非燒結(jié)墻體材料發(fā)展中的問題及對策研究

李興奎

(四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院材料工程系，四川德陽618000)

1 我國墻體材料產(chǎn)品的發(fā)展現(xiàn)狀

墻體材料產(chǎn)品分為三大類，砌墻磚、砌塊、板材。本文討論的非燒結(jié)墻體材料主要針對目前使用最多的砌墻磚和砌塊，

1.1 磚類產(chǎn)品

(1)黏土磚:以黏土為原材料生產(chǎn)的燒結(jié)磚。由于燒結(jié)黏土磚占用大量耕地，耗能高、污染環(huán)境、隔熱保溫效果差，國家已出臺政策逐步禁止其使用。黏土多孔磚、空心磚雖然在一定程度上能節(jié)約土源、節(jié)約能耗、提高工效及保溫隔熱性能，但仍要使用黏土資源，所以只能作為這一階段的過渡性產(chǎn)品。

(2)頁巖磚:被列為新型墻材，目前其發(fā)展勢頭很好。但它有破壞植被，耗能高等缺點，其發(fā)展也應(yīng)以多孔、空心磚為主，同時應(yīng)加大粉煤灰等廢渣的摻入量。目前，該產(chǎn)品在各地區(qū)用量極大。

(3)粉煤灰磚:可分為燒結(jié)粉煤灰磚和蒸養(yǎng)粉煤灰磚。坯體的干燥性能好，密度比一般黏土磚低，可以充分利用工業(yè)廢料，節(jié)約原料與燃料。

(4)煤矸石磚:煤矸石磚坯干燥性能好，周期短，強度等級高，用燃料少，用煤矸石制空心磚，既節(jié)約原料，又節(jié)約燃料，還能利用工業(yè)廢料。

(5)灰砂磚:受砂資源的制約，加上近10年來混凝土業(yè)的高速發(fā)展對砂資源需求猛增、燒結(jié)頁巖磚價格低及在應(yīng)用中出現(xiàn)一些問題的影響，蒸壓灰砂磚的產(chǎn)量及生產(chǎn)企業(yè)逐漸減少，在我國的各種墻體材料中所占比重逐步縮小。

1.2 砌塊

(1)混凝土砌塊:是新型墻體材料的一個重要品種，近年來的產(chǎn)量大約在7 000×104～9 000×104m3。由于受資源、氣候、環(huán)境和建筑體系的影響，混凝土砌塊在我國各地的發(fā)展?fàn)顩r不均衡。總體來說，南方的發(fā)展速度比北方快，在廣西、四川、浙江、湖南的部分地區(qū)，混凝土砌塊的生產(chǎn)和使用量比較大，施工應(yīng)用經(jīng)驗比較成熟，混凝土砌塊已成為當(dāng)?shù)貕w材料的主導(dǎo)產(chǎn)品。

除了普通空心砌塊以外，輕集料混凝土空心砌塊的生產(chǎn)和應(yīng)用量也比較大，主要用于框架結(jié)構(gòu)中的非承重墻體。

混凝土砌塊生產(chǎn)工藝簡單、效率高、成本低、原料來源廣泛，有一定的發(fā)展優(yōu)勢。但我國混凝土砌塊行業(yè)普遍存在著投資規(guī)模小、技術(shù)水平低、產(chǎn)品質(zhì)量差的問題。

(2)加氣混凝土砌塊:2000年以后，在墻改政策和建筑節(jié)能要求的帶動下，加氣混凝土進(jìn)入了快速的發(fā)展時期，一大批機械化生產(chǎn)水平較高、生產(chǎn)規(guī)模較大的加氣混凝土廠投入生產(chǎn)，并迫使部分規(guī)模小、技術(shù)水平低、產(chǎn)品質(zhì)量差的企業(yè)轉(zhuǎn)產(chǎn)或停產(chǎn)，使得行業(yè)的整體技術(shù)水平得以提高，行業(yè)結(jié)構(gòu)得到調(diào)整。目前，全國的加氣混凝土生產(chǎn)企業(yè)約為500家，年生產(chǎn)能力達(dá)4 000×104m3左右。

1.3 板材產(chǎn)品

我國成為世界上建筑墻板種類和品種最多的國家。由于發(fā)展速度較快，生產(chǎn)技術(shù)裝備簡單，投資規(guī)模小，大批小企業(yè)投入墻板生產(chǎn)的行業(yè)，總體的生產(chǎn)技術(shù)水平不高。許多新的產(chǎn)品缺乏相應(yīng)的國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，即使已出臺的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，其質(zhì)量指標(biāo)也偏低。雖然產(chǎn)品種類繁多，但真正大規(guī)模進(jìn)入市場，被建筑市場接受和認(rèn)可的主導(dǎo)產(chǎn)品卻很少。

