普通硅酸盐水泥、粉煤灰泡沫混凝土制品市场分析与预测

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  摘 要 本文通过对普通硅酸盐水泥、粉煤灰泡沫混凝土的分析研究,提出大力推广建筑节能产品,以实现国家提出的相应的建筑节能目标,提高建筑市场社会效益和经济效益。
  关键词 普通硅酸盐水泥 粉煤灰泡沫混凝土 市场研究
  在发达国家,节能型轻质墙板市场占有率达到40%,在我国还不到5﹪。上述的百分比数据充分说明节能型轻质墙板在我国的发展才刚刚起步,必将有很大的发展空间;由于政府强制执行节能条例,以后所有建筑工程项目都必须采用新的建筑节能标准,另外,建筑规范与世界接轨,框架结构与钢结构普及,给轻质墙板带来巨大的发展空间。
  根据建设部规划,中国将实施强制节能标准,以实现在2010年新建筑13以上,达到节能65﹪的目标;到2020年,全社会建设的建筑总能耗要达到节能80﹪的总目标。有关信息表明,我国既有居住建筑面积400亿㎡,每年新增建筑面积20亿㎡,按墙体面积是建筑面积的2.5倍计算,每年需要50亿㎡的墙体材料。如能在2020年达到全社会建筑总能耗节能80﹪的总目标,则每年就建筑围护结构节能需要新增投资约为2700亿人民币,市场机会巨大。
  建筑墙体材料始终停留在高耗能、高耗材的材料中生产,造成大量资源、人力、能耗浪费,在安全性、耐久性方面存在的种种问题,需要有新的建筑节能产品。硅酸盐水泥泡沫混凝土轻质墙板是一种比优异的节能材料,如全国市场10﹪推广使用本产品,其市场需求不言而喻。
  按照新颁布的《建筑节能工程施工质量验收规范》的相关规定,自2007年1月1日起,建筑工程节能不符合规范不能通过验收,这将进一步促进新型轻质节能墙板快速发展,市场需求还会成倍增加。
  特别是随着住宅建筑供热体制的改革,实行供热分户分室计量以及国家由暗补改明补的政策出台后,分户墙和分室墙的内保温就显得十分重要,由此给保温节能墙材带来巨大的市场发展空间。
  一、定义及分类
  1.定义。普通硅酸盐水泥、粉煤灰泡沫混凝土是以普通硅酸盐水泥为胶凝材料,复掺电厂废渣Ⅱ粉煤灰激活改性后为胶凝固加料,采用树脂发泡剂进行胶凝材料物理发泡,通过恒温恒湿养护获得高强度轻质的人工石材。从产品物理组成看,它的结构内部是由大量细小均匀的中空气泡核组成,这种中空气泡核构成是外加泡沫的物理组成,而不是化学反应加气产生的气体。该制品属于泡沫混凝土一类(简称CLC)。
  2.分类。(1)按材料基本组成分为:普通硅酸盐水泥-电厂Ⅱ粉煤灰-外加剂-泡沫剂;普通硅酸盐水泥-Ⅱ粉煤灰-轻质填料-聚合物-外加剂-泡沫剂。
  (2)按制品绝干后单位体检质量(干体积密度)分为七个等级:即200、300、400、500、600、700和800。目前在我国500~700级制品用于建筑物内外墙体围护,200~300级制品用于建筑物墙体及屋面保温。
  (3)按制品种类分为:轻质内、外墙体保温条形板;轻质内、外墙体保温砌块。
  (4)按使用功能分为:建筑物内外隔墙条板,以承重和非承重为主,兼作保温;屋面承重保温,以及大型工业厂房、民用建筑墙体及屋面保温。
  二、泡沫混凝土制品在我国发展状况
  泡沫混凝土制品上世纪70年代在欧洲一些国家普遍使用,特别是德国、前苏联、瑞典、意大利、芬兰等国家发展迅速,他们称之为“轻质混凝土”。这些国家发展泡沫混凝土主要是解决建筑物轻质(自重)、节能保温为一体的新型墙体材料,使用泡沫混凝土是解决建筑物单一墙体节能唯一途径。我国泡沫混凝土在上世纪70年代开始研究,早期提出发展泡沫混凝土的是已故吴中伟院士,由于受传统思想的约束,泡沫混凝土制品在我国发展甚慢,建筑墙体材料始终停留在高耗能、高耗材的材料中生产,造成大量资源、人力、能耗浪费,给建筑物使用寿命带来一定质量损失和工程隐患。因此,建设部等八部委在国办发[1999]72号文中要求到2005年城镇新建采暖住宅建筑要在1981年住宅能耗水平的基础上,达到降低能耗50%的要求;到2010年,在2005年的基础上,再降低能耗30%。非采暖地区的住宅建筑也应贯彻节能的方针,制定节能标准,采取节能措施。2003年,建设部等八部委又联合下发通知,要求建设单位、设计单位,施工企业、建材生产企业在建筑物材料生产使用中,必须坚持“节能、节材、节地、节工”和资源循环利用的“四节一循环”的要求。无疑普通硅酸盐、粉煤灰泡沫混凝土制品是优良的建筑节能材料,符合“四节一循环”的要求。
