纤维水泥制品泛指用纤维作增强材料,用水泥作基体的多种多样的预制品。石棉水泥制品是传统的纤维水泥制品,其生产与应用迄今已有90余年的历史,自70年代后期以来,鉴于石棉粉尘有害于人体,不少工业发达国家积极研究与开发用其他纤维替代石棉制造纤维水泥制品,从而相继出现了数种非石棉纤维水泥制品(non—asbestos fibre reinforced cement products),其中主要有:①玻璃纤维增强水泥(glassfibre reinforced cement,缩写为GRC)制品;②聚乙烯醇纤维增强水泥(PVA fibre reinforced cement)制品;③纤维素纤维增强水泥(cellulose fibre reinforced cèment)制品。
纤维增强硅酸钙(fibre reinforced calcium silicate)制品,所用基体是水泥与磨细石英砂的混合物或消石灰与磨细石英砂(或粉煤灰等)的混合物,但其制造工艺与石棉水泥制品相同,因此也归属于纤维水泥制品。按所用纤维也可分为石棉硅酸钙制品与非石棉硅酸钙制品。
纤维增强水泥制品具有自重轻、强度高、防水、防火、防虫蛀鼠咬、抗大气老化、机械加工性好等一系列优点,故在国际上广泛用作墙体、屋面与管道等。国内外有不少用石棉水泥瓦铺设的屋面,经历了半个多世纪的使用考验,至今仍安然无恙,足以证明石棉水泥制品具有相当高的耐久性。
石棉水泥板、瓦的生产与应用,在国外已有90余年的历史,石棉水泥管也有近60年的历史。现今全世界有120多个国家生产石棉水泥制品,总共有1000多条生产线,年产量约为2500万t。从本世纪初至70年代中期石棉水泥制品工业在世界范围内一直保持蓬勃发展的势头,但自70年代后期起,由于国际上广泛流传石棉致癌,致使石棉水泥工业受到较大的冲击,美国、加拿大与若干西欧国家(如德国、英国、瑞士、荷兰、意大利、比利时、奥地利等)石棉水泥制品的产量大幅度滑坡。但在前苏联、亚洲、非洲、拉丁美洲以及东欧国家,石棉水泥制品仍保持增长的趋势,其中前苏联的产量为最高,几乎占全世界石棉水泥制品总产量的1/2。根据俄罗斯石棉水泥科研生产联合体提供的信息,1990年前苏联拥有52家石棉水泥制品生产厂,共计有250条制瓦、板的生产线和80条制管的生产线,年产量达1150万t。前苏联解体后,其60 %以上的石棉水泥制品生产线在俄罗斯。现俄罗斯拥有30家石棉泥制品厂,1992年的年产量为600万t(生产能力为700万t),1993年~1994年的年产量有所下降。俄罗斯的罗西股份有限公司不仅是该国最大的石棉水泥制品生产企业,也是全世界最大的石棉水泥制品生产企业。该企业至今已有66年的历史,共有26条生产线,厂房总面积超过1万m 2 ,年产石棉水泥板、瓦500万m 2 ,管子6000km。
美国原先是世界上生产石棉水泥制品的大国之一,其使用量很大。但在80年代内,由于“石棉致癌”说之深刻影响,美国大量拆除用石棉水泥瓦、板盖造之建筑物,并挖出地下埋设之石棉水泥管道,其石棉水泥工业几乎处于停顿状态,原先拥有的30余条石棉水泥制品生产线,大部分均拆除与转给发展中国家,但自从1989年美国EPA的提案被否决后,石棉水泥制品的生产已出现复苏趋向,现已有4条生产线正在恢复生产。
西欧国家石棉水泥制品工业的现状基本上有如下三种情况:其一是仍然以石棉水泥制品为主,不生产或生产极少量的非石棉纤维水泥制品,如葡萄牙、西班牙等国;其二是同时生产石棉水泥与非石棉纤维水泥制品,但前者产量逐年下降,而后者产量逐年上升,如英国、瑞士、荷兰、比利时、意大利等国;其三是不再生产石棉水泥制品,而只生产非石棉纤维水泥制品,如德国、丹麦、芬兰等国,这些国家所生产的非石棉纤维水泥制品基本上是两种,即聚乙烯醇纤维增强水泥或纤维素纤维增强水泥。法国政府将自1997年1月起禁止制造、进口和销售一切含石绵的制品。