(1)GRC墻板:由于原材料的質(zhì)量低劣和使用不當(dāng)，生產(chǎn)工藝落后等因素造成的產(chǎn)品質(zhì)量下降影響了產(chǎn)品的推廣應(yīng)用。隨著生產(chǎn)工藝的創(chuàng)新和完善，對原料質(zhì)量提出了更高的要求，許多廠家采取了“雙保險”的技術(shù)路線，即采用抗堿玻璃纖維和低堿度水泥制造墻板提高了產(chǎn)品質(zhì)量，同時推動了行業(yè)的健康發(fā)展。隨著城市高層建筑和框架結(jié)構(gòu)建筑的大量涌現(xiàn)，對隔墻材料的需求量大增，空心隔墻板可滿足建筑市場的這一需求，成為主要的隔墻材料產(chǎn)品之一。

(2)輕質(zhì)陶?；炷翖l板:是主要用于建筑物的非承重內(nèi)隔墻。由于板材的自重較小，便于搬運和安裝，板內(nèi)配有鋼筋網(wǎng)片，板與板之間可通過焊接連結(jié)，增加了墻體的整體穩(wěn)定性和抗震性能;另外其生產(chǎn)工藝簡單，產(chǎn)品質(zhì)量相對穩(wěn)定。該板自20世紀(jì)90年代開始在北京生產(chǎn)，自投入市場以來，產(chǎn)量逐年增長，目前在北京的內(nèi)隔墻板市場占有率較大。

(3)混凝土多孔條板:其原料主要是水泥和輕集料，可適當(dāng)摻加粉煤灰，以降低水泥的用量。輕集料可以用浮石等天然材料，或用陶粒等人造輕集料，也可用各種工業(yè)廢渣，如爐渣礦渣等。由于混凝土多孔條板的工藝生產(chǎn)技術(shù)并不復(fù)雜，生產(chǎn)設(shè)備較為簡單，吸引了一大批的小型企業(yè)加入到生產(chǎn)該產(chǎn)品的行列，企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模較小，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，行業(yè)總體的生產(chǎn)技術(shù)處于較低的水平。

(4)紙面石膏板:經(jīng)過20多年的發(fā)展，國內(nèi)紙面石膏板的生產(chǎn)技術(shù)水平有了很大的提高，但與國際上的先進(jìn)水平相比整體上尚有一定的差距。我國的單機平均生產(chǎn)能力較小，單位產(chǎn)品的生產(chǎn)能耗較高，石膏板自身的質(zhì)量和護(hù)面紙的質(zhì)量也存在明顯不足。在施工應(yīng)用方面，國外紙面石膏板主要應(yīng)用領(lǐng)域是墻體，而且數(shù)量很大;而在我國，紙面石膏板主要應(yīng)用于吊頂和裝飾，在墻體材料方面的推廣進(jìn)展緩慢，應(yīng)用于墻體的比例不到20%。其主要原因是相對于其他墻體材料而言，紙面石膏板的復(fù)合墻體自身的成本和價位偏高，影響了大面積推廣使用。

(5)石膏空心條板:是以建筑石膏為主要原料，摻加適量輕質(zhì)填充料或纖維材料后加工而成的一種空心板材。這種板材不用紙和粘結(jié)劑，安裝時不用龍骨，是發(fā)展比較快的一種輕質(zhì)板材。主要用于內(nèi)墻和隔墻。

(6)纖維石膏板:是以建筑石膏為主要原料，并摻加適量纖維增強材料制成。這種板材的抗彎強度高于紙面石膏板，可用于內(nèi)墻和隔墻，也可代替木材制作家具。

2 發(fā)展非燒結(jié)墻體材料的意義

2.1 可以保護(hù)耕地

為了保護(hù)耕地，國家組織實施了墻體材料革新工程，即限制或禁止從耕地取土燒制黏土磚。因此，大力提倡發(fā)展非燒結(jié)的墻體材料來替代實心黏土磚，因而各類非燒結(jié)制品就成為人們關(guān)注和發(fā)展的重點。