  三、普通硅酸盐水泥、粉煤灰泡沫混凝土制品标准
  1.GB/23451-2009《建筑隔墙用轻质条板》。
  2.JC/T1062-2007《泡沫混凝土砌块》。
  四、普通硅酸盐水泥、粉煤灰泡沫混凝土制品品种及规格
  1.轻质隔墙条板制品及规格。(1)普通硅酸盐水泥、粉煤灰泡沫混凝土内外轻质隔墙条板;(2)普通硅酸盐水泥、粉煤灰泡沫混凝土抽孔内外轻质隔墙条板。(3)规格。长度:2400mm~3000mm;宽度:600mm;厚度:90mm、120mm、150mm。其他规格可根据设计要求制作。
  2.砌块及规格。(1)普通硅酸盐水泥、粉煤灰泡沫混凝土实心砌块;(2)普通硅酸盐水泥、粉煤灰泡沫混凝土空心砌块。(3)规格。长度:400mm~600mm;宽度:100mm~250mm;高度:200mm~300mm。其他规格可根据设计要求制作。
  五、技术经济特点(以轻质隔墙条板为例)
  普通硅酸盐水泥、粉煤灰泡沫混凝土轻质隔墙条板主要具有以下优点:
  1.高掺Ⅱ级粉煤灰。该制品中可大量掺加Ⅱ级粉煤灰取代水泥用量,并且可直接使用火力电厂排放的Ⅱ级粉煤灰,无需再加工细研磨。即解决了火力电厂Ⅱ级粉煤灰的排放污染,又节约了水泥宝贵资源。
  2.重量轻。(1)普通硅酸盐水泥、粉煤灰泡沫混凝土轻质隔墙条板干体积密度在500kg/m3~700kg/m3,相当于黏土砖1/3左右,普通水泥混凝土的1/5左右,同时也低于传统GRC轻骨料抽孔混凝土墙板。因此,采用普通硅酸盐水泥、粉煤灰泡沫混凝土作墙体、屋面材料可以大大减轻建筑物自重,进而可以减轻建筑物的地震力;减少建筑物基础、梁、柱等结构的尺寸,节约建筑材料和工程费用,增加建筑使用面积。   (2)由于普通硅酸盐水泥、粉煤灰泡沫混凝土轻质隔墙板是工业化生产硅酸盐水泥预制品,其外观尺寸精确,板面平整,比砖、砌块类墙体材料节省大量砌筑砂浆、抹面找平砂浆,同时按同一墙面计可以大大节省劳动力。一般安装(板材规格2400mm×600mm×90mm)泡沫混凝土板材需要聚合物粘接砂浆为2kg~3kg(两块板材对接垂直锁口缝),板材上下与梁柱需要聚合物粘接砂浆为3kg左右。再者普通硅酸盐水泥、粉煤灰泡沫轻质隔墙条板平整度尺寸误差在2mm范围(GB/T23451-2009标准),这就大量节约砂浆找平层,只需用2kg~2.5kg(单位)内墙耐水腻子作为找平装饰层即可,批刮厚度3mm~4mm;如果板材作为外墙隔护时只需用3kg/m2-4kg/m2聚合物抹面砂浆找平保护即可,批刮厚度为4mm左右。这里不再做砖、砌块类墙体材料的砌筑砂浆计算,见表1。
  3.优异的保温性能。由于普通硅酸盐水泥、粉煤灰泡沫混凝土轻质隔墙条板内部含有大量中空气泡核,这种气泡核是独立分布的,并且肉眼是看不到的,与加气混凝土内部贯穿的大气泡是不同的。因而有良好的绝热性能。干体积密度为500kg~700kg的普通硅酸盐水泥、粉煤灰泡沫混凝土其导热系数通常为0.1(m.k)~0.12(m.k),是黏土砖的6倍~8倍,是普通混凝土13倍~16倍。实践证明,我国东北地区用90mm(条板)+10mm(黏结层)+90mm(条板)+10mm(双抹面保护层)=200mm厚的普通硅酸盐水泥、粉煤灰泡沫混凝土轻质隔墙条板做外墙护,其保温效果与370mm黏土砖墙粘加60mm聚苯板保温效果相当,在长江三角洲地区和华南地区用上述普通硅酸盐水泥、粉煤灰泡沫混凝土轻质隔墙条板做外墙隔户,是相当于200mm混凝土外粘30mm聚苯板或50mm胶粉聚苯颗粒的保温效果,从而增加了建筑物的使用面积,缩短工程建设工期,节约保温造价,节约夏季用电量和冬季采暖用煤量,见表2。