澳大利亚与新西兰原先之石棉水泥制品厂已不再生产石棉水泥制品而只生产纤维素纤维增强水泥制品。
日本石棉水泥制品行业迄今仍以生产石棉水泥制品为主,共有66个厂家,有些公司只少量生产非石棉水泥制品,对于含有不超过5 %石棉的制品也列为非石棉纤维水泥。日本年产高模量聚乙烯醇纤维约9000t,本国用量甚少,主要销售给西欧国家供生产非石棉纤维水泥制品之用。
东欧国家的石棉水泥制品工业有较好的基础,近年捷克、波兰、匈牙利等国也着手生产非石棉水泥制品,但石棉水泥制品仍占主导地位。
国外制造石棉水泥制品与非石棉纤维水泥制品仍以传统的抄取法(国外称为Hatschek法)为主,全世界有抄取法生产线1000余条。流浆法(flow—on process)是70年代后期发展起来的,但还存在一些有待解决的技术问题,目前全世界正在运转的流浆法生产线(主要制瓦、板)估计不超过10条。此外,还有Magnani法(半干法,semi—dry process)、挤出法(extrusion process)与注射法(injection process)生产线,也仅在少数国家内采用,干法成型在国外似已终止使用。
近十几年来,发达国家在石棉水泥与非石棉纤维水泥制品的制造技术上有很大发展,主要体现在如下几个方面:
1.主机产量大幅度提高。圆网抄取机装备有4~6个网箱,毛布运行速率高达120m/min,采用大直径成型筒,可从成型筒上一次抄制2张长度为2.4~3.0m的板坯,每小时产量可达17t,年产量则达8~9万t。切割系统、吸坯机、成波机与堆垛机的运转速度也相应提高。
2.自动化程度高。抄取机网箱料浆浓度、毛布速度、毛布上薄料层厚度等主要工艺参数均通过电子计算机进行连锁自动控制与调节,一条工艺线上的操作人员仅5~6人。
3.产品强度高、外观质量好。非石棉纤维水泥瓦、板的生产线上装备有完善的制浆系统,纤维素纤维可达到很高的打浆度,因而有利于降低水泥流失量,提高制品的强度。制造纤维水泥加压平板均装备大吨位(1~2万t)的液压机。制造纤维水泥波瓦装备单片加压机,瓦面受压可达18MPa,因而有利于瓦的强度与耐久性的提高。发达国家产品结构合理,瓦、板产品类中板占40 %以上,而且表现带色的瓦、板占有很大比例。
石棉水泥压力管的制造普遍采用单毛布制管机,管径最大可达1500mm,但近年来倾向于主要生产口径500mm以下的管子,非石棉纤维水泥压力管的制作技术迄今尚未过关,主要用高模量聚乙烯醇纤维等制造非石棉纤维水泥下水管。
GRC制品的生产与应用始于70年代初。由于存在抗碱玻璃纤维增强波特兰水泥的长期耐久性问题,80年代其产量曾一度低落。近年来因采取水泥中掺高活性火山灰混合材与聚合物乳液等措施,使GRC制品的耐久性得以改善。为此,GRC制品在国际上仍保持继续发展的势头。
目前国外生产GRC制品的国家有40多个,主要有日本、美国、英国、德国、法国、荷兰、西班牙、意大利、新加坡、罗马尼亚等国,其中日本的产量最高,年产量为10万t以上,其次为美国,年产量为8万t,德国的年产量约为6万t。
总的说来,目前国际上石棉水泥制品的年产量约为2500万t,维纶纤维增强水泥制品与纤维素纤维增强水泥制品的年产量约为110万t,GRC制品的年产量约为40万t,石棉水泥制品占全部纤维水泥制品的94.7 %,故迄今为止,石棉水泥制品仍在该行业中居最主导地位。
我国自实行改革开放政策以来,石棉水泥制品的生产发展势头很猛,表2-7-1列出1987~1994年我国石棉水泥瓦、板产量及增长率。
表2-7-1 1987~1994年我国石棉水泥瓦、板产量
