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水泥刨花板发展现状及模压法工艺(二)

发布日期:2012-03-04 15:34 作者:admin 点击:

    E119标准对水泥刨花板和矿棉绝热材料构成的120mm厚复合墙板进行测试,耐火极限高达2小时。这意味1010℃的火焰对2.7m见方的试件喷烧2小时后,未将板烧穿,且使板另一侧的温度未上升到棉织品的燃点温度。我国四川消防科研所也按我国GB9978标准对10mm水泥刨花板构成的80mm厚中空复合墙板进行了测定,其耐火极限为0.75小时。可见水泥刨花板按GBJ16-87《建筑设计防火规范》的要求,可以满足耐火等级为三级的建筑非承重外墙,和耐火等级为一级的建筑房间隔墙的要求。这正是美国、日本等过去习惯使用木质材料作建筑构件的国家愈来愈多采用水泥刨花板的原因之一。
  2、具有适应外墙用材的耐水性
  良好的耐水性是水泥刨花板相对石膏板和木质人造板的一项十分突出的特点,并由此决定它可以被应用于建筑物的外墙。反映材料耐水性的指标主要是浸水24小时后的抗折强度和厚度膨胀率。从表2所示几种板材耐水性指标对比情况中,可见水泥刨花板耐水性的优良。
表2  几种板材耐水性指标对比
 

水泥刨花板

纸面石膏板

木质刨花板(尿醛胶)

室外防水型中纤板

定向刨花板(酚醛胶)

标准要求

 

60%

 

 

 

浸水24h后,抗折强度下降率

<40%

<20%

 

 

 

 

浸水24h后,厚度膨胀率

=<2%

<1.6%

 

浸水24h后8%

8-10%

12-13%

此外,日本对耐水性要求,在日本JIS A5422标准中对外墙用的水泥板材还规定了在浸水3小时后,再经80℃干燥1.5小时后320mm×150mm试件的平面变形量不得大于3mm的要求,这实际反映的是对板材因受潮而产生永久变形程度的要求。对于吸水性,该标准规定的要求相当于24小时吸水量不应大于1g/c.这些要求在日本产水泥刨花外墙板上均能实现,从而保证建筑外墙的质量。
  3、十分突出的耐久性
  建筑材料的耐久性是指用此材料制成的建筑构件在一个规定时限内保持其可利用程度的能力。是建筑业在选材时高度关注的问题。从六十年代开始世界上就对水泥刨花板的耐久性先后作了大量试验。英国建筑研究院Dinwoodle先生花费了15年时间进行了测定,于1990年公布了他对产自8个国家10种牌号水泥刨花板耐久性测定结果。图五和图六均为水泥刨花板与其他几种板抗蠕变性能的对比情况。所不同的是图五反映的是在相对湿度65%,负载应力为该材料极限应力30%时的蠕变量;而图六反映的是在相对湿度90%,负载水平与上相同时的相对蠕变量α。(注:相对蠕变量为终蠕变值和初始变形值之差与初始变形值之比)表3为对水泥刨花板进行加速老化测试的结果。(详见《新型建材信息》2000.11第34页)
表3  水泥刨花板加速老化试验结果

 

加速老化试验方法

试验结果

1

试件先在20℃水浸48h后,再作50次24h冻融循环试验(-20℃冻16h,+20℃融8h)

MOR保持率为90%

2

将试件在60℃水中浸泡6个月

MOR MOE保持率在66-83%

3

按法国V313刨花板标准规定进行三次冻融循环试验
(-12℃冻24h,+20℃融72h,70℃烘72h)

厚度膨胀率为0.2-1.0% IB保持率为55-80%

4

按欧洲水泥刨花板CEN标准规定进行70次冻融循环试验(-20℃冻3h,+20℃融3h)