  4.具有施工中可加工性。普通硅酸盐水泥、粉煤灰泡沫混凝土轻质隔墙条板是在工厂内生产出的不同长度规格板材,施工时可以像木材一样进行锯、刨、钉、钻、同时可螺结,可设置预埋件,并且可根据需要任意组合安装。
  5.冲击抗弯破坏载荷力强。普通硅酸盐水泥、粉煤灰泡沫混凝土轻质隔墙条板在预制浇筑过程中铺设上中下三层耐碱玻璃纤维网格布作为增强筋,耐碱玻璃纤维网格布性能指标应符合JC/T841-2007《耐碱玻璃纤维网格布》,其网孔径8mm×8mm;质量为300g/㎡~320g/㎡,抗伸断裂强力2000N~2100N,加上条板两侧带有榫槽,这样安装成墙后大大提高普通硅酸盐水泥、粉煤灰泡沫混凝土轻质隔墙条板的抗冲击性和抗弯破坏载荷力,这一优点是砖、砌块或CRG轻骨料混凝土板材无法达到。
  6.抗压强度大。(1)复掺的粉煤灰在外加剂的激活下,与水泥水化是不断析出粉煤灰玻璃体中胶凝成分,可进一步补偿水泥水化过程中的胶凝成分。水泥、粉煤灰中没有参与水化物作为骨架材料,随着水泥水化作用,水泥中的Ca(OH)2、CaSO4与水泥矿物C3S、C2S、C3A、C4AF在外加剂作用下产生水化硫铝酸钙(即钙矾石结晶体)。钙矾石结晶体和没有水化的水泥颗粒、粉煤灰矿物质颗粒交联,形成连续的骨架链保护中空气泡核,在恒温、恒湿的窑体环境养护下,使钙矾石结晶体不断提高,中空气泡核壁不断凝结变硬,产生制品强度。当普通硅酸盐水泥、粉煤灰泡沫混凝土轻质隔墙条板受外力作用下,空气泡核之间相互传递外力,并且气泡核径细小,结构内部产生巨大内聚力支撑,使制品不易受外力破坏而爆裂。大量实验证明,干体积密度在500kg/m3~700kg/m3普通硅酸盐水泥、粉煤灰泡沫混凝土轻质隔墙条板抗压强度可达3.5MPa~5.0MPa,结构内聚力抗拉强度可达0.6MPa~0.8MPa,抗折强度可达0.8MPa~1.2MPa。需要说明的是结构内聚力抗拉强度与聚合物外加剂掺配量有很大关系,它们之间成正比例关系。
  (2)普通硅酸盐水泥、粉煤灰泡沫混凝土轻质隔墙条板虽然没有黏土砖强度大,但由于其自身尺寸较大,制品匀质性好,强度利用系数高,可达90%~95%,而黏土砖砌体强度利用系数一般只能达到30%,例如:抗压强度为3.5MPa普通硅酸盐水泥、粉煤灰泡沫混凝土,其砌体强度可达3.3MPa;而抗压强度为10MPa的黏土砖,其砌体强度只有3.0MPa,二者强度相当,作为墙体材料,衡量其强度能力的指标是砌体强度,而不是制品强度,黏土砖的强度利用系数不仅取决于自身的强度,还取决于灰缝材料的黏结强度和抗压强度。普通硅酸盐水泥、粉煤灰泡沫混凝土轻质隔墙条板除了有很高的砌体强度外,加上周围榫槽式的连接,所以无论是它的承载强度还是抗冲击性能均尤为突出的。
  7.良好的隔音性能。入射在建筑物墙壁上的声能因透射过墙壁而减低分贝数,称为隔音量或称透射损失,是衡量建筑物墙体隔声性能的物理量。由于普通硅酸盐水泥、粉煤灰泡沫混凝土轻质隔墙条板制品中分布着若干细小气泡核,它具有较高的吸声能力,阻挡声能透射,有效地减低了声能分贝数。再者普通硅酸盐水泥、粉煤灰泡沫混凝土轻质隔墙条板在安装使用时少量砌筑缝的存在,采用锁扣式拼接,不像砖、砌块类的墙体材料需有大量砌筑缝隙,无法减低声能透射。实践证明,90mm厚的普通硅酸盐水泥、粉煤灰泡沫混凝土轻质隔墙条板隔声量达40dB,相当于240mm厚黏土砖的隔声效果。
