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西欧烧结墙体屋面材料生产及建筑应用
2011-10-12 17:12:36   点击:

  1.赴西欧考察的背景节能、减排

  作为我国经济结构调整、转变增长方式的突破口,既是当前一项极为紧迫的任务,也是我国经济和社会发展的一项长远战略方针。温家宝总理在全国节能减排工作电视电话会议上用“相当严峻”来形容当前的节能减排形势。建筑节能是我国节能减排中的重点领域,发展节材、节能、环保的自保温墙体材料是实现建筑节能的关键技术之一,高孔洞率烧结保温隔热砌块、保温装饰砖陶板及清水墙装饰砖构成的“夹心墙”体系是目前国际上流行的高保温隔热性能、高强度、高附加值的产品,在西欧已形成了完整的生产、应用体系,有非常成熟的生产技术、设备及建筑应用体系。这些产品也是绿色建筑必不可少的基本建筑材料,对西欧建筑节能起到了非常重要的作用,在德国被认为是绿色的墙体材料。

  我国与西欧在高保温隔热性能的烧结制品的生产设备和技术上存在着巨大差距,直接引进西欧成熟的产品结构体系和建筑应用体系,可以大大加快我国节能建筑体系的建立,通过单块外墙自保温墙体结构达到节能65%的目标,可以使新建建筑免去“穿棉衣”的高成本、低寿命的浪费方式;同时也对我国400多亿面既有建筑的节能改造意义重大。

  陕西省目前的烧结砖厂约有2300家,除陕北及陕南地区少数砖厂使用页岩外,基本都是以粘土原料为主,产品为实心砖、空心砖和多孔砖,产业规模以小型私有企业为主。为了贯彻执行国家“禁实限粘”,关闭粘土实心砖厂的政策,需要对陕西省烧结砖瓦行业进行整体技术改造及烧结砖瓦产品的升级换代。陕西省是烧结制品原料的资源大省,除大量粘土资源外,页岩、煤矸石、高岭土、紫砂土、陶土、耐火土等非金属资源丰富,储量巨大,特别是铜JiI市,资源优势明显,省政府将建材产业作为该市的支柱产业,给予了高度的重视。目前铜川市的建材产业结构急需调整。通过开发新型建材产品改变“水泥产业一枝独秀”的格局,在铜川市培育、发展新型烧结制品产业,对铜川区域经济、环境保护、提高资源综合利用率具有重要的意义。

  陕西工业技术研究院经过一年的技术、市场调研,与西安市蓝田县、铜川市就新型烧制品产业园区建设进行了大量的前期工作,为了保证该项目技术上的科学性和经济上的可行性,由陕西工业技术研究院牵头,陕西省科技厅、财政厅、中国重型机械研究院、中国建材西安墙体研究设计院、西安交通大学等单位共同组成“烧结墙体屋面材料生产工艺设备及在节能建筑中的应用技术考察团”赴西欧五国进行生产技术、设备及产品应用技术和市场进行为期14d的考察,以便确定产业发展方向和项目实施的技术路线。

  2.考察目的

  (1)了解西欧主要国家在节能建筑、绿色建筑领域的进展及政策,包括应用节能建筑的优惠、鼓励政策

  (2)节能建筑、绿色建筑的结构体系及围护材料;欧洲在烧结墙体材料产品及生产工艺、设备的最新成果。

  (3)烧结绿色墙体屋面材料的种类及用途,重点为烧结保温隔热砌块、内隔墙用砌块、烧结外墙干挂砖陶板、遮阳板(条)、清水墙装饰砖、铺地砖、劈离砖、屋面瓦等;

  (4)上述产品的生产工艺及设备,为我们引进生产线的设备和技术做出初步选择;

  (5)与西欧研究单位建立长期合作关系,共同开展节能建筑及应用材料的研究;用的研究机构,是德国砖瓦工业的技术研发中心,也是德国砖瓦工业联合会的重要成员,在世界范围内也享有盛誉。每年政府给予大约120万欧元的财政支持,协会也会有一定的经费支持,但主要经济来源是通过为企业有偿技术服务来获取资金。

  3.考察对象

  艾森砖瓦研究所的研究对象是整个德国的建筑陶瓷,尤其是屋面瓦、建筑砖、墙面砖、结构砖、保温隔热砌块、铺路砖以及相关产品如陶管等。其研究方向为制陶工业(砖瓦)生产工艺、流程、优化及质量保证的研究及各种砖瓦产品的研究开发;在建筑学应用方面,主要是节能、保暖、抗震,包括以下四个方面:

  (1)砖瓦的研究工作:包括原材料探测;原材料测试及优化;成型、干燥、焙烧行为研究;优化产品焙烧曲线;研究砖瓦性能;调查和评估粘土矿;优化原料混合物;产品鉴定;砖吸水后性能研究;砖体本身有害气体的排放研究;添加剂测试等。

  (2)制砖过程(主要是干燥及焙烧过程)的研究。包括:确定最优产品干燥曲线;为设计、建设、改造、优化干燥车间及隧道窑提供咨询;测量干燥、烧结设备的性能;焙烧温度设置;燃烧装置的计算机辅助设计;为干燥、焙烧过程减少能量消耗提供咨询;为干燥、烧结过程质量改进及质量管理提供咨询;分析干燥、焙烧过程;出具过程专家报告。

  (3)制砖过程对环境影响的研究工作主要包括:

  废气排放量的测量;根据标准设计烟囱高度;测算生产过程中的废气排放量;原材料及各生产过程废气排放量的测试;原材料化学性能分析;烟气净化系统的评估。

  建筑物物理性能的研究内容:(砖的导热系数、墙体的传热系数)根据标准测定砖及砌块的导热系数;根据标准确定预制件的导热系数;测试建筑部件及墙壁不同条件下的抗霜冻、耐热及防雨性;优化砖砌体的结构,提高其保温隔热性能;根据标准测试墙壁的防火性;墙体材料弹性模量的测试;粘粘剂抗剪及抗拉性能的研究;研究水分对建筑材料的影响;研究砖在固定或可变负荷下建筑物的抗拉、抗压性;各种砖的抗冻性测试;预制砖、预制墙的承载、变形、抗剪强度等性能的测试。

  除了作为砖瓦行业的技术咨询机构,为用户提供技术咨询和现场服务以外,艾森砖瓦研究所每年都在行业内组织不同主题的研讨会,其中砖瓦技术转让也是这些研讨会的重要内容之一。研讨会的参加者是德国及邻近各国的近千家烧结砖瓦产品制造商及相关设备制造公司。

  艾森砖瓦研究所还为建筑结构及砖瓦产品的发展,提供优化和测试。两个建设性的研究课题是建筑物及其各组成部分静态性能研究和建筑物隔热保温、隔音、防火性能的研究。该砖瓦研究所也是德国砖瓦协会推荐的面向国内、国际消费者的权威技术中心,可以帮助用户解决烧结砖瓦制造和应用过程中碰到的所有问题。

  研究所还有一个分支机构,任务是监管砖瓦产品质量,即对全德国烧结砖瓦生产企业产品质量的检验、认证(相当于我国的砖瓦质量检测中心),这是一个被政府认可的机构,可得到政府资金的支持,经过研究所认证的产品才能够销售。研究所有责任跟踪检验,保证产品的质量,通常派人到工厂去,监管生产线、工艺流程,监督取样,样品在研究所的实验室进行检验。该砖瓦研究所多年来建立了一套完整的质量跟踪保证体系,是烧结砖瓦生产企业坚强的技术后盾。最重要的研究课题之一是瓦的透气性、防水性、方风性及强度,都是重要的检查参数。

  目前该研究所研制成功了一种发泡轻质烧结砖,其容重仅为300kg/m3,这种砖基体内的微孔通过发泡的方法形成,并且研究了这种发泡轻质砖在建筑上应用的可能性。由于这种材料高度的保温隔热性能,在建筑上既可作为单一的保温层使用,也可用为围护结构墙体用,或是与多孔砖砌体结合使用(隔热保温层)。在工业上这种材料可作为隔热材料使用,由于这种材料具有典型的烧结砖的特性,其使用温度可达到约8000C.

