关于我国纤维水泥制品发展现状与技术创新的思考

摘   要：阐述了现阶段我国纤维水泥制品的种类、生产企业分布、技术装备和应用情况，分析了我国纤维水泥制品行业目前存在的主要问题，如智能化水平不高、工业化和信息化融合程度较低、产品多样性不足、安全生产及绿色环保理念落后、科研投入不足、产业链不健全等，并结合我国的政策要求和技术水平对纤维水泥制品行业的可持续发展进行了展望。关键词：纤维水泥制品；发展现状；存在问题；未来发展展望0   前言      1900年，奥地利人路德维希·哈谢克发明的圆网抄取制造石棉纤维水泥板的方法，揭开了建筑材料发展史上纤维增强水泥的新篇章，纤维水泥制品进入了大规模工业化生产的时代。国外纤维水泥制品的生产和应用至今已有120多年的历史。　　我国纤维水泥制品的生产始于20世纪30年代，当时生产水泥制品的企业设备简陋、技术落后、机械化程度低、产量小，而且环境污染严重。20世纪50年代中期，石棉水泥制品行业开始兴起，研发出了石棉水泥大波瓦、电工用石棉水泥绝缘板、石棉水泥中波瓦。1957年又研发出了3 m长石棉水泥管生产线，同时，石棉水泥的基础理论研究也进入了高峰期，如混合定律、纤维对水泥基材料的增强效应、纤维增强水泥的破坏特征及影响因素等，为行业技术的进步打下了坚实的基础。20世纪50年代未，随着国外先进技术设备的引进，石棉水泥管的生产和应用得到了快速发展。20世纪80年代初，随着新技术的应用（流浆法、抄取法、模压法等），纤维水泥平板、硅酸钙板产品开始在我国大量应用，开创了平板行业蓬勃发展的新局面。随着纤维水泥制品行业的不断发展与壮大，相关的工艺技术、生产技术、材料技术、装备技术也得到了长足发展。目前，纤维水泥平板生产线的较大年产能已经达到1 000万m2，常规的生产线年产能达500万m2。截至2019年，我国的纤维水泥制品企业已有160多家左右，平板产能10.4亿m2、管道产能300 km左右、波瓦产品约1 000万标张，目前主要分布在华东、华南、西南地区，产品出口海外。纤维水泥制品行业已经成为水泥制品行业的重要组成部分。1 纤维水泥制品行业的发展现状1.1   生产工艺 　　目前，纤维水泥制品的生产工艺主要有抄取法、流浆法、挤出法、模压法。近年来，生产企业在流浆或抄取工艺的基础上将二者相结合，改进了脱水方式，将真空脱水与圆网脱水相结合，提高了纤维水泥制品的产能产量。目前，各生产工艺在我国的占比如下：抄取法工艺占40%、流浆法工艺占57%、挤出法等其它工艺占3%。1.2   产品结构      纤维水泥制品产品主要分为纤维水泥波瓦、纤维水泥管材、纤维水泥平板（含纤维增强硅酸钙板）三大类。      （1）纤维水泥波瓦主要包含：纤维水泥大、中、小波瓦，钢丝网纤维水泥中、小波瓦，半波板、彩色纤维水泥瓦等。      （2）纤维水泥管材主要包含：纤维水泥电缆管、纤维水泥排水排污管、纤维水泥落水管、纤维水泥烟道管、纤维水泥输水管、输盐卤管、输煤气管。目前的主要产品是电缆管、排水管及烟道管。      （3）纤维水泥平板一般从板材的表面状态、适用环境条件、湿涨率、用途、使用功能、密度、厚度等方面进行分类。具体分类方式如下：      ①根据表面处理状态分为原板（代号为YB）、单面砂光板（代号为DB）、双面砂光板（代号为SB）。轻质复合内隔墙板、轻质混凝土灌浆浇筑、吊顶板等材料在施工后期若需要作涂层处理，一般选择原板；后期若需要进行工业化饰面处理，如机械化涂层处理、转印、辊涂、淋涂等饰面加工，一般选择单面砂光板、双面砂光板。      ②根据适用环境条件分为 A类（适用于室外）、B类（适用于长期承受热、潮湿和非经常性的霜冻等环境）、C类（适用于室内）。      ③根据湿涨率指标分为普通板（代号为PS）和低收缩板（代号为DS）。湿涨率高低会直接影响板材的安装方式、长期使用的安全性等，虽然在新材料、新工艺的不断创新下，板材的湿涨情况有所改善，但依然没有得到根本性的解决。普通板的湿涨率≤0.50%，低收缩板的湿涨率≤0.25%。      ④根据板材的用途分为内隔墙板、内墙装饰板、外墙板、吊顶板、楼面板、屋面板、生态园林筑品及栈道、船用板、隧道板。　　⑤按板材的使用功能分为普通建筑用板、电工用板、防火板、保温板、防爆泄爆板、隔声吸音板、涂装板、贴面板、防静电板、医用洁静板、防辐射板。　　⑥按板材的密度分为低密度板（密度≤1.0 g/cm3）、中密度板（密度在1.0~1.5 g/cm3之间）、高密度板（密度≥1.5 g/cm3）。　　⑦按板材的厚度分为薄板（厚度＜8 mm）、中厚板（厚度在8~20 mm之间）、厚板（厚度＞20 mm）。      波瓦及管材是我国发展较早的产品，在21世纪之前，其产量占全部纤维水泥制品年产量的90%以上。随着轻质高强、施工性好的各类替代产品的出现，纤维水泥波瓦及管材的产量大幅萎缩，目前，波瓦产品在云南等西南地区还有少量生产，管材产品主要以生产烟道管为主，输水、输煤气管已经停产，电缆管产品也基本停产，仅在湖北、河北等地有少量企业仍在生产。      平板类产品在国内起步较晚，从较初的建筑用石棉水泥压力板、电工用石棉水泥压力板，发展到如今的适用于各类工业与民用建筑、隧道、医院等有特殊功能需求的无石棉纤维水泥板、无石棉硅酸钙板，并由此基材深加工出各种类型的装饰装修、防火防爆、吸音隔声、保温隔热、装饰复合一体板材等新品种。目前，纤维水泥板及硅酸钙板的生产规模占纤维水泥制品全行业的90%以上。1.3   原材料　　纤维水泥制品行业早期的原材料主要是水泥、石棉，少量废纸浆及乱丝短切玻璃纤维作为辅材，材料品种比较单一。后期在胶凝材料中加入粉煤灰、石英粉等硅质材料，在增强纤维中添加尼龙等化学纤维替代部分石棉纤维，生产出混合纤维砂质水泥制品。20世纪90年代后期，由于石棉致癌等原因，国际上开始禁用石棉，我国也开始探索以纸浆纤维全部代替石棉生产无石棉制品，并取得了成功。目前，我国50%的纤维水泥制品为无石棉制品。进入21世纪，纤维水泥制品又迎来了新的需求，例如在其中添加各种性能各异的材料，生产多种功能性板材，如防火板、涂装板、洁静板、轻质板等。1.4   标准化工作　　标准化工作直接反映一个国家或一个行业的科学技术水平、生产技术水平和科学管理水平，是现代化的重要标志之一。　　20世纪60年代，纤维水泥制品行业仅有5个标准，其中，制品类产品仅有1个标准，其它4个标准均为管道及石棉水泥波瓦标准。1978年，我国以观察员身份参加了国际标准化组织TC77，促进了我国石棉水泥制品与非石棉水泥制品的标准制、修订工作的进步与发展。　　目前，我国纤维水泥行业已经制订有包括基础标准、方法标准、产品标准、应用标准等完整的标准体系，现行有效的国家、行业标准共有三十多项。1.5   板材行业近十年取得的主要成绩与特点1.5.1   新产品新应用不断涌现　　纤维水泥板的功能性分化越来越强，个性化产品已经成为技术良好企业的高赢利产品。纤维水泥生态板、防爆泄爆板、涂装板、保温装饰一体板等新产品的大量应用，以及低密度防火板的试制成功，为纤维水泥板行业的发展开拓了新方向。　　