璃在線精密切裁技術(shù)和裝備的開發(fā)

微晶玻璃由于強(qiáng)度高、韌性好，難以用普通的玻璃切刀在線切裁，因此研究開發(fā)微晶玻璃在線精密切裁技術(shù)是能否形成大規(guī)模生產(chǎn)能力的關(guān)鍵所在。

表3 干掛空心陶瓷板的技術(shù)指標(biāo)

本項(xiàng)研究的創(chuàng)新點(diǎn)主要有以下幾個(gè)方面：（1）用浮法/壓延成型工藝，通過添加納米態(tài)晶核劑，制造薄型高強(qiáng)度微晶玻璃的成型、晶化工藝；（2）浮法/壓延微晶玻璃的在線快速切裁、研磨和拋光技術(shù)和設(shè)備；（3）整套浮法/壓延5～8 mm薄型微晶玻璃裝飾板材生產(chǎn)工藝技術(shù)。

薄型微晶玻璃板材的技術(shù)指標(biāo)如表2所示。

薄型微晶玻璃生產(chǎn)技術(shù)是利用工業(yè)尾礦、高爐礦渣、硅砂等原料，采用浮法（或燒結(jié)）成型技術(shù)生產(chǎn)薄型微晶玻璃板材的工藝技術(shù)。浮法成型工藝通過添加納米態(tài)晶核劑，能夠制造出薄型高強(qiáng)度的微晶玻璃；燒結(jié)法工藝在降低產(chǎn)品的原料消耗、能源消耗、提高產(chǎn)量等方面有了重大提高，可以使原料成本降低20%，燒成周期明顯縮短。以燒結(jié)法為核心的“建筑裝飾微晶玻璃成套生產(chǎn)技術(shù)”于2010年1月通過了湖北省科技廳組織的科技成果鑒定，鑒定結(jié)論指出，總體技術(shù)達(dá)到了國際領(lǐng)先水平。

4 干掛空心陶瓷板

干掛空心陶瓷板在制造過程中大量采用低質(zhì)陶土及工業(yè)廢棄物，節(jié)約了日益匱乏的優(yōu)質(zhì)陶瓷資源，降低了環(huán)境負(fù)荷；產(chǎn)品應(yīng)用于建筑物上具有質(zhì)輕、保溫的特點(diǎn)，與用普通陶瓷磚裝飾的建筑物相比，能夠起到節(jié)能和降低荷重的作用。本項(xiàng)研究所用原料是低質(zhì)紅粘土、紅頁巖，同時(shí)還摻加一定量的工業(yè)廢渣，燒成溫度低，是陶瓷工業(yè)的發(fā)展方向。其工藝流程為：原料粉碎→配料→混合→拌水練泥→陳腐→真空擠泥→切割→干燥→燒成。

本項(xiàng)研究的關(guān)鍵技術(shù)在于：

（1）坯體配方的研究

主要原料是低質(zhì)原料和工業(yè)廢渣，因此配方研究是關(guān)鍵。

（2）工藝流程、工藝參數(shù)的研究

由于產(chǎn)品尺寸大，所以泥料水分、真空度、擠出壓力、擠出速度、托板材質(zhì)、形狀等對擠出成型產(chǎn)品斷面的應(yīng)力分布、干燥收縮、變形等影響較大，這些參數(shù)的研究，將對成型合格率具有至關(guān)重要的作用。

（3）切、碼、運(yùn)設(shè)備及方法的研究

由于擠出成型的坯體含水率達(dá)17%～20%，尺寸大，選擇和研究切割、碼、運(yùn)設(shè)備與方法能夠減少產(chǎn)品搬運(yùn)過程的破損率。實(shí)現(xiàn)輥道窯干燥和燒成是解決碼坯動(dòng)作的技術(shù)關(guān)鍵。

（4）干燥

圖1 河北承德巴克什營村公所外墻（建筑面積：2 000m2）

圖2 北京市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)示范園（延慶）

擠出成型屬于塑性成型技術(shù)，其特點(diǎn)是坯體含水率高、干燥收縮大，干燥和燒成變形、開裂幾率高。經(jīng)反復(fù)的調(diào)研，技術(shù)方案選定為：借鑒粘土磚的干燥工藝，設(shè)計(jì)新型干燥窯，采用復(fù)合式干燥工藝，即先采用輻射干燥再采用輥道干燥窯技術(shù)進(jìn)行干燥。