由上表可看出:自1987年~1994年的8年间,我国石棉水泥板、瓦的产量增长了123 %;石棉水泥板所占瓦板总产量的比例明显增高,1987~1994年间增长了5.7倍。1987年我国拥有石棉水泥瓦、板生产线112条,目前已达到220条,乡镇企业的崛起是一个很主要的因素。
我国石棉水泥管的年产量在60~70年代间曾达到4.5万t。但因价格、使用便利程度等不如预应力混凝土与自应力混凝土管,故近8年来年产量均在3万t左右。我国现有运转的石棉水泥管生产线5条,但开工率不足。
1994年我国石棉水泥制品的总产量为126万t,占世界石棉水泥制品总产量的5 %左右。
1.近10年来,我国石棉水泥制品行业在技术上有很大进步,主要体现在以下几个方面:
(1)机械装备水平有所提高。很多生产厂装备了真空成波机,开发了无垫板中波瓦辊压机、单片瓦液压机与高压水射流切板边装置。除引进一台德国制造的9000t叠压机外,近年来还自行研制成5000t与9000t叠压机。广州引进了两条自动化程度较高的流浆法制瓦、板生产线,其产量显著高于国产流浆机。
(2)开发了若干新的品种。如大幅面(长为2400~3000mm,宽为1200mm)石棉水泥加压板、石棉硅酸钙板、非石棉纤维水泥加压板与轻板、穿孔吸声板、鱼鳞板、通风管、混合纤维水泥制品、复合板等。
(3)制定了若干产品的标准并力求向国际标准靠拢。
2.与工业发达国家相比,我国石棉水泥制品行业的总体水平仍然较低,其差距主要在以下诸方面:
(1)主机产量低。我国圆网抄取机的平均年产量为120万m 2 (按厚度为5mm计),而国外先进圆网抄取机的平均年产量为300万m 2 ;我国自行设计制造的流浆机平均年产量为100万m 2 (按厚度为5mm计),而引进的流浆机的平均年产量可达300万m 2 。
(2)生产线自动化程度低。我国石棉水泥瓦与板的生产线均为20人左右,而国外一条生产线仅5~6人。
(3)产品质量不够稳定,外观质量差。
(4)产品结构不合理。我国石棉水泥制品中以波瓦为主导产品,而小波瓦又占很大比例。近年来石棉水泥平板的产量虽有明显增长,但也仅占14 %左右,发达国家石棉水泥与非石棉纤维水泥平板的产量在全部制品中占40 %以上,如日本占60 %以上;国外带色石棉水泥瓦、板的生产与使用较广泛,我国基本上只供应素色板,用户要在板材安装后再装修板面,存在诸多不便。
由于纤维水泥制品具有轻质、高强、耐久性好、使用方便等一系列优良性能,故到本世纪末与下个世纪仍将保持旺盛的发展势头。我国建筑业要继续大力发展,尤其是要积极推进城乡小康住宅产业工程。纤维水泥波瓦不仅要大量用于新建的工业厂房、仓库与火车站台等,同时也要多量用于建筑物屋面的维修、更新与改造等。墙体改革与建筑节能是我国既定的方针,今年10年内对各种新型建筑板材的需求量必然很大,用纤维水泥板作面层,用高效保温隔热材作芯材制成的复合墙板代替粘土砖,在保温性能相同条件下,其每平米质量可较砖墙轻约4倍,同时墙体厚度也可比粘土砖墙减薄50 %以上,从而每户可增加使用面积3.7m 2 左右,因此,纤维水泥板在纤维水泥制品中所占之比例也将逐年增长。
表2-7-2列出2000年与2010年我国纤维水泥制品需求量的预测值,其中着重列出对纤维水泥板的需求量。
表2-7-2 2000年与2010年我国纤维水泥制品的需求量
注:纤维水泥板的厚度以5mm计。
针对纤维水泥制品行业的现况与预测,并参考国际纤维水泥制品行业的发展趋向,对我国的纤维水泥制品行业提出如下发展目标建议:
1.大力发展纤维水泥板材,不断提高产量,开发新的品种。
