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发展聚苯颗粒混凝土,推进轻集料行业转型

2016年01月12日    CCPA泡沫混凝土分会专家委员会主任委员 闫振甲    
我国轻集料行业经几十年的发展,目前已到了转型时期。在过去的几十年中,我国的轻集料行业一直以陶粒为主导,陶粒已成为轻集料行业的标志。但目前,这种单一产品的发展模式在新的社会经济大萧条的变革下,已经出现很大的局限性和不适应性。

  1 轻集料行业应向多元化发展转型

我国轻集料行业经几十年的发展,目前已到了转型时期。在过去的几十年中,我国的轻集料行业一直以陶粒为主导,陶粒已成为轻集料行业的标志。但目前,这种单一产品的发展模式在新的社会经济大萧条的变革下,已经出现很大的局限性和不适应性。其一,国家对空气污染治理的力度日益加大,陶粒生产的烟气排放面临空前的挑战;其二,国家对自然资源保护逐年加强,已使以页岩和黏土为主要原料的陶粒生产受到很大的限制;其三,建筑节能与保温对轻集料保温材料有巨大的市场需求,但陶粒由于密度仍然偏大,面对新的市场已无法适应。其四,聚苯颗粒混凝土已经大规模发展,其应用量已经很大,成为新的主导产品,但轻集料行业还没有将其纳入行业的发展导向和新的重点发展领域,还没有像重视陶粒那样重视它。

根据上述新的发展背景和新的市场需求,轻集料行业应该尽快转型发展。

1.1

打破以陶粒为主导的单一产品发展模式,多元化多品种发展,把聚苯颗粒、珍珠岩、玻化微珠等新的产品纳入轻集料行业同步发展。

1.2

彻底改变重无机,轻有机的发展理念,高度重视有机轻集料的发展,把有机轻集料放到行业发展同样重要的地位,大力推进以聚苯颗粒为代表的有机轻集料的发展。

1.3

克服重视发展粗轻集料而轻视发展细轻集料的过时观念,细轻集料也要与粗轻集料一样,获得行业重视,积极支持其发展,如玻化微珠、玻璃微珠等。

1.4多元化发展的好处

可以将聚苯颗粒、珍珠岩、玻化微珠等许多新领域的生产与应用企业都纳入到轻集料行业内来,使行业的队伍迅速扩大。单单陶粒企业,数量是不多的,如果加上这些新企业,全国至少也要1有几千,行业就会大大壮大。

可使轻集料行业的生产与应用规模空前扩大,单一陶粒,其应用与生产规模是较小的,如果把各种新产品都纳入发展导向,那就可以使行业规模扩大好几倍,使轻集料的影响力及战略地位得到极大的提升。

扩大轻集料的应用领域,将以陶粒为核心的土木工程结构应用,扩大到建筑保温应用领域,弥补陶粒在建筑保温应用中性能难以满足要求的不足。

2 聚苯颗粒轻集料的应用现状

轻集料的多元化发展,应重点支持和推进聚苯颗粒轻集料的应用。从目前看,聚苯颗粒轻集料在砂浆及混凝土中的应用,已形成很大的规模,都已居轻集料首位。2013年前,胶粉聚苯颗粒保温砂浆曾获得快速发展和应用,而最近几年,聚苯颗粒混凝土及制品则得到了广泛的推广应用。在这两大应用的推进下,目前,聚苯颗粒砂浆及混凝土相关企业已经达到2000多家,生产及应用规模达到4000多万立方米、其产品以达几十种。目前,已形成较大规模的主要产品如下:

2.1胶粉聚苯颗粒外墙外保温系统

该系统由北京振利高新技术公司于新世纪之初研发,已推广应用10多年,是聚苯颗粒轻集料应用最早的规模化产品,并在2004颁布实施建工行业标准。这一系统的核心,就是聚苯颗粒保温砂浆。

2.2聚苯颗粒保温现浇混凝土

该产品以聚苯颗粒和水泥为主要原材料,有时还加入泡沫剂,形成聚苯颗粒混凝土或聚苯颗粒泡沫混凝土,现浇施工。目前,这一产品应用领域最大的有:

(1)现浇屋面保温层或屋面找坡层;

(2)现浇楼地面垫层;

(3)现浇复合墙体。这一应用以杭萧钢构为代表,其代表工程为武汉世纪家园小区(图1为小区外景)。从事这种现浇的企业已有几十家。

图1  武汉世纪家园小区

2.3 聚苯颗粒钢骨架轻型板

其产品由轻钢骨架为受力主体。填充聚苯颗粒为芯材,形成既有良好力学性能,又有良好保温效果的大型墙板、楼板、屋面板,主要应用于大型工业厂房和公共建筑。在国内得到了一定的应用。