（5）表面裝飾技術(shù)及施工技術(shù)的研究

干掛空心陶瓷板與其他保溫墻體材料的突出區(qū)別在于其具有耐久性和外裝飾作用，所以其表面裝飾技術(shù)顯得尤為重要。鋪貼施工方法是重要的關(guān)鍵技術(shù)之一。

本項(xiàng)研究的科技創(chuàng)新點(diǎn)有：（1）大規(guī)格干掛空心陶瓷板的擠出成型技術(shù)；（2）為含著色元素較多的頁巖類原料找到了新的利用途徑，拓展了陶瓷原料的適用范圍，可以實(shí)現(xiàn)對赤泥、粉煤灰等工業(yè)廢渣的利用；（3）開發(fā)了新的鋪貼技術(shù)，采用獨(dú)特的吊掛方法，與巖棉板等構(gòu)成外墻外保溫體系。

干掛空心陶瓷板產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)如表3所示。

環(huán)保型干掛空心陶瓷板制造技術(shù)于2009年8月在北京通過了由住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部科技發(fā)展促進(jìn)中心組織的專家評(píng)估，評(píng)估委員會(huì)認(rèn)為，利用該技術(shù)制造的產(chǎn)品規(guī)格性能和技術(shù)裝備達(dá)到了國際先進(jìn)水平。

5 產(chǎn)品應(yīng)用示范與推廣前景

零石棉復(fù)合纖維增強(qiáng)外墻板、薄型微晶玻璃、干掛空心陶瓷板3種產(chǎn)品，已經(jīng)陸續(xù)進(jìn)入工程應(yīng)用，目前已完成了若干產(chǎn)品應(yīng)用示范工程。典型的示范工程應(yīng)用案例有：

（1）河北承德巴克什營的新農(nóng)村建設(shè)項(xiàng)目（圖1），其村公所辦公樓2 000m2外墻，全部采用北新建材開發(fā)的零石棉復(fù)合纖維增強(qiáng)外墻，是環(huán)保型裝飾裝修板材產(chǎn)品應(yīng)用于新農(nóng)村建設(shè)的典型示范工程。

（2）北京市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)示范園（延慶，圖2）建設(shè)的節(jié)能保溫型房屋，房屋結(jié)構(gòu)采用北新建材的薄板鋼骨房屋住宅體系，其外墻采用零石棉復(fù)合纖維增強(qiáng)外墻板，使用數(shù)量約為600 m2。

（3）深圳時(shí)代廣場工程項(xiàng)目，內(nèi)墻裝飾采用秦皇島玻璃工業(yè)研究設(shè)計(jì)院、武漢理工大學(xué)聯(lián)合開發(fā)、廣東佛山榮冠玻璃建材有限公司生產(chǎn)的薄型微晶玻璃，使用數(shù)量為6 000 m2。

（4）浙江杭州郎郡別墅區(qū)工程項(xiàng)目，外墻全部采用咸陽陶瓷院開發(fā)、福建華泰集團(tuán)生產(chǎn)的干掛空心陶瓷板（商品名：TOB陶板），使用數(shù)量8 400 m2。

（5）廣東佛山絲路瓷典陶瓷總部大樓，外墻全部采用咸陽陶瓷院開發(fā)、福建華泰集團(tuán)生產(chǎn)的干掛空心陶瓷板，使用數(shù)量1 600 m2。

環(huán)保型裝飾裝修板材產(chǎn)品可以廣泛用于各種建筑內(nèi)外墻，包括別墅建筑、樓堂公館、廠房、學(xué)校以及眾多的民用建筑等。產(chǎn)品用在框架結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)建筑上，無論低層、多層還是高層，都可以有針對性地進(jìn)行選用，市場容量大。3種產(chǎn)品融合了環(huán)保理念，具有很大的市場空間和發(fā)展?jié)摿Α?/p>