为实施墙体改革与建筑节能的方针,我国纤维水泥制品行业应调整产品结构,改变目前以石棉水泥波瓦为重点产品的状况,大力发展多种纤维水泥板材,并以墙板为主,其次为吊顶板与屋面小板,目标是不断提高纤维水泥板在全部纤维水泥制品中所占比例,到2000年,纤维水泥板的年产量达到3500万m 2 ,相当于1994年纤维水泥板年产量的2倍,在全部纤维水泥制品中按质量计占30 %。按所用纤维品种,应优先发展混合纤维增强水泥板、混合纤维增强硅酸钙板与GRC板;对非压蒸的混合纤维增强水泥板而言,可同时使用石棉与化学合成纤维;对压蒸的混合纤维增强水泥板与硅酸钙板而言,可同时使用石棉与纤维素纤维。
在采用抄取法或流浆法制造纤维水泥面板的同时,应积极开发用半自动化或自动化工艺制造空心的纤维水泥板,主要采用连续的挤出成型工艺,应不断增加纤维水泥板的花色、品种,除制造与供应素色板外,还应制造供应彩色或表面压花甚或二者兼有的板。
2.调整波瓦品种,适当减少小波瓦的产量,相应地增加大波瓦的产量。
我国纤维水泥制品行业中,石棉水泥小波瓦产量最大,其次为中波瓦,生产大波瓦的厂全国只有一家(西安市石棉制品总厂)。从纤维水泥材料利用效率的观点出发,当材料配方与强度相同时,波瓦断面系数愈大,承载能力也愈高,为此,世界上多数国家均在波瓦类产品中,以生产大波瓦为主(波高≥50mm)。由于此种波瓦承载力高,故檩距也可相应加大,用以铺设屋面,排雨水也较为流畅,尤其适合用于工业厂房。但大波瓦因幅面大,运输安装不如小波瓦、中波瓦便利,同时对材料强度的要求也较小波瓦、中波瓦高。石棉水泥制品若装备单片加压机,将有利于提高石棉水泥或混合纤维水泥大波瓦的抗折强度。根据国外经验,GRC材料很适合于制造大波瓦,为此,在我国今后有必要也有条件生产纤维水泥大波瓦,在此情况下则应适当减少石棉水泥小波瓦的产量。大、中、小波瓦的产量比例建议由目前的5 ∶ 25 ∶ 70调整成为30 ∶ 30 ∶40。
为提高波瓦使用的耐久性,并增加建筑物的装饰效果,今后还应适当生产一定比例的彩色波瓦,改变目前纤维水泥制品行业只生产素色波瓦的状况。
3.提高GRC制品的产量并开发更多的新品种。
GRC具有抗折强度高、抗冲击性与韧性好、防水、耐火等一系列优良性能,使用抗碱玻璃纤维与低碱度水泥可以保证其长期耐久性,而采用喷射成型技术可制造多种异形断面的制品。我国能自行生产抗碱玻璃纤维与硫铝酸盐型低碱度水泥,不必依赖进口,因而为今后大力发展GRC制品提供了十分有利的条件。由于耐久性有保证,在我国今后GRC不仅用于制造非承重与半承重的制品,而应更多地用以制造若干承重的制品,如已开发的由GRC与预应力混凝土相复合的大尺寸屋面网架板具有较高的承载能力,在国外尚无先例,今后可进一步开发由GRC与钢筋混凝土或预应力钢筋混凝土复合制成的新产品,如大口径压力管、活动楼板、柱子、薄壳屋面以及大型浮雕与塑像等,不仅用于国内,还可争取进入国际市场。
1.根据国内外纤维水泥制品行业的发展趋向,在21世纪内,国内的纤维水泥制品仍将以石棉水泥制品为主导产品,主要是:
(1)国内外迄今仍未能找到一种性能与石棉相似的人造纤维。尽管有些纤维也具有较高的抗拉强度,但其弹性模量低于石棉,且对水泥颗粒的吸附性远不如石棉;
(2)石棉粉尘确实对人体有害,但在生产过程中严防石棉粉尘的飞扬,在石棉水泥制品现场施工、安装过程中采取必要的防尘措施,在制品使用过程中采取及时的保护措施,则完全可以防止石棉粉尘对人体的有害影响;
(3)我国有充足的石棉资源,完全可满足下一世纪的需求。
可以采取以下措施防止或减轻石棉粉尘的危害:
第一,各石棉矿应不遗余力地进一步提高商品石棉的质量,应执行国际标准,降低石棉中粉尘与砂石的含量,取消石棉在制品厂内再进行二次风选;
第二,为确保生产工人的健康,石棉水泥制品生产厂应采取严格的防尘措施,石棉喂料应在负压状态下工作,并自动拆包,使生产环境的空气中石棉粉尘的含量不超过0.2根/cm 3 。