MOR保持率为89%

  通过以上一系列严格的试验,不难发现其突出的耐久性特点,完全可满足建筑业对非承载墙体的需要。
  4、符合生态建材的发展要求
  根据生态建材的要求可从以下几个方面说明水泥刨花板在21世纪应属鼓励发展的板种。
  —水泥刨花板的原料可以利用部分含硅工业废料,如:电除尘粉煤灰、水淬炼钢炉渣等。其掺入量应根据板材性能要求而定。据新研究可达原料总量的35%,这已达到国家对利用工业废料的优惠条件。
  —在生产制造过程中由于采用半干法,不仅节约了用水,也降低了能耗,更无废水污染的危害。裁边等固体废料允许经处理后大部分回用,终排放量可控制在1%左右,大大减轻了环境的负荷。
  —水泥刨花板不存在游离甲醛、放射性和光幅射对人体健康有害的因素;而其优良的隔热和隔声性能可为人类提供节能和舒适的居住环境。日本Nichiha公司所产模压水泥刨花板的导热系数在0.18-0.21W/m·k左右,其保温性能是砂浆粘土砖砌体的4倍。隔音性能方面厚18板可阻断34dB(A)100HZ的噪声;荷兰Eltomation公司提供了12厚板构成的100厚复合墙板可阻断45dB(A)噪声的测试结果,说明完全可满足分户隔墙的隔声要求。
  鉴于近几年我国饱受水灾、沙暴和土地沙化的危害,全国上下对保护森林资源重要性认识大大深化,可能有人会对水泥刨花板仍要使用木质材料而对其发展前景产生凝问。首先必须认识党中央和国务院关于实施天然林保护工程的重大决策是十分英明和及时的;进而在了解森林对保护生态环境方面重要作用的同时,还不应忽视森林是人类生活和生产的重要资源,而且是世界上四大基本材料—钢铁、水泥、塑料和木材中唯一可再生的资源;是开发利用中消耗能源少的一种材料,仅为水泥的1/10,钢铁的1/20;同时又是废弃后可以降解,处理比较方便的材料。在当前地球上钢铁、石油资源也同样面临枯竭危险的情况下,尽量利用可再生资源无疑是战略之举。进一步说,对森林资源的保护和利用既对立又统一的关系,保护也是为了更好地利用,利用又为保护提供资金和人们观念上的保障。当前我国在江苏、山东、河北等省由于通过利用实现了人工林的巨大经济价值,从而更激发了植树造林的热情,人工林面积每年以15-20%的速度递增,形成了可持续发展的平原森林地带,是上述两者统一关系的好例证。水泥刨花板的木质原料正是这些人工种植的速生树种,所以无需担心发展水泥刨花板会违背森林资源保护的要求。
  5、强度和易施工性较好地得到统一
  作为建筑用板材不仅应在机械性能方面满足构件所承受的载荷要求;也应充分考虑施工作业过程的方便性。水泥刨花板综合了水泥和木材的各自特性,一方面水泥使具有足够的机械强度,如抗折强度,一般在9-15MPa范围内,可以承受55kg/的风压,相当于140km/h风速的热带风暴对墙体造成的风载;也具有一定的抗冲击强度,曾对12mm水泥刨花板构成的120mm厚复合墙板,以也具有一定的抗冲击强度,曾对12mm水泥刨花板构成的120mm厚复合墙板,以10kg砂袋在1m高度落下连续冲击10次,未发生破坏现象。另一方面又发挥了木质刨花的特性,克服了水泥板材通常存在的脆性和难加工性。使其可采取类似木质板材的施工方法作业,如锯、钻和砂磨,甚至允许不打预钻孔,直接钉铁钉,给施工带来很多方便。
  从日本Nichiha公司针对水泥刨花板不同的用途,分别提出了不同的性能要求中可能得到一些启示(参见表4)。
表4  Nichiha 公司产品性能要求

用途

厚度

密度

抗折破坏荷重

抗冲击性能

握钉力

逆钉头

外墙挂板

18mm

980kg/

>885N

500g重锤,1.7m落差

 

钉头Φ5.5〉1568N

屋面望板

18mm

1050kg/m²

>2107N

1000g重锤,4m落差

钉杆Φ3.5>1470N

 