2.2 能大量處理、利用固體廢棄物

在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和城市建設(shè)中經(jīng)常產(chǎn)生大量的固體廢棄物。如發(fā)電廠產(chǎn)生的粉煤灰、鍋爐產(chǎn)生的爐渣，采煤產(chǎn)生的煤矸石，金屬冶煉產(chǎn)生的高爐礦渣、煉鋼渣、鋁渣、銅礦渣等，選礦產(chǎn)生的各種尾礦粉，各種工業(yè)副產(chǎn)品石膏以及城市建設(shè)垃圾、農(nóng)業(yè)秸桿等，這些工業(yè)固體廢棄物量大，堆存不僅占用寶貴土地，還不斷污染大氣、水、土，急需利用。固體廢棄物大部分為硅酸鹽質(zhì)材料，經(jīng)過適當(dāng)加工可以生產(chǎn)多種可以用作墻體的燒結(jié)、特別是非燒結(jié)墻體產(chǎn)品:磚、砌塊、板材。各種固體廢棄物為發(fā)展非燒結(jié)墻體材料提供了來源豐富、分布廣泛、數(shù)量充足的原材料資源。

2.3 生產(chǎn)能源消耗少，節(jié)能

非燒結(jié)墻體材料在國內(nèi)近期能較快發(fā)展，在很大程度上是所采用的設(shè)備簡陋，工藝簡單，能耗低，投資少，只需幾萬、十幾萬、幾十萬元就可建一條生產(chǎn)線生產(chǎn)，加上原材料易得、生產(chǎn)工藝技術(shù)簡單，有利潤，加上墻改任務(wù)緊迫，沒有更好、更快的解決方案，故一度成為投資者投資的方向，形成當(dāng)今投資熱門。

3 存在的問題

3.1 建筑墻體開裂

建筑墻體開裂是建筑物經(jīng)常出現(xiàn)的通病，對于砌體建筑更是如此。非燒結(jié)制品建筑的墻體開裂更為普遍，相比之下更為嚴(yán)重。不論是什么品種的非燒結(jié)材料砌筑的墻體都存在著不同程度、不同形式的裂縫。裂縫主要發(fā)生在:內(nèi)外墻連接處的內(nèi)墻上部，呈八字型斜裂縫;山墻中部;門窗洞口上、下方呈45°斜裂以及窗洞口墻沿豎向灰縫和磚中部垂直或階梯裂縫;屋頂女兒墻的的水平裂縫。裂縫成為制約非燒結(jié)制品發(fā)展和推廣應(yīng)用的瓶頸。

3.2 在嚴(yán)寒氣候環(huán)境中凍害

在嚴(yán)寒的北方，特別是冬季多雨的嚴(yán)寒地區(qū)，雪水浸入磚墻體后反復(fù)凍融造成墻體凍壞，磚材層層剝落，使該地區(qū)人們不敢使用這類產(chǎn)品。

3.3 標(biāo)準(zhǔn)偏低、執(zhí)行不力

我們國家制訂標(biāo)準(zhǔn)在大多數(shù)的情況下就材料論材料，即材料現(xiàn)有什么樣性能就列為產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，也常常不能嚴(yán)格認(rèn)真慣徹、執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，更缺乏標(biāo)準(zhǔn)實施慣徹、執(zhí)行的監(jiān)督力度，致使許多標(biāo)準(zhǔn)形同虛設(shè)，得不到執(zhí)行。

3.4 技術(shù)裝備的落后

我國非燒結(jié)制品生產(chǎn)技術(shù)裝備總體水平較低，也很落后，與國外差距很大，其中壓磚機尤為突出。幾十年來我國一直使用轉(zhuǎn)盤式壓磚機，簡易混凝土砌塊振動成型機。前者有8孔和16孔兩種機型，以8孔為主，壓力低、生產(chǎn)效率低、制品密實度及強度不高。后者制造粗糙、激振不夠，產(chǎn)量低，產(chǎn)品密度及抗壓強度不高，產(chǎn)品質(zhì)量較差。

3.5 投資能力低，企業(yè)規(guī)模小，生產(chǎn)工藝落后

不少投資者缺少資本，籌資能力弱，又想投資生產(chǎn)墻體材料，只能選擇價格低、性能差的簡易設(shè)備及簡單工藝，導(dǎo)致企業(yè)規(guī)模小，小企業(yè)很多。

3.6 缺乏研究

我國非燒結(jié)制品是在基本上沒有深入研究的情況下發(fā)展的，在我國自發(fā)展非燒結(jié)制品以來，對生產(chǎn)配比、生產(chǎn)工藝及裝備、產(chǎn)品性能形成機理及影響、產(chǎn)品性能等基本沒有進(jìn)行過系統(tǒng)、全面的基礎(chǔ)研究。對該類制品缺乏正確、深入的認(rèn)識。即使有些研究也很零星分散。