随着板材在墙体上的大量应用，设计单位、施工单位和建设单位对板材产品的认知度也逐步提升，如北京、大连、上海等城市的部分重点建筑和高层建筑都选用了纤维水泥板作为内隔墙、吊顶及外墙等。2018年，涂装板（含装饰一体板）的产量约为4 500~5 000万m2，产能约过1亿m2，以纤维水泥板为基板生产的保温装饰一体板占全部外墙保温板的70%左右。1.5.2   工艺装备水平达到国际先进水平      我国工艺技术装备创新能力得到加强，装备技术水平达到国际先进水平，自动化、智能化已经成为今后生产装备的发展方向。目前，原料均化处理系统、回料搅拌自动掺加系统、厚度在线自动测定系统、自动化切割脱模堆垛系统、厚度分拣系统、废水废气粉尘回收处理系统以及余热回收再利用系统已经被广大企业所接受。1.5.3   科技研发实力得到加强　　通过开发产品应用系统化工程，企业的科技实力得到了加强，产品品质和产品附加值得到了提高。2 目前存在的主要问题2.1   瓦、板、管产品发展不平衡　　在纤维水泥制品的瓦、板、管三大产品中，仅板材产品是目前少有的一个健康发展的纤维水泥产品。由于大量的玻璃钢制品、塑料制品替代了纤维水泥波瓦、纤维水泥管道，导致瓦、管产品大幅退市。目前，全国波瓦生产线仅6条，集中在云南、四川等地；管材生产线不足20条，管材产品也从生产电力、通讯电缆管材和农用滴灌输水管材等变成生产烟道管材等辅助产品。瓦、管产品也仅应用于普通简易工程中，在国家重点工程中已经难见踪影。随着西南贫困地区生活方式的改变，波瓦产品将被全面淘汰，管道产品虽然开发出了排水排污管材，但产量也会进一步缩小。2.2   纤维水泥板材多样性不足　　目前，生产的板材密度基本在0.8~1.6 g/cm3之间，属于常规用途板材。由于技术、材料等因素，某些特殊要求的板材生产在国内仍处于空白阶段，特别是市场急需的密度小于0.8 g/cm3的低密度防火板材、密度大于1.6 g/cm3的高密度低收缩性外墙用板材以及免压蒸制品还处于摸索阶段。　　板材的应用已趋于多样化，不同的应用领域要求板材具有相应的技术特性，如抗菌抑菌、耐辐射、泄爆抗爆等板材，缺乏统一的质量标准。2.3   原材料品种、品质问题　　目前，由于各企业所掌握的技术水平和工艺水平的差异，同样等级的产品所用原材料不同。如有些企业在生产硅酸钙板时大量使用水泥作为胶凝材料，其产品性能更接近于水泥制品，与硅钙制品有本质上的差异。目前，市场上普遍存在硅酸钙板的性能优于纤维水泥板的认识，因此，大部分企业均宣传所生产的产品为硅酸钙板，从而加深了市场对纤维水泥板和硅酸钙板的误解。　　目前所用的原材料大多符合相关产品标准或技术规范的要求，但符合标准要求的原材料并不能完全适应纤维水泥制品的生产工艺。因此，建立统一的纤维水泥制品用原材料标准将对产品性能的稳定、新产品的开发起到促进作用。2.4   环境保护、健康发展理念未深入企业      纤维水泥制品企业普遍存在的环保问题主要涉及五个方面：噪音、废水、废渣、废气、粉尘。老旧生产线大多没有按国家环保要求进行设计，生产车间内部规划缺少安全参观通道、车间蒸养区域及压蒸区域未设置蒸汽排气窗口，车间内光线差、潮湿、空气流通差，交叉作业区多，噪音大，废水、废弃、粉尘的回收处理仍有待加强。2.5   生产装备标准化及智能化水平还处于比较落后的状态　　目前，我国的纤维水泥制品生产装备还处于非标生产状态，不同企业生产的设备虽然都标明产能为年产量500万m2，但缺乏统一的衡量标准。设备尺寸、动力配置、车间所需面积各不相同。因此，制浆、成型及加工密实等工序设备只能根据经验选配。　　纤维水泥制品生产工艺的自动化程度在水泥制品中属于比较高的水平，大大减轻了劳动强度，提高了生产效率。