  按表中规定折算的外墙挂板抗折强度仅4Mpa,屋面望板也仅9.5Mpa。实际上水泥刨花板只需适当调整配方和工艺,完全可很容易超过这些要求,但他们认为从使用要求看,这项强度指标已经足够,如进一步提高强度也将影响施工的方便性,这是两者平衡协调的结果。另外对不同用途提出不同的握钉力要求也完全是从实际施工需要出发,由于墙板是被钉固定在木衬条上,因此无需握钉力要求,但应有板材逆钉头被拔脱的要求;而屋面望板则是其他构件要固定在其上,所以要求握钉力。日本公司这种从实际出发的科学态度是很值得学习的。
  所有事物均存在两面性。与其他品种建筑用轻板相比,水泥刨花板存在尺寸稳定性较差的弱点(参见表5),这在很大程度上影响了水泥刨花板在墙上的应用。
表5  几种无机粘结人造板尺寸稳定性对比表

 

纸面石膏板

石膏纤维板

石膏刨花板

纤维水泥板

硅酸钙板

水泥刨花板

23℃RH50%-90%线性变化率mm/m

0.3-0.5

0.6-0.9

0.7-1.1

自然固化

压蒸固化

压蒸固化

自然固化

1.5-1.7

0.4-1.0

0.4-1.2

1.8-2.5

  世界各国均在致力研究改进方法。目前日本主要采用添加含硅材料并经压蒸处理的方法予以改进;欧洲则主要研究新型涂料使板材内部与空气严密隔绝的方法,均取得了明显的效果。相信随着科技的发展,水泥刨花板在性能上将不断克服弱点,使其许多突出的优点得以更多发挥。
  三、模压型水泥刨花板的工艺和装备
  由苏福马股份有限公司在国内多家科研院所支持下自行研制开发的年产3万模压型水泥刨花板生产线的工艺流程。
  该生产线在充分吸取普通型板生产工艺技术的基础上,溶入了许多90年代国际新技术,使之能适应模压法工艺要求,具有明显的技术创新特点。
  1、工艺配方作了重大改进
  新配方在主要原料中使用了占总量30%以上的工业含硅废渣,如电除尘粉煤灰和水淬炼钢炉渣等。其主要目的是为了使水泥水化过程生成的CaO可以和SiO2进一步反应生成硅酸钙水化物CSH
    SiO2+CaO+H2O CaO •SiO2•PAN>H2O
  从而减少水泥水化过程生成的钙矾石对板材尺寸稳定性的不利影响;同时也有利降低板材的PH值,减少碱性物质对木刨花的侵蚀作用。而利用工业废料不仅可降低原料成本,更符合国家鼓励发展的财税优惠政策,可谓一举多得。
  在工艺配方中还着重研究以人工速生树种,包括:杨木、杉木和马尾松等作为木质原料的技术可行性,这符合国家保护天然林、发展人工林的产业政策,为人工林资源的综合利用和增值提供了新途径。
  2、采用三层结构的板坯断面形式
  模压型板为保证凹凸型面的外观质量,在表层结构细密度和表层厚度上均比普通型要求更高,采用三层结构比渐变结构要有利于工艺上适应变化的需要。此外板材轻量化的要求也可通过对芯层材料的专门处理加以实现,这在渐变结构中实现就比较困难。特别是在当前型面仿真程度更高,型面深度加大的发展趋势下,三层结构在国际上被普遍采用。
  三层结构板坯要求工艺布局上安排两套搅拌系统和三个铺装头,分别担负。
  表、芯层料的拌合和铺装。这也使设备的初投资稍有增加。
  3、全新的板坯铺装系统
  板坯铺装系统是生产线的关键主机,关系到成形后板材的厚度精度、密度均匀度,模压型面的外观质量,生产线的工艺柔性和前后工序的协调性等。过去我国水泥刨花板生产厂主要沿用木质刨花板生产技术,采用气流铺装系统,板坯误差较大,12mm板要达±1.0mm,有的厂28mm板甚至高达±3.0mm;因此不得不通过砂光来校正厚度误差,这势必加大生产成本。国外普通型板一般只有需作表面贴面装饰的板材出厂前才作轻微砂光,砂光板数量仅为总产量的20%。另外当进行深型模铺装机时还会产生“阴角缺陷”,这些都是在设计模压板生产用铺装机时必需考虑的问题。新设计的铺装机吸取了国外九十年代的新经验,在结构上作了重大改进,包括采用机械式铺装头,铺装速度与铺装下料量的反馈联锁增加料仓称重系统等,可使厚度精度提高到国外九十年代水平,无需砂光就可满足建筑施工要求。铺装后的板坯还将逐张进行自动称重检验,以随时剔除超标产品,可保证板材密度均匀性。
