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绿色建造的纤维水泥板施工技术研究

2024-07-04 153 上传者：管理员

摘要：本文聚焦绿色建造理念，通过理化实验测试，以工业废渣和尾矿等固体废弃物为原料，研究生态型纤维水泥板制备工艺，较好地降低了纤维水泥板的生产成本，实现了固体废弃物的资源化循环利用，积极构建绿色低碳循环发展体系。同时，对生产出的纤维水泥板进行强度、耐火性及耐水性等系列性能测试与评价，分析纤维水泥板在建筑工程及装饰装修领域的应用优势与效果，提出了纤维水泥板的制备技术改进与优化方向，着力落实建筑领域“双碳”战略目标，进一步加强纤维水泥板的综合性能，为建材产业参与高端市场竞争提供导向支撑。

关键词：
固体废弃物
尾矿
工业废渣
循环利用
纤维水泥板
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当前，我国工业生产中产生的固体废弃物数量巨大，主要包括工业废渣和尾矿等。基于“绿色引领发展•智造筑梦未来”理念，本文聚焦绿色建造，积极贯彻落实我国《关于全面推进美丽中国建设的意见》指导要求，以发展绿色建造为目标，根据甘肃省在“十大生态”产业领域和“新基建”方面的政策导向，通过利用固体废弃物生产纤维水泥板，实现废弃物的资源化利用，降低纤维水泥板的生产成本，促进建筑材料生产企业建造方式转变和技术创新，落实建筑领域“双碳”战略目标，持续推动建筑生产绿色化、智能化转型升级高质量发展，加快形成新质生产力，具有良好的经济效益和环境意义。

据有关资料统计，我国对于工业废渣等固体废弃物的二次循环利用起步较晚，近年来，我国对于环境保护越来越重视，利用工业废渣生产各种水泥已经取得了很大进展[1]，特别是工业废渣在水泥生产中代替原材料，符合国家绿色低碳发展理念，最终目标是达到无害化、减量化和资源化。例如，利用煤矸石可以生产快硬早强水泥，利用粉煤灰可以生产砌筑水泥和低热粉煤灰硅酸盐水泥，利用矿渣可以生产低热微膨胀水泥。当前，我国每年废弃的金属尾矿数量巨大[2]，如果能够利用这些尾矿生产低钙低烧成温度的节能水泥和高效矿化剂，并在性能上与硅酸盐通用水泥相竞争，每年至少可多利用工业废渣和尾矿达100万吨，为生产纤维水泥板提供了有力的技术支撑[3]。

由于固体废弃物组成繁杂，在二次循环利用过程中还需对其进行分类，不同种类的固体废弃物采用不同的处理技术，纤维水泥板作为基础性材料，其产品的品种多、用途广、表面色彩与纹理多样，目前二次利用工业废渣及尾矿等固体废弃物生产纤维水泥板仍存在一些普遍问题。例如，硅灰石针状粉作为一种矿物纤维被广泛应用于纤维水泥板中，但价格较高，到厂价800～1400元/吨[4]。如何降低原材料成本，并利用工业废渣及尾矿等固体废弃物生产出具有优良性能的纤维水泥板，都是亟待解决的问题。

1、研究内容

为了促进建筑材料行业的发展，我国工业和信息化部等四部门联合发布了《建材行业碳达峰实施方案》，重点在精准使用建筑材料，减量使用高碳建材产品，旨在推动建材产品减量化使用。本文分析了硅灰石尾矿是否可以作为纤维增强材料，替代硅灰石针状粉和纸浆纤维在纤维水泥板中的应用，通过实验研究，利用工业废渣及尾矿等固体废弃物生产纤维水泥板，找出硅灰石尾矿在纤维水泥板中的加入量和对纤维水泥板性能的影响程度，探索硅灰石尾矿与其他固体废弃物的复合利用方法，以期降低纤维水泥板的生产成本，实现废弃物的资源化循环利用，具有重要的经济效益和较好的推广应用价值。无石棉纤维水泥板及我国近年来尾矿生产利用情况如图1、图2所示。