  艾森砖瓦研究所送给考察团一套烧结制品的技术资料,包括全部的产品标准,对我们了解欧洲砖瓦产品体系及标准很有意义并表示愿意开展合作研究。图6为在艾森砖瓦研究所参观访问时的部分照片。

  4.收获与建议

  此次考察任务明确,事前做了认真的准备,因此收获和感触很多,对西欧的烧结墙体材料的发展和建筑节能的应用有了更深刻认识和更直观的感受,通过交流、探讨,对我国新型烧结建筑制品的发展方向提出一些想法和建议供领导和同行参考,不妥之处敬请指正。

  4.1 收获能源利用,废水、废气治理,在新产品、新工艺研究开发上共担风险、共享成果,形成大的产业集群。

  (1)加大对建设新型烧结砖瓦厂的资助力度拉动民间资本的投入新型烧结制品生产线相对传统工艺一次性投资大,技术门坎高,是限制该产业发展的重要因素,国家可以通过墙改基金资助、国债投资补贴、贷款贴息等多种手段来拉动民间资本的进入,对新建和改造原有砖瓦生产企业将会产生重要的推动作用。

  例如,对新建砖厂给予30%的墙改基金资助,国家投入1000亿墙改基金就可拉动3000亿投资,用3000亿资金可以新建5000条新型烧结制品生产线(6000万元,条),我国砖瓦工业的发展将发生历史性的转变。这也是节约烧结砖瓦厂大量占用耕地、节能减排的最好方法,例如建设一条现代化的烧结砖瓦生产线,占地约55-70亩,其产量相当于约10个现有小型的砖瓦厂(占地约500~700亩),而且采用现代化生产方式其热能消耗会大幅度降低。

  (2)建设节能建筑示范工程建设一批绿色、节能的城市商品住宅、公共建筑及农村小康住宅,对推动新产品的应用会起到很好的示范作用,通过示范工程引导消费,对于产业的发展会带来极大的推动作用,更有利于其它资本和企业的进入。因此建议国家相关部门积极联系国外有合作意向的国家(如奥地利),选择合适的城市,引进西欧先进的材料、产品、包括设计和施工技术,建设一批节能建筑示范工程,带动我国新型墙体材料的生产及建筑应用。

  4.2 对生产设备研发与制造的建议

  (1)设备生产企业要具有功能齐备的材料、工艺实验室及相关机构和人才在欧洲的设备生产企业,用户订单的实施是从原料分析开始的,通过试验分析,按客户要求的产品性能和各项技术指标,制定最佳原料配方、生产工艺流程、干燥、烧结工艺,然后才配制设备,确定设备的技术参数,以确保每一套设备、每条生产线都能够生产出合格产品,获得最佳经济效益,这样才能将每条线都做成交钥匙工程。能够作到这一点的重要因素之一是这些企业都是百年企业,技术沉淀深厚,技术开发投资大,经营理念和经济体制起决定性作用。

  这种经营方式目前我国的设备生产商基本无法作到,首先是我国的砖瓦机械生产企业基本上是节能减排论文集小型民营企业,技术和人材匮乏,研发投入很少,其次是我国多年来对烧结砖瓦产业认识的误区,国家没有投入,还没有充分认识到砖瓦机械的研究开发对国民经济的重要性,没有建立起理论研究队伍,在国际砖瓦生产技术发生革命性变革的时候,我们还一直停留在手工作坊式的生产方式。到目前为止,还没有一家设备生产企业能够做到像凯乐公司、林格公司、赛力克公司和斯蒂尔公司那样按用户提出的产品性能和质量要求,承包整体生产线的设计和建设。我国的设备制造企业基本不具备原材料分析和产品性能设计的能力,特别是干燥、烧结工艺,生产设备的企业完全不管,而项目设计单位既不生产设备,也不会为每一个项目进行产品设计、原料分析和工艺设计。这种状况很不利于产业的发展。因此建议设备生产企业要建设具有功能齐备的材料、工艺实验室并配置相关机构和人才。必要时,完全可以将国外有名的研究机构的人员聘请到中国,帮助我们从基础理论、设计理念等多方面提高整个行业的水平。

  (2)要发展成套装备制造企业发展成套装备制造企业,特别是控制系统的开发能力,要具有承包“交钥匙工程”的能力,保证生产效率、产品质量、生产能耗等诸多指标的科学性和经济性。可以选择国内大型装备制造企业,瞄准国际先进烧结砖瓦装备制造水平,通过引进、消化、吸收、再创新,实现我国烧结砖瓦成套装备设计制造和系统集成的国家队,力争5.10年达到目前国外先进水平,用国产设备对国内烧结砖瓦企业进行全面技术改造,产业升级,目前我国每年建筑墙体材料需要量为8000亿标砖,至少需要这样的生产线5000条左右,不可能全部依赖进口,国产化会给我国的装备制造业创造新的经济增长点,而且会增多我国机电产品的出口量。