4 原因分析

4.1 建筑墻體裂縫

墻體裂縫的成因，可歸納為3類:地基基礎(chǔ)不均勻沉降;大氣溫度變化導(dǎo)致墻體脹縮變形;材料的干燥收縮。但在三者中主導(dǎo)因素是什么?有人對非燒結(jié)磚建筑墻體進(jìn)行了多年連續(xù)的跟蹤觀察調(diào)查。對不同材料建造的建筑物實體進(jìn)行觀察調(diào)查比較，發(fā)現(xiàn)在同一地基基礎(chǔ)上，同一氣候環(huán)境中建造的非燒結(jié)材料建筑墻體和燒結(jié)實心黏土磚墻體產(chǎn)生裂縫的狀況和程度不同。其中非燒結(jié)材料建筑墻體開裂比較普遍，比燒結(jié)實心黏土磚建筑墻體嚴(yán)重。這些非燒結(jié)制品，有的上墻不久，窗下及墻體就開始出現(xiàn)裂縫，有的經(jīng)過10～20年還在開裂。

用非燒結(jié)制品建造的墻體一般都出現(xiàn)開裂，而燒結(jié)實心黏土磚建筑墻體基本不裂，究其原因:黏土經(jīng)過燒結(jié)成為精陶，其內(nèi)部為固熔體結(jié)構(gòu)，沒有膠凝材料，該結(jié)構(gòu)不會因其孔隙中自由水的遷移，引起很大的體積變形，其干燥收縮值小于0.1 mm/m。非燒結(jié)制品的抗壓強度來源于制品在水化硬化過程中的所形成的水化硅酸鈣，產(chǎn)品取決于制品中水化產(chǎn)物的數(shù)量、種類、結(jié)晶度、骨膠比、材料密度等。不僅孔隙中存在有游離水，而且在水化產(chǎn)物中含有不同數(shù)量的結(jié)合水。外界環(huán)境的變化、制品中水分遷移導(dǎo)致收縮和膨脹。當(dāng)水分從制品排出因失水而引起收縮。

非燒結(jié)制品的收縮值隨原料性能、配方、工藝過程、技術(shù)裝備、產(chǎn)品品種及管理水平不同而不同，一般在0.2～1.2 mm/m。我國非燒結(jié)制品的干燥收縮值一般在0.6～1.2 mm/m，這是非燒結(jié)制品先天固有的性質(zhì)，亦是先天不足之處，也是我國非燒結(jié)制品墻體開裂的深層次原因。

可以得出這樣的結(jié)論:墻體開裂是制約、阻礙我國非燒結(jié)制品發(fā)展、推廣應(yīng)用的主要矛盾。非燒結(jié)制品材料收縮值大是產(chǎn)生墻體裂縫矛盾的主要方面。要發(fā)展非燒結(jié)制品必須解決其材料收縮值大的問題。

4.2 凍害問題

粉煤類顆粒、顆料級配欠佳，如制造工藝不當(dāng)，致使制品密實度不高、空隙率較大，吸水率高所產(chǎn)生。

4.3 標(biāo)準(zhǔn)問題

我國非燒結(jié)制品的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)普遍偏低，干燥收縮值定為0.5～0.8 mm/m，有的更大。市場準(zhǔn)入門檻太低，這反映出磚坯壓制密實度不高，養(yǎng)護(hù)不夠充分，抗變形能力差。

4.4 生產(chǎn)裝備問題

成型是非燒結(jié)制品生產(chǎn)的關(guān)鍵工序，成型機械是非燒結(jié)制品生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備。由于我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對落后，裝備制造能力不強，制造水平不高，加上我國社會投資及消費能力弱，磚的價格低，對質(zhì)量好、價值高的設(shè)備用不起，因而我國非燒結(jié)制品生產(chǎn)裝備水平低，制造粗糙，性能相對較差，工藝裝備不完整。

4.5 投資不足、急功近利，設(shè)備簡陋、管理落后

投資不足導(dǎo)致選用簡陋工藝、價格低、性能差、制造粗糙的設(shè)備，以及盡可能不采用高壓蒸汽養(yǎng)護(hù)，而選用常壓蒸汽養(yǎng)護(hù)或自然養(yǎng)護(hù)，即使采用蒸壓養(yǎng)護(hù)也千方百計降低養(yǎng)護(hù)壓力和縮短自然養(yǎng)護(hù)，導(dǎo)致非燒結(jié)制品中決定抗壓強度和干燥收縮值的結(jié)晶體數(shù)量不足、結(jié)晶度不夠，而使產(chǎn)品抗壓強度不高，干燥收縮值大。