但在原材料预处理、料浆制备、板材成型等生产过程中，工艺参数在线检测结果与同步调整机构不能同步进行，还需要人为调节，容易造成板材品质的不均衡。2.6   含石棉制品占比过高　　制品无石棉化是大势所需，替代用增强纤维主要以木质素纤维为主，辅以功能性纤维生产不同性能的板材。但无石棉制品的性能，特别是耐候性能指标与含石棉制品相比有明显的差距。目前，市场上有50%左右的板材含有石棉成分，即使有些板材标明为无石棉制品，但所用的增强纤维如海泡石等，仍含有一定量的石棉纤维。因此，制品的完全无石棉化仍有待更加深入的研究。2.7   纤维水泥及其制品的基础理论研究不够深入　　目前，纤维水泥及其制品的材料配合比设计还没有一套科学、完整的材料配合比设计公式，生产过程工艺参数的设定主要依靠经验人为调控，试验设备没有统一的方法和标准化的试验手段，导致材料利用率低，质量稳定性差，特别是配制具有特殊功能的产品时，没有科学的理论指导。3 展望3.1   发展目标      （1）绿色发展目标：绿色低碳产品占比稳步提高，品种质量能满足各类工程建设的需要；无石棉化是未来的发展重点，整体行业的无石棉产品达到90%以上；生产过程中的四废回收利用率达到**，余热回收再利用率达到90%以上。      （2）科技创新目标：科技创新取得新进展，科技创新成果转化率大幅提高，主要产业的骨干企业建立技术研发中心和产学研用协同创新体系，大型集团等重点企业建立专业领域行业技术创新平台和国家重点试验室，全行业技术创新投入占销售收入的比重达到1%左右，加快建设信息化、智能化示范企业，产品和技术达到国际良好水平。3.2   研究重点      （1）开展纤维水泥及其制品的基础理论研究，探索原材料品质对产品性能的影响，研究配合比设计理论及配制公式，设计标准化的试验设备，建立标准一致的纤维水泥制品研究、检测试验室。      （2）探索适应流浆法、抄取法工艺的原材料品质要求。建立原材料质量标准，制订适用于纤维增强水泥制品的增强纤维、外加剂、胶凝材料等原材料的品质标准，制订各类增强纤维制品的应用技术规范。      （3）室内重点发展轻质、防潮、隔热、防火类板材，室外重点研究开发耐候性好的增强型板材以及承重构件等。重点发展适应住宅产业化、室内装修与室外保温隔热装饰一体化、附有人文艺术的产品以及具有防爆、防火特殊功能的高铁隔音屏、隧道等公共设施产品。      （4）开发**薄（板厚3~5 mm）和**厚（板厚大于30 mm）板材的成型工艺技术，提高板材的抗弯性能、深加工性能和材料复合结构中的协同性能；开发密度小于0.8 g/cm3的低密度板和密度大于1.6 g/cm3的高密度板及其应用；开发突破板材吸潮变形问题的工艺技术，提高板材变形稳定性、应用普适性以及易施工性；采用各种数字化雕刻加工技术、表面印刷技术、结构复合技术、工程安装技术来实现纤维水泥板材装饰结构一体化。      （5）深入研究板材的涂装技术。采用纤维水泥板或硅酸钙板进行涂装时，板材内部的含水状态、碱含量等对成品的质量影响较大，易导致成品表面出现色差，涂料的附着力低等问题。因此，深入研究板材的状态、涂装板材的应用技术，提高涂装板材的耐候性能等是未来的研究重点。4   结语      材料创造繁荣，纤维水泥制品行业应把握发展机遇，紧跟并充分利用国家关于产业发展的政策，做好智能化装备研制、新材料开发、新技术应用、新产品推广，从而提升产品质量、促进安全生产、**绿色发展等，为高质量、新要求的建设工程提供优质的纤维水泥制品产品。