鉴于优质石棉日益紧缺,用短石棉制造的制品的抗冲击强度较低,在运输、安装过程中破损率较高,为此,建议使用某些化学合成纤维(如聚乙烯醇纤维、聚乙烯纤维与聚丙烯纤维等)代替部分石棉,制造混合型纤维水泥制品。
在非石棉纤维水泥制品中应大力开发GRC制品。GRC制品的抗折强度接近甚或超过石棉水泥制品,抗冲击强度与韧性显著高于石棉水泥制品。为适应国内、外市场的需要,可适当生产维纶纤维增强水泥、纤维素纤维增强水泥、纤维素纤维—云母鳞片增强硅酸钙板等其他非石棉纤维水泥制品。
2.对生产规模与布点应加以控制。
全国拥有纤维水泥制品厂200余家,生产线(以石棉水泥制品生产线为主)250余条,但生产能力普遍较低,抄取法生产线的平均年产量为120万m 2 ,国内自行开发的流浆法生产线的年产量为100万m 2 ,喷射法制GRC平板生产线的年产量为20万m 2 ,空心轻质GRC隔墙板生产线的年产量不足10万m 2 。为此,今后不宜再增加低水平的生产厂及生产线,而应提高各生产线的生产能力。
石棉水泥板与纤维增强硅酸钙板的生产厂,目前主要集中于江浙、粤、闽等省,为此应重新调整此类产品生产厂的布局,在中南、西南、东北等地区建厂,以减少此类产品的长距离运输,京津地区也需要增加一些生产厂。
石棉水泥管用作中、低压水管、农业灌溉用管与电缆管等具有很多优点,尤其是其耐久性胜于钢管与铸铁管,一般情况不必进行防腐处理。今后应适当增加石棉水泥管的产量,主要生产口径300mm以下的管子。
1.根据国外信息,迄今为止国际上制造石棉水泥制品、聚乙烯醇纤维增强水泥制品以及纤维素纤维增强水泥制品等仍主要采用抄取成型工艺。流浆工艺虽也有极个别国家采用,但在制造技术上还存在一些有待解决的问题,主要是铺浆不易均匀、制品强度不如抄取工艺、对毛布质量的要求高等。我国今后仍然以抄取法为主制造石棉水泥制品,但应在技术改造上下大功夫,应在保证制品质量的前提下,较大幅度地提高抄取机的生产率,为此需要采取一系列的配套措施,如增加网箱数量、加大圆网轮直径、加快毛布运行速率、强化薄料层脱水、加强毛布清洗、采用全自动控制等,使抄取机的年产量由目前的平均120万m 2 增至250m 2 以上。对已建立或改装成的流浆工艺线也应进行技术改造,以达到提高生产率和提高制品强度的目的。
2. GRC制品目前在我国仍处于作坊式的生产,主要问题是生产率低,工人劳动强度大,产品质量的均质性差。为此亟需引进国外先进的装备,如连续喷射—真空脱水装备、Wellcrete成型装备、连续挤出成型装备等,从根本上改变我国GRC生产技术的落后局面,使GRC制品的产量、质量大幅度提高。
1.提高石棉矿石棉的加工质量,减少石棉中粉尘与砂石的含量,使商品石棉质量达到国际标准。到2000年全国石棉产量达到30万t。
2.在进一步提高抗碱玻璃纤维质量的前提下,大幅度提高产量。目前我国抗碱玻纤的年生产能力为1000t,实际年生产量仅600t,抗碱玻纤的抗碱性与法国、日本的同类玻纤相比较还存在一定差距,为此,应采取必要的技术措施,进一步提高其抗碱性。随着GRC制品产量的大幅度提高,还应相应地提高抗碱玻纤的产量,争取2000年时,年产量达到2000t,2010年达到3000t。
3.继续用聚乙烯醇纤维替代部分石棉制造混合纤维水泥制品,并替代石棉制造非石棉纤维水泥制品。目前我国高模量聚乙烯醇纤维年生产量为1000t左右,争取到2000年时,年产量达到2000t以上,并进一步提高聚乙烯醇纤维的弹性模量。
4. GRC制品的专用水泥应定点供应,确保出厂水泥的质量。
5.由国内造纸厂提供纤维素含量高、木质素含量低的木浆纤维,用以替代部分或全部石棉,制造压蒸的非石棉纤维水泥板或硅酸钙板。