图1无石棉纤维水泥平板

图2我国尾矿生产及利用情况

水泥板是一种广泛应用于建筑和装饰材料的板材，其具有良好的强度和稳定性，广泛用于墙面、地板、天花板等装饰构件和结构构件。纤维水泥板的上游主要是水泥、砂石、纸浆板等矿物与再生资源原材料，这些矿物与再生资源原材料市场成熟，竞争充分，厂商众多，价格稳定；下游主要针对生产型企业、建设工程等。纤维水泥板生产过程需要消耗大量的资源和能源，排放大量CO2等温室气体，会对环境造成严重影响[5]。基于此，找到一种经济、环保且性能相近的可替代纤维水泥板制备的原材料，积极提高产品的工艺制造水平与创新能力，达到绿色环保无毒无害的作用，能够为建材产业参与高端市场竞争提供导向支撑。

本文研究内容主要有以下几方面：

(1)以工业废渣和尾矿等固体废弃物为原料，选取合适的工业废渣及尾矿等固体废弃物处理方式，研制生态型纤维水泥板制备工艺与流程，实现固体废弃物的资源化循环利用。

(2)对生产出的纤维水泥板进行强度、耐火性及耐水性等系列性能测试与分析，探索硅灰石尾矿与其他固体废弃物的复合利用方法，探讨实际工程项目应用效果。

(3)总结纤维水泥板的应用优势及应用前景，梳理目前存在的问题及研究方向，提出纤维水泥板的制备技术改进和优化方向，提高生产过程效率和质量，生产出品质优良的纤维水泥板。

2、纤维水泥板制备工艺

2.1纤维水泥板的定义及特点

纤维水泥板是以水泥、硅灰石粉、矿物纤维、石膏等为主要原料，经过充分混合、压制、养护和表面处理等工艺，制成的一种集保温、隔音、防火、环保等功能于一体的新型绿色建筑材料，其具有优良的耐水、耐火、耐腐蚀、防火等性能，被广泛应用于建筑、装饰、隔音、防火等领域。2022年底，我国生产纤维水泥板/硅酸钙水泥板企业有100多家，生产线近190条，产能约8.5亿㎡。中国纤维水泥板行业厂商主要分布在广东、河北、山东、江苏等省份。据统计，2022年我国纤维水泥板行业产能约4.84亿㎡，产量3.48亿㎡，产能利用率达到71.9%。需求量方面，2021年我国纤维水泥板需求量为3.07亿㎡，2022年国内纤维水泥板需求量约为3.30亿㎡。

制备纤维水泥板的关键工艺在于选择和处理原材料，工业废渣及尾矿等固体废弃物的选择和处理对材料品质和成本影响很大，需综合考虑原材料所处地域及条件，并对其进行科学的处理和调配，使其满足纤维水泥板制造的需求，这样才能制备出高品质的纤维水泥板[6]。

2.2固体废弃物的选择及处理

随着社会的发展，我国面临着空前的能源资源环境的压力，同时技术的进步也为中国缓解资源能源环境压力创造了条件，废弃资源在水泥与水泥制品行业的综合利用，受到了全社会的高度重视，近年来获得了较大发展。工业废渣及尾矿等固体废弃物是纤维水泥板制备的重要原材料，其来源广泛，构成成分明晰，如表1所示，生产过程环保、清洁，处理费用又相对较低，故具有较好的经济性[7]。

表1工业固体废弃物的来源和构成成分

选取合适的工业废渣及尾矿等固体废弃物是制备纤维水泥板的重要环节[8]，以高值化、规模化、集约化利用为重点，应充分考虑固体废弃物不同的来源、组分、含量、性质等理化特征及科学处理方式，废弃物的理化特征会直接影响到制备过程中的温度、压力、水灰比等生产条件。废弃物的处理方式(包括破碎、混合、筛分、烘干等)如表2所示，这将直接影响纤维水泥板的质量和稳定性，且处理过程中还需注意绿色环保，充分提高固体废弃物使用率的同时，避免对环境造成污染，以期较好实现废弃物的资源化和无害化。

表2部分固体废弃物处置方式

2.3纤维水泥板制备工艺流程

纤维水泥板的制备工艺流程包括处理纤维素纤维、配制水泥、添加加入剂、成型、固化等过程。处理纤维素纤维需要进行漂白、粉碎等工序，达到质量标准和加工要求后，采用硅酸盐水泥或者其他特制水泥，根据具体情况进行配比，保证水泥熟化后的强度和稳定性。

