環(huán)保型裝飾裝修板材

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系到居住者的健康和安全，也關系到建筑物本身的節(jié)能和環(huán)保問題。因此，在我國城市化進程快速推進的情況下，研究開發(fā)利于居住健康、利于環(huán)境保護、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、完善應用技術的環(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纖維。石棉是纖維狀的硅質礦物的泛稱，具有良好的抗拉強度、隔熱性與防腐蝕性，不易燃燒，被廣泛應用于建材。在水泥基外墻板的制造上，石棉作為一種性能優(yōu)異的增強材料，長期以來具有難以動搖的地位。然而，石棉纖維的危害性在近年引起了高度的關注。石棉纖維可以分裂成極細的元纖維，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，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耐苿幼饔?。

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)的物質基礎。據(jù)統(tǒng)計，在房屋建筑工程中建筑物成本的2/3屬于材料費。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，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。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)新設備、新工藝、新技術，是實現(xiàn)節(jié)能降耗最有效的方法。

表1 零石棉復合纖維外墻板技術指標

1.4 大力發(fā)展應用技術研究

板材是與建筑結構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。重視環(huán)保板材的應用技術研究，完善配套技術標準和措施，編制、修訂相關產(chǎn)品的生產(chǎn)、施工規(guī)范、規(guī)程，將對建筑技術的發(fā)展產(chǎn)生重大的影響。

2 零石棉復合纖維增強外墻板

建筑外墻板是新興的建筑用外墻裝飾結構板，是隨著鋼結構房屋的推廣而發(fā)展起來的一種常規(guī)建筑板材，通常以水泥基為主?，F(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，都因為老化、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)展不可逆轉的趨勢。零石棉復合纖維增強外墻板是一種集功能性、裝飾性為一體的新型墻體材料，它采用先進的高壓真空擠出成型生產(chǎn)工藝，經(jīng)高溫蒸壓養(yǎng)護而成，密實度高，具有優(yōu)越的力學性能和耐候性能，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。

本項研究的難點和關鍵技術主要包括：

（1）零石棉復合纖維的選擇和優(yōu)化技術

傳統(tǒng)水泥制品通常采用石棉纖維作為增強材料，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材料制造外墻板的技術，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，實現(xiàn)外墻板的增強，是本項研究的關鍵技術之一。

（2）粉煤灰和農(nóng)作物秸稈纖維在外墻板工藝配方中的應用技術

粉煤灰的添加通常會降低外墻板的強度，也會增加其成型難度；農(nóng)作物秸稈纖維的添加通常會阻礙水泥的水化反應，不利于產(chǎn)品定型；無機、有機粒子界面相融性問題也直接關系到產(chǎn)品的質量。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合等問題，是本項研究的難點。

（3）零石棉復合纖維增強外墻板的制造工藝技術

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

表2 薄型微晶玻璃板材的技術指標

本項研究的創(chuàng)新點主要有以下幾個方面：（1）利用化學纖維、木質纖維形成零石棉復合纖維，取代有害的石棉纖維，實現(xiàn)外墻板的增強；（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，實現(xiàn)了清潔生產(chǎn)。

零石棉復合纖維外墻板產(chǎn)品技術指標如表1所示。該技術于2009年4月由北京建材行業(yè)協(xié)會主持召開了科技成果鑒定會，評審專家一致認為，成果達到國際先進水平。

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，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)可采用燒結法和浮法兩種工藝路線。燒結法工藝流程為：混合料制備→粉磨混合→成型燒結→冷加工→檢驗包裝→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。

本項研究的關鍵技術在于：

（1）玻璃成分和晶核劑的研究

生產(chǎn)薄型高強度微晶玻璃，材料析出的晶粒大小及微觀均勻性是至關重要的，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)晶化的有機結合是本項研究的另一個技術難點。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成敗的關鍵。

（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難點，不適宜的成型工藝制度將造成板材變形、纏繞輥道、強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和裝備的開發(fā)

微晶玻璃由于強度高、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是能否形成大規(guī)模生產(chǎn)能力的關鍵所在。

表3 干掛空心陶瓷板的技術指標

本項研究的創(chuàng)新點主要有以下幾個方面：（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、研磨和拋光技術和設備；（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。

薄型微晶玻璃板材的技術指標如表2所示。

薄型微晶玻璃生產(chǎn)技術是利用工業(yè)尾礦、高爐礦渣、硅砂等原料，采用浮法（或燒結）成型技術生產(chǎn)薄型微晶玻璃板材的工藝技術。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度的微晶玻璃；燒結法工藝在降低產(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。以燒結法為核心的“建筑裝飾微晶玻璃成套生產(chǎn)技術”于2010年1月通過了湖北省科技廳組織的科技成果鑒定，鑒定結論指出，總體技術達到了國際領先水平。

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陶土及工業(yè)廢棄物，節(jié)約了日益匱乏的優(yōu)質陶瓷資源，降低了環(huán)境負荷；產(chǎn)品應用于建筑物上具有質輕、保溫的特點，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。本項研究所用原料是低質紅粘土、紅頁巖，同時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。

本項研究的關鍵技術在于：

（1）坯體配方的研究

主要原料是低質原料和工業(yè)廢渣，因此配方研究是關鍵。

（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、形狀等對擠出成型產(chǎn)品斷面的應力分布、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重要的作用。

（3）切、碼、運設備及方法的研究

由于擠出成型的坯體含水率達17%～20%，尺寸大，選擇和研究切割、碼、運設備與方法能夠減少產(chǎn)品搬運過程的破損率。實現(xiàn)輥道窯干燥和燒成是解決碼坯動作的技術關鍵。

（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，其特點是坯體含水率高、干燥收縮大，干燥和燒成變形、開裂幾率高。經(jīng)反復的調(diào)研，技術方案選定為：借鑒粘土磚的干燥工藝，設計新型干燥窯，采用復合式干燥工藝，即先采用輻射干燥再采用輥道干燥窯技術進行干燥。

（5）表面裝飾技術及施工技術的研究

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顯得尤為重要。鋪貼施工方法是重要的關鍵技術之一。

本項研究的科技創(chuàng)新點有：（1）大規(guī)格干掛空心陶瓷板的擠出成型技術；（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，采用獨特的吊掛方法，與巖棉板等構成外墻外保溫體系。

干掛空心陶瓷板產(chǎn)品的技術指標如表3所示。

環(huán)保型干掛空心陶瓷板制造技術于2009年8月在北京通過了由住房和城鄉(xiāng)建設部科技發(fā)展促進中心組織的專家評估，評估委員會認為，利用該技術制造的產(chǎn)品規(guī)格性能和技術裝備達到了國際先進水平。

5 產(chǎn)品應用示范與推廣前景

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

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

（2）北京市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)示范園（延慶，圖2）建設的節(jié)能保溫型房屋，房屋結構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合纖維增強外墻板，使用數(shù)量約為600 m2。

（3）深圳時代廣場工程項目，內(nèi)墻裝飾采用秦皇島玻璃工業(yè)研究設計院、武漢理工大學聯(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)工程項目，外墻全部采用咸陽陶瓷院開發(fā)、福建華泰集團生產(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、學校以及眾多的民用建筑等。產(chǎn)品用在框架結構和鋼結構建筑上，無論低層、多層還是高層，都可以有針對性地進行選用，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>