图2  聚苯颗粒钢骨架轻型板

2.4 聚苯颗粒夹心复合墙板

这种板材是近几年出现的新产品,发展迅速,已在许多地方形成了规模化生产,在全国大多数省市已有应用,是目前最有发展前景的轻集料产品之一。该产品的面层为硅酸钙板,中间为聚苯颗粒混凝土芯层,主要应用于建筑内隔墙。目前,从事这种产品的生产企业,已达数百家。

图3  聚苯颗粒夹心复合墙板

 2.5  聚苯颗粒陶粒混凝土实心条板

该产品以聚苯颗粒和陶粒两种轻集材料配合使用,陶粒弥补了聚苯颗粒强度差的不足,而聚苯颗粒则弥补了陶粒密度较大的不足,进一步降低了陶粒条板的密度,是很有意义的创新。我曾在张家口等地参观过一些生产企业,产品很受欢迎。这一创新可改善陶粒制品的性能,应鼓励发展。

图4    聚苯颗粒陶粒混凝土实心条板

2.6 聚苯颗粒混凝GRC隔断板

这种产品主要用于室内隔断墙,厚度比隔墙板小,一般只有3-5cm,采用玻璃纤维网格布双面增强,辊压流浆工艺生产,是借鉴玻镁平板工艺发展起来的。其胶凝材料主要为镁水泥,也有使用快硬硫铝酸盐水泥的。目前,全国生产这种板材的有200多家,北京及周边地区就有几十家,其优点是强度高,密度低,产品厚度小,可增大建筑使用面积,在建筑装修中获得规模化应用。

图5  聚苯颗粒混凝土GRC隔断板

2.7 聚苯颗粒混凝土砌块

本产品是近二年最新出现的新产品,有聚苯颗粒混凝土与聚苯颗粒泡沫混凝土两种。后者是在聚苯颗粒混凝土中加入了发泡剂或泡沫,性能更为优异。其胶凝材料有镁水泥,通用硅酸盐水泥两类。当其密度控制在650kg/m3以下时,可实现墙体自保温。本产品主要应用于自保温外墙,也用于隔墙。

图6   聚苯颗粒混凝土砌块

2.8 聚苯颗粒泡沫混凝土保温板

这种保温板是在泡沫混凝土保温板的基础上发展起来的。其特点是将大量聚苯颗粒加入泡沫混凝土,进一步降低了泡沫混凝土的导热系数并提高强度。防火性能经天津消防检测中心检测,可达到A2级。其中,作者研发并指导北京弘毅美邦公司生产的产品,其导热系数经国家干混砂浆中心检测,为0.048w/(m.k)。如果进一步采取技术措施,有望达到0.045 w/(m.k),甚至更低。

图7 聚苯颗粒泡沫混凝土保温板

2.9 聚苯颗粒泡沫混凝土填充复合砌块

这种产品是将大掺量聚苯颗粒泡沫混凝土(或不加泡沫)浆体,填充于小型混凝土空心砌块的空心中,硬化后所形成的复合砌块。它是作者所研发原创的泡沫混凝土填充空心砌块的基础上,改进发展而来。在加入聚苯颗粒后,芯体干缩减小,与壳体的分离问题得到较好的解决,克服了纯泡沫混凝土填充空心砌块在技术上的不足。

图8   聚苯颗粒泡沫混凝土填充复合砌块

2.10 聚苯颗粒混凝土现浇空心砌块复合墙体

这种现浇自保温复合墙体,由大连正锐公司研发,并在辽宁,河北,内蒙等省区得到推广应用。它是采用大空心率、大规格空心砌块砌筑墙体后,在砌块空心内浇筑聚苯颗粒泡沫混凝土,形成自保温外墙。由于是整体浇注,墙体的横纵接缝被有效密封,冷桥减少,保温效果比厂内填充空心砌块更有优势。

图9   聚苯颗粒混凝土现浇空心砌块复合墙体

2.11 聚苯颗粒混凝土连锁自保温砌块

这种砌块是作者于去年研发的专利新产品。其技术特征是上下左右均有榫头或榫槽,砌筑后可形成连锁结构,不但提高墙体的抗剪切性能,更重要的是它可以切断横向和竖向砌筑缝,大大提高了墙体的保温效果。图11为该产品外观。

上述介绍了11种产品,但聚苯颗粒轻集料砂浆和混凝土的应用,还有很多,而不少新产品还在不断推出,绝不限于上述这些品种。从上述产品可以看出,这一轻集料应用范围很广,应用前景看好。

图10  聚苯颗粒混凝土连锁自保温砌块

3 聚苯颗粒混凝土新型生产装备

聚苯颗粒砂浆及混凝土的发展,其速度逐年加快。但是,其发展也受到生产装备发展相对缓慢的制约。目前,现有的生产装备存在几个问题,一是聚苯颗粒在搅拌中漂浮;二是聚苯颗粒混凝土难以泵送浇注,尤其是现浇;三是在泵送后与水泥浆体分离;四是自动化程度低。今年,作者为解决这几个问题,对其工艺装备进行了探索,并在有关生产单位配合下,研发出用于现浇和制品生产的新型装备,较好地解决了以上几个问题,聚苯颗粒混凝土不仅实现了现浇泵送和制品生产泵送的难题,不漂浮、不分离、不堵泵,而且实现了制品生产的大型自动化,生产制品效率大大提高。图12为作者研发的自动化大型聚苯颗粒泡沫混凝土保温板与墙板两用生产线的生产现场照片。图13为聚苯颗粒泡沫混凝土现浇机。