  新的铺装系统采用下模板布置方式,既可适应模压型板的生产,也可适应普通板的生产;既可适应浅型模压板生产,也可适应深型模压板生产,具有很广的工艺柔性。
  钢质垫板和玻璃钢模板是构成铺装系统的必要部份。由于采用冷压法工艺,垫、模板的生产循环周期较长,因此为保证一定的日产量,所需备用的垫、模板数量较大,而且对垫板的平整度,模板型面的图案新颖性,在循环的压力和热负荷作用下抗变形能力都要求很高,这是保证产品质量不容忽视的因素。
  4、加大了成形压力
  与普通型板工艺相比,工艺上仍采用冷压法,但模压型板的工艺要求将面压由原3.0Mpa提高到5.5Mpa。这是为保证型面轮廓更清晰的需要,同样也由于原料配方变化的原因,可有助于改进产品的尺寸稳定性。为此,压机的推力t位由原1300t增大至3000t。
  工艺上在成形压制前还比普通板工艺增加了一道预压工序,其目的一方面,是为了协调生产节拍的需要,另一方面也有利于增加板坯强度和产品表面的成型质量。
  5、增加了饱和蒸汽养护工序
  这首先是为了改进板材的尺寸稳定性,因为要使前述的硅钙进行反应,其条件必需是0.85Mpa以上压力的饱和蒸汽以提供高温和高湿的环境条件。日本生产经验证明,通过这项处理,板材线性收缩率或膨胀率均可减少近50%。其次生产周期也将比自然养护法缩短约2/3。虽然由此将增加设备投资和热能消耗,但是产品质量的提高,综合利用等可为企业生产运营带来的效益将很快使投资得以回报。
  6、二次加工的延伸完善了生产的成套性
  在普通型板生产中过去一般以素板形式推向市场,对于模压型板,若不经过二次加工则无法形成“商品”推向市场。二次加工包括将大幅面素板裁成建筑所需的幅面规格;在其侧边加工联结用榫头和对表面进行涂饰等作业。
  在裁边和裁板工序模压型板加工的基准必须依据型面的线条走向,而不能和普通板一样有较大的任意性。这是在设计制造裁板机时首先应考虑的问题。
  榫头加工可使用类似于木材加工中常用的设备,但其刀具和主轴的设计应充分考虑加工含水泥质材料的特殊性。
  表面涂饰是二次加工中复杂、投资大的工序。通过涂饰可进一步改善板材的尺寸稳定性。
  目前在国外既便是普通型板,当用于构筑墙体时也都至少涂1—2层密封用底漆后才出厂销售,就是从这方面考虑的原因。进而通过涂饰更可显现模压型板的外观魅力,特别是随着型面图案仿真要求不断提高,色彩由单色向多色发展,而多色涂饰只能在工厂完成,使二次加工线成为模压型板生产线不可缺少的组成部分。涂饰工序一般包括预热、涂布、干燥和冷却等过程。如需多道涂饰则应相应增加涂布和干燥的工位;冷却工位的长度直接取决于对生产率的要求。涂饰工序的设计当然也与所选用的涂料型号相关,这直接关系涂层的耐久性、光泽性和成本等因素。目前在日本使用丙烯酸涂料的产品一般在7-8年后必须重新涂饰,而使用氟碳树酯涂料的产品可保证20年以上寿命。总体上二次加工所花的成本等同于素板的生产成本,这也是模压型板产品售价较高的原因。
  新开发的生产线还在废料再生回用,减少对环境污染方面作了周密的考虑。整条线的电气控制均采用先进的PLC控制,部分工段如配料称重和搅拌工段更采用工控机控制,大大提高了自动化水平,更主要是由此使产品质量能得以稳定。

 

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