高壓蒸汽養(yǎng)護(hù)及養(yǎng)護(hù)制度對非燒結(jié)硅酸鹽制品的物理力學(xué)性能影響較大。采用高壓蒸汽養(yǎng)護(hù)隨著養(yǎng)護(hù)壓力的提高，制品抗壓強度隨著提高，干燥收縮值隨之降低。

對產(chǎn)品水化物X－衍射分析也能了解為什么一定要發(fā)展蒸壓養(yǎng)護(hù)，這也是為什么不提倡、不主張發(fā)展或者反對發(fā)展蒸養(yǎng)粉煤灰磚、蒸養(yǎng)灰砂磚或免燒、免蒸的雙免免燒硅酸鹽磚的根本原因，也是業(yè)界長期爭論的根本原因。

另外，設(shè)備差，成型壓力不足或激振力不夠，成型方式不妥使成型的坯體密實度不夠，孔隙率偏高，致使成品吸水率偏大，抗凍性差，收縮值大。

4.6 研究開發(fā)不足

墻體材料在國民經(jīng)濟(jì)中是一個微不足道的小行業(yè)。幾十年來很少得到國家在研究開發(fā)經(jīng)費上足夠的支持。企業(yè)規(guī)模小，產(chǎn)品價格低，盈利能力弱，企業(yè)既沒有開發(fā)創(chuàng)新的意識，也沒有這樣的能力。即使?fàn)幦〉揭稽c科研經(jīng)費也是杯水車薪，無力深入研究，造成研究缺失。這也是導(dǎo)致該行業(yè)今天這種狀況的原因之一。

5 建議與思考

鑒于材料干燥收縮大是產(chǎn)生墻體開裂的主要原因。因此，首先要加強研究和生產(chǎn)，使磚的干燥收縮值達(dá)到0.2 mm/m標(biāo)準(zhǔn)值水平。畢竟從根本上解決非燒結(jié)磚干燥收縮值大的問題并非易事，由于先天的原因只用單一辦法解決非燒結(jié)制品墻體開裂并不容易。因此，必須同時加強磚的應(yīng)用技術(shù)研究，從設(shè)計、施工技術(shù)及管理入手，采取相應(yīng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施加以彌補，雙管齊下，解決墻體開裂問題。

(1)減少非燒結(jié)制品干燥收縮值。

①優(yōu)選原材料，優(yōu)化配制，優(yōu)化骨料顆粒級配。

②選用大噸位，高壓自動壓磚機，實行雙面多次沖擊液壓加壓成型。優(yōu)化選用浮動壓頭的壓機，消除磚坯分層，提高磚坯密實度。對于振動成型要選用激振力大的自動砌塊成型機。淘汰轉(zhuǎn)盤式壓磚機、簡易砌塊成型機及工藝。

③大力發(fā)展高壓蒸汽養(yǎng)護(hù)蒸壓磚，淘汰常壓蒸汽養(yǎng)護(hù)工藝及免燒免蒸的所謂“免燒磚”產(chǎn)品及生產(chǎn)工藝技術(shù)。

④選擇合理的蒸壓養(yǎng)護(hù)制度，優(yōu)化水化硅酸鈣水熱合成條件，形成數(shù)量足夠，結(jié)晶度良好，強度高，收縮度小的托勃莫來石結(jié)晶和硬硅酸鈣石晶體，使磚的抗壓強度大于19.6 MPa，干燥收縮值不大于0.2 mm/m。

(2)研究改進(jìn)、模具結(jié)構(gòu)改善表面狀況，或使用專用砌筑砂漿，提高、改善砂漿與磚的粘結(jié)強度，提高砌體的抗剪強度。

(3)大力發(fā)展大規(guī)模自動化生產(chǎn)線，加強管理，淘汰小企業(yè)。

(4)制訂新標(biāo)準(zhǔn)、修訂老標(biāo)準(zhǔn)，提高產(chǎn)品各項性能指標(biāo)，提高準(zhǔn)入門檻，特別要將干燥收縮值、抗凍性作為產(chǎn)品是否合格以及是否能進(jìn)入市場用于墻體的關(guān)鍵性指標(biāo)。不達(dá)標(biāo)者不能生產(chǎn)，不準(zhǔn)使用。

(5)要加大標(biāo)準(zhǔn)貫徹、執(zhí)行的監(jiān)控力度，整頓廣告市場，規(guī)范宣傳，正確引導(dǎo)。

(6)國家及企業(yè)應(yīng)加大科研開發(fā)投入并爭取列入國家科技計劃，加強材料基礎(chǔ)研究和設(shè)備開發(fā)。要特別加大對應(yīng)用技術(shù)研究的投入。

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