  (3)开展核心技术的研究目前我国砖瓦机械生产线的设备以前端成型设备为主,高性能的自运化切、码、运设备还有待于开发,关键设备挤出机虽然可以生产,但与世界先进水平有较大差距,基本上还停留在“照猫画虎”的阶段,没有真正掌握挤出机的核心技术和全套生产工艺,还是没有形成理论指导下的设计生产,而仅凭经验(并不科学完整的经验)建厂。因此需要组织科研院所联合进行技术攻关,力争尽快掌握挤出机设计的核心技术及非常重要的机电一体化设的核心技术。西欧、北美国家已大量将机器人用于烧结砖瓦产品的生产,我们不能只停留在强体力劳动上。

  4.3 对应用研究的建议据德国地产行业的报道和联邦建筑政策的预测,德国将在未来几年内经历一个多层公寓的热潮,为此有专家对多层公寓建筑需要的产品及结构进行了研究。由于紧凑的多层住宅有利于能量平衡,使用导热系数为0.14w/m·K的多孔保温砌块,外墙厚度为300mm时在整体施工中实现K值为0.4W/mz·K,完全可以满足我国建筑节能65%以上的要求。这种墙除了坚固性和低成本外,具有保温隔热效果的整体外墙施工的优势还在于其耐用性。

  2005年的一项研究进一步印证了单砖墙建筑的经济性和生态质量。在建筑设计方面,相对于安装复合保温系统的墙体,其优势在于系统的简单、运行维护费用低廉、及其独一无二的使用无机建筑材料的生态评价。

  从德国艾森砖瓦研究所的研究领域和方向,可以看出其新材料、新结构、新标准三位一体的研究体系,对推动欧洲烧结砖瓦新产品的应用和建筑节能及绿色建筑的发展起到了重要的作用。据德国艾森砖瓦研究所介绍,抗震性能的研究也是该所的重要研究内容,在欧洲有很多地区有抗震要求,烧结保温砌块产品也有针对抗震要求的产品。因此在应用上应开展以下几方面的研究:

  (1)开展烧结保温砌块设计方法和设计软计的研究开发烧结保温砌块的设计具有较高的技术含量,高孔洞率、薄壁、大尺寸的砌块,除了热工性能要求外,挤出模具、芯具、湿坯强度,微孔形成技术等都需要系统的研究,需要计算机辅助设计系统的支持,需要建立科学的计算模型和计算方法,应组织科研院所开展专项、高水平的研究。

  (2)开展烧结保温砌块用于多层、小高层住宅的砌体结构与抗震设计研究近十年来我国大型、特大型城市的建筑结构体系发生了很大的变化,混凝土框架剪力墙结构、混凝土框架结构在有些城市当年新建建筑中的比例已达40%~60%。但是在大量中小城市高层建筑相对较少,主要还是多层混合结构建筑,仍用块材砌筑。到2005年全国住宅房屋建筑中,混合砌体结构的比例仍占61%,其中中小城镇及农村所占比例更大,仍需用大量块材砌筑。

  承重烧结空心砌块在欧洲可用于15层以下的砖混结构建筑,其建筑造价大大低于混凝土框架剪力墙结构、混凝土框架结构,。开展烧结保温砌块配筋砌体结构及抗震设计的研究,将烧结保温砌块用于多层和小高层建筑,既可实现建筑节能,又能降低建筑造价,具有推广价值,应组织建筑设计部门开展相关研究。

  (3)建立“夹心墙”体系设计、施工标准及辅助构件标准夹芯墙体系是一种在欧美应用广泛的建筑结构体系,可用于高层和超高层建筑。夹芯墙体系中的内、外墙体均为承重墙,中间为空气层或保温隔热材料,外层清水装饰砖除承重外,还具有极好的装饰功能,外墙清水装饰砖厚120mm,内层保温砌块或多孔砖从175~240mm不等,内、处墙之间最大允许宽度为150mm.在德国,这种墙体结构被用来建设“零能耗”住宅。内、外墙片之间由不锈钢或其它材料的锚固件连接,所以这种结构的安全性能也很好,同时可以有效的减少热桥在这一结构中的影响,在2001年的国际《砖瓦年鉴》中已将这种结构体系纳入了绿色建筑的范围内。这种结构在北美各国也得到广泛的应用,特别是在美国,大量公共建筑、住宅都是采用这种结构体系。

  鉴于我国有相当多的地区抗震设防等级较高,应组织科研单位对该结构体系进行系统的抗震性能研究实验,在取得安全验证后推广应用。

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