  8.较强的抗震性。普通硅酸水泥、粉煤灰泡沫混凝土的弹性模量值明显低于普通混凝土,其干密度在500kg/m3~700kg/m3时,其对应的弹性模量在2.0kN/mm2~5.0kN/mm2之间。普通硅酸水泥、粉煤灰泡沫混凝土的耗能机理可归结为:(1)应力波在相邻的介质达到平衡前在泡沫混凝土气泡核与气泡核之间进行多次的反射和投射,从而将一部分的能量耗散;(2)动载作用下泡沫混凝土相对普通混凝土来说,具有波阻抗低、大孔隙率的特性,能够有效地反射和吸收冲击能量,而投射能量的衰减效果更是大大强于普通混凝土。即使发生地震灾害,普通硅酸盐水泥、粉煤灰泡沫混凝土轻质隔墙条板拼接带有锁扣,安装完成后整体性好,难以倒塌崩裂;墙体自身轻质对人体也不会造成死亡伤害。   9.优异的耐久性能。衡量建筑材料的耐久性,主要考查其在冻融循环作用下的抗冻能力,在大气干湿交替作用下的稳定性及其长期强度和变形状况。
  (1)抗冻性。普通硅酸盐水泥、粉煤灰泡沫混凝土轻质隔墙条板用于室内分户隔墙、分间隔墙及厨房卫生间隔墙时,国家标准未作出规定要求,但用于外墙隔护时实验测试数据应遵照加气混凝土砌块GB/T11968-197《蒸压加气混凝土砌块》进行实验测试判断。按国标上要求,破坏性对普通硅酸盐水泥、粉煤灰泡沫混凝土轻质隔墙条板进行抗冻融测试结果,B05级3.3MPa,B07级4.6MPa,分析这一结果主要是制品中普通硅酸盐水泥配比占大部分,水泥和粉煤灰在外加剂产生水化物钙矾石结晶作用,同时制品中配合比高分子聚合物占3%~5%,再者有无数独立的中空气泡核阻挡冷冻气窜入。
  (2)干湿循环性能。GB/T23451-2009《建筑隔墙用轻质条板》的标准中未作出干湿循环性能要求,但在实际使用中按建材行业标准JC274-80《加气混凝土干湿循环性能实验方法》进行品质测定;以500kg/m3(干体积密度)普通硅酸盐水泥、粉煤灰泡沫混凝土轻质隔墙条板为例,当制品完全浸入水中,前10小时制品抗压强度略有降低,强度为3.45MPa左右,仅似于冻融后强度;24h强度有所上升,抗压强度为3.61MPa左右,抗拉强度为0.62MPa,抗折强度为0.75MPa,72h制品前度增至为抗压强度3.81MPa,抗拉强度为0.65MPa,抗折强度为1.15MPa,72h后制品强度保持平稳曲线。这一结果说明,普通硅酸盐水泥、粉煤灰泡沫混凝土轻质隔墙条板在饱和水的状态下,水泥矿物质和粉煤灰矿物又进一步得到水化反应,补偿钙矾石结晶稳定。在钙矾石结晶得到补偿稳定后,制品静弹性模量由(1.83-2.3)×103MPa增至1.94×103MPa。
  (3)普通硅酸盐水泥、粉煤灰泡沫混凝土轻质隔墙条板耐水性能。实践证明,作为墙体材料,高吸水是影响材料耐久性能的危害之一;500kg/m3(干体积密度)普通硅酸盐水泥、粉煤灰泡沫混凝土制品,全部浸入水中96h吸水量为137kg/m3,并且在28d后能够保持稳定的吸水量,制品试件漂浮在水面上。而同干体积密度的蒸压加气块对比,全部浸入水中72h吸水量为383kg/m3,并且在180d后才能够保持稳定的吸水量,同时制品在48h后逐渐下沉水中。
  10.优异的耐火性。普通硅酸盐水泥、粉煤灰泡沫混凝土制品是无机材料的组成,属非燃体,按GB/9978-1999进行耐火最高极限的墙体结构耐火实验,90mm厚普通硅酸盐水泥、粉煤灰泡沫混凝土轻质隔墙条板墙体,经国家防火建筑材料质量监督检验中心(四川都江堰市)检测大于2.5h,并列入防火墙使用范围。
  六、经济效益和社会效益
  普通硅酸盐水泥、粉煤灰泡沫混凝土制品,以其“节能、节材、节地、节工”和资源循环利用的技术经济特点,越来越深受人们的关注,人类面临能源和资源的短缺,建筑物的墙体材料轻质、节能、保温、抗震引起世界各国政府的重视,推广使用普通硅酸盐水泥、粉煤灰泡沫混凝土制品带动全社会经济效益,保护大量土地资源,节约大量标煤用量,减少建筑物钢材使用量,充分利用大量粉煤灰,是遵照国家资源可持续发展的战略方针,并且被列入国家“十二五”墙体自节性材料重点推广项目,在长期使用中可持久性降低建筑居住能耗,造福后人。
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