成型工艺主要分为流浆法和抄取法。流浆法是将配制完成的浆料平铺至毛布上，通过主机部分的真空系统将浆料中的水分吸干，再通过成型筒加压，形成硅酸钙板；抄取法是将配制好的浆料输送至网轮箱中，通过网轮不断旋转将料浆反向压制在毛布上，毛布吸附多个网轮箱的浆料后形成坯体，再通过成型筒加压形成板材。最后采用蒸养、自然养护以及高压养护等方法来进行固化，纤维水泥板制备工艺流程中各环节均需要注意细节和工序控制，每个工序操作应该标准化，以保证产品的通用性、稳定性和耐久性。

3、纤维水泥板性能测试与分析

3.1强度测试

强度检验是纤维水泥板性能分析的核心指标。本文进行了不同纤维含量的废渣复合材料力学性能测试，力学性能测试结果如表3所示。

测试结果表明，纤维水泥板的抗冲击强度最大为2.98kJ/m2，抗折强度最大为15.76MPa，具有优良的抗压性、强度稳定性及较好的承载性。加入复合纤维材料能明显提高水泥板的强度和质量，且产品可表现出较好的可靠性。

表3不同纤维含量的废渣复合材料力学性能测试

3.2耐火性测试

耐火性测试是纤维水泥板性能分析的关键指标，耐火时间是评估材料防火性能的重要指标。试验采用标准ISO 834火焰耐火性测试方法，标准ISO 834火焰耐火性测试方法根据升温曲线进行监测和控制：

T=345 lg(8t+1)+20，试中：T—炉内的平均温度，单位为摄氏度(℃)；t—时间，单位为分钟(min)。

将纤维水泥板样品按照一定规格制成，装入测试设备，测试设备内加热温度控制在800℃左右，测试持续不少于2小时，每10分钟记录一次温度与火焰情况。

试验结果显示，纤维水泥板在标准ISO 834测试条件下平均耐火时间为150分钟，保持了结构与性能的完整性，且火焰传播速率较低，达到了建筑材料防火A1级，对于工业废弃物的二次循环利用与环境保护具有重要意义，能够为建筑物提供安全保障，在建筑领域具有较好的推广应用价值。

3.3耐水性测试

耐水性测试是纤维水泥板性能分析的重要指标。在纤维水泥板使用过程中，水分含量是造成破坏的主要原因。试验主要进行水浸膨胀测试与水循环试验。先将纤维水泥板样品放入蒸馏水中浸泡24小时，取出样品，用刷子擦拭表面，去除浸泡过程中吸收的水分，最后用布纸将表面水分吸干。观察纤维水泥板颜色是否一致，有无色差；比较浸泡前后的板材尺寸和重量变化；检查表面是否存在变形、腐蚀等情况；测试表面平整度与光泽度是否符合国家标准；综合评估样品的耐水性。

对多组样品的耐水性测试数据统计表明，纤维水泥板具有良好的防水性能，浸泡前后尺寸和重量变化均较小，在使用过程中应尽量避免长时间接触水分，即可保证其良好的使用性能。

4、纤维水泥板的应用范围

4.1建筑领域中的应用

纤维水泥板具有轻便、高强、施工方便等特点，在墙体抗震、隔声、防火方面表现出显著优势，常用于建筑墙板使用，因其具有较好的保温性能和耐久性能，也可作为外墙保温材料使用，基本可以消除建筑物各个部位的冷、热桥影响，节能效果良好。

除此之外，纤维水泥板还可作为吊顶、隔墙、构造板等使用。用于吊顶时，装饰效果好、安装方便，防水、防潮作用强；用于隔墙时，防火性能优秀，隔声效果良好。用于构造板时，耐腐蚀性能强，尤其在霉菌生长高潮的地区具有显著优势。