图13  聚苯颗粒混凝土现浇机

4 聚苯颗粒砂浆和混凝土的优势性

4.1在现有轻集料中密度最低,更有利于降低砂浆或混凝土密度

聚苯颗粒的堆积密度仅有8-21kg/m3,是玻化微珠的1/10,是超轻陶粒的1/20,是普通陶粒的1/40。所以,其降低砂浆或混凝土密度的幅度更大,效果更明显。

4.2和其他轻集料相比,导热系数最低,保温效果最好

聚苯颗粒的导热系数为0.025-0.035w/(m.k),而膨胀珍珠岩为0.047-0.083 w/(m.k),超轻陶粒为0.18-0.23 w/(m.k),玻化微珠为0.032-0.045 w/(m.k)。因此,采用聚苯颗粒,可以最有效的提高砂浆或混凝土的保温效果,降低保温材料的厚度。

4.3 在各种轻集料中,聚苯颗粒的吸水率最低

聚苯颗粒的吸水率仅有0.1%-0.3%,但膨胀珍珠岩达300%,超轻陶粒的吸水率为10-13%,玻化微珠也达20-40%。在现有轻集料中,聚苯颗粒吸水率最低。它的这一优点,可以有效降低砂浆或混凝土的吸水率,提高砂浆或混凝土的抗冻性和耐久性。吸水率偏高,一直是轻集料混凝土的一大缺陷,采用聚苯颗粒,可以有效解决这一缺陷。

4.4具有优异的柔韧性,可有效提高相关产品的韧性

聚苯颗粒具有突出的柔韧性和弹性,加入混凝土或砂浆后,也赋予了砂浆或混凝土良好的柔韧性。总所周知,混凝土和砂浆是典型的脆性材料并一直没有克服其脆性的理想技术方案,加入聚苯颗粒应是克服其脆性的最佳技术途径。图14是普通混凝土试块和聚苯颗粒混凝土试块受压后的状况。从图中可以看出,普通混凝土试块受压后脆裂严重,而聚苯颗粒混凝土试块受压后则仍然完整、不见脆裂。

图14  聚苯颗粒混凝土试块试压后外观

 4.5在合理掺量时,混凝土和砂浆的防火性能仍可达到A级。

人们一直认为聚苯颗粒易燃,不防火。但它在进入混凝土或砂浆后,控制其合理掺量,并采用阻燃自熄品,相关产品的防火性能仍可达到A2级,完全可以满足建筑工程或土木工程的防火要求。

4.6价格低,使用成本低

日前,聚苯颗粒的市场价为12-18元/m3(不同密度和质量),自制成本约10-12元/m3。若使用废旧聚苯泡沫粉碎制成的颗粒,成本仅为3-4元/m3,这在各种轻集料中,也是最低的。从京津地区看,超轻陶粒的运到价为120元/m3,玻化微珠的运到价为130-140元/m3,而新制聚苯颗粒仅为其1/10,废旧聚苯颗粒仅为其1/40-1/40。

4.7 利用废旧聚苯泡沫,环保低碳性突出

聚苯颗粒可以广泛利用回收的废旧聚苯泡沫粉碎加工制成,降低白色污染,有利环保,低碳性不容置疑。

5 发展前景及建议

综上所述,聚苯颗粒的综合性能,在各种轻集料中,是最好的,而使用成本却又是最低的。因此,聚苯颗粒具有比较理想的性价比,应该是轻集料行业最有发展前景的产品之一。随着我国建筑保温产品的提高和建筑节能推广力度的加大,聚苯颗粒保温砂浆及混凝土将会得到更大规模的推广应用。这几年,聚苯颗粒保温混凝土及制品的快速发展,但这仅仅是开始,其更广泛的普及应用还在以后 。作者预测,10年以后,其应用量至少会提高1-2倍。为进一步推动其发展,兹建议如下:

(1)行业协会应把聚苯颗粒轻集料列为重点支持发展的产品,将其放到陶粒的同等重要地位,使其成为主导性轻集料之一。

(2)加快编制已形成规模化生产的聚苯颗粒混凝土产品的相关标准,推动和规范化发展。如聚苯颗粒现浇墙体、聚苯颗粒混凝土自保温砌块、聚苯颗粒混凝土保温板等,都需要标准助力。

(3)成立聚苯颗粒轻集料专业委员会,作为分会的专业性机构,推进相关技术的开发、推广,使管理更具针对性。

(4)积极吸纳聚苯颗粒混凝土及砂浆产品的生产企业,设备企业、原材料企业加入轻集料行业的队伍,改善目前的无组织状态。