纤维水泥板在建筑领域的应用各具特点，随着科学技术的不断发展和材料性能的不断优化，纤维水泥板的应用领域将更加广阔，其性能也将得到更大发挥。

4.2室内装饰领域中的应用

纤维水泥板在家庭装修中可以用作吊顶、隔断墙面、地面以及厨卫墙面等。

(1)防火性能一流。

纤维水泥板中添加了较高含量的纤维增强材料，防火性能优异，在装修中，特别是做隔断、吊顶时，可有效提高房屋整体的防火等级。

(2)环保性能优良。

利用废弃物生产的纤维水泥板更加环保，不含甲醛等有害物质，无异味。

(3)装修效果良好。

纤维水泥板表面平整，外观类似大理石，质感自然、无纹理，且不受潮湿、虫蛀、老化等因素的影响。此外，由于其可以钻孔、挂钩、线槽开口，方便施工，可以满足室内装修美观大方、实用的需求。

(4)抗压、抗弯强度较高，耐久、稳定性可靠。

纤维水泥板在家居瓷砖、实木地板、量化木地板等方面都有着得天独厚的应用优势。

5、结论与展望

5.1应用优势及应用前景

纤维水泥板是一种集保温、隔音、防火、环保等功能于一体的新型多功能绿色环保、高性能建筑材料，可广泛应用于建筑施工和装饰装修。应用于墙体、地板和屋顶的安装，减少了工时和成本，提高了房屋抗震性和抗火性，受到外力时能够承受较大的压力和冲击力，安全性能较高，适合应用于高层建筑和火灾重地的建设；制成装饰面板应用于建筑装修，美观大方，尺寸稳定，加上其多孔结构，能够吸收部分声音，减少噪音传播，能够提供相对舒适、安静的居住和工作环境；作为外墙装饰板材，保温、耐水和耐久性能显著，且经过不同工艺处理，可以呈现出多种装饰效果，营造仿石材、仿木纹等自然、简约、典雅的装饰风格，因其具有良好的加工性能，还可进行一定程度的裁割、拼接，满足个性化需求。

同时，利用工业废渣及尾矿等固体废弃物生产纤维水泥板，能够解决废弃物处理和资源节约问题，实现了工业固废的无害化、减量化、资源化和高值化利用，减少了环境污染，降低了生产成本，可促进建筑材料生产企业建造方式转变和技术创新，助力绿色低碳工程项目建设，推广应用前景广阔。

5.2存在的问题及研究方向

纤维水泥板制备过程中所使用的固体废弃物的性质对板材质量有着直接影响。不同的工业废渣、尾矿含量及参数调整等因素也会对板材性质产生影响。需要慎重选择原材料，加强对工业废渣及尾矿的研究与利用，提高纤维水泥板的质量和生产效率。

纤维水泥板因其强度高，在受钻孔加工时容易断裂，加之其弹性模量较大、热膨胀系数较小，在受到温度变化时容易开裂；纤维水泥板在反复冻融循环后，有时出现破裂分层现象，耐冻融性方面还存在较大挑战。针对上述缺陷，还需要加强结构设计和制备工艺研究，适当添加纤维、增加网格或加强边缘处理，进一步加强纤维水泥板的综合性能，延长其使用寿命，从而满足建筑市场各类需求。

参考文献:

[1]廖文胜.浅谈工业废渣和金属尾矿渣在水泥生产工艺中的应用[J].四川建材,2008(2):3-4.

[2]张丽娟,田凤兰.利用工业固体废弃物制备高性能水泥[J].内蒙古石油化工,2011(23):36-37.

[3]谷向民,侯京田.工业废渣在水泥工业中的应用研究[J].散装水泥,2021(1):8-9.

[4]梁平,马粤英.水泥工业利用固体废弃物的研究[J].广东建材,2007(2):94-98.

[5]杨坤.工业废渣在复合水泥中的应用研究[J].四川水泥,2020(1):13.

[6]刘志甫.水泥行业的工业废渣综合利用[J].中国水泥,2020(5):50-53.

[7]马小亮.工业固体废弃物对水泥性能的影响[J].湖北理工学院学报,2021(1):31-35.

[8]陶有生.利用工业固体废弃物生产蒸压加气混凝土制品应注意的问题[J].墙材革新与建筑节能,2018(2):30-32.

文章来源:刘洋帆.基于绿色建造的纤维水泥板施工技术研究[J].居舍,2024(19):54-57.