中国建筑干混砂浆行业技术现状浅述

    摘要:本文从行业发展历程、产品种类和性能、 原材料加工技术与供给情况、生产技术与装备技术、施工技术与产品标准等方面,初步分析了中国建筑干混砂浆行业技术现状。

    关键词:

    建筑砂浆本身在我国尚未形成一个健全而独立的行业,它一直依附着建筑结构、材料、技术和装饰需求的发展起着辅助与配套的作用。其命名与分类标准尚处于北京市建筑材料科学研究院编撰过程中。

    近年来,我国建筑干混砂浆行业在产品品种、原材料研究、性能研究、生产技术与关键设备、物流配送技术、施工应用技术、产品标准与质量控制体系等方面都取得了较快的发展,尽管整体水平仍然不高,有些甚至已成为大规模推广应用普通干混砂浆的制约因素。在今天的盛会上,作一技术发展综述,与大家共享。

    1. 我国干混砂浆行业的发展历程

    干混砂浆行业在各国的发展历程各不相同。大量采用干墙系统、装配式建筑部品的国家,如美国、日本等,砂浆行业相对不很发达;以砌体结构为建筑传统与建筑主流的国家,如中国、欧洲大陆等,干混砂浆几乎是必经之路,但我国干混砂浆行业的发展历程迥异于欧洲。

    上世纪五十年代,德国、芬兰等西方国家由于提高工程质量、劳动力成本增加而导致工程造价上升,以及环境保护要求提高等方面的压力,开始对干混砂浆进行系统研究和应用,上世纪60年代,风靡西欧发达国家。20世纪80年代,建筑干混砂浆作为建材行业的一项高新技术,在欧洲逐步完成了对传统砂浆的替代。

    我国在20世纪50年代之前几千年的时间里,完整经历了从石灰砂浆、水泥砂浆、混合砂浆到干拌砂浆的发展历程,并且一直都采用现场拌和的方式;五十年代末开始采用尝试采用NR、PVAC等聚合物改性水泥砂浆;八十年代初开始用EVA、PAE、SBR等制备双组份水泥砂浆,用于结构修补和外墙瓷砖粘贴,同时由于建筑装修市场的快速兴起,同时期开始出现干拌砂浆雏形,如821刮墙腻子、瓷砖粘结剂等;九十年代以后,由于墙体改革和建筑节能政策的推动,以外保温聚合物水泥砂浆为代表的特种干混砂浆开始大量应用于各类居住建筑工程;自2003年起,上海市开始在建筑工程中应用普通预拌砂浆,从此,我国建筑干混砂浆行业进入一个快速发展的时期。

    目前我国干混砂浆行业虽已初具规模,但由于其发展的{dy}动力来自于政府主管部门的决策以及对决策执行的力度,参照商品混凝土的发展历程,可以看出,我国干混砂浆行业的发展潜力还远远没有释放出来。

    2. 我国建筑干混砂浆产品种类和性能

    建筑干混砂浆产品按所用胶凝材料可分为水泥类、石膏类、石灰类。按使用功能可分为结构性砂浆、功能性砂浆与装饰性砂浆。结构性砂浆用于砌筑、抹灰、粘结、锚固、界面处理和非承重构件等,功能性砂浆用于保温、防水、防火、修补等,装饰性砂浆用于墙面、屋面、地面等的装饰。按产品用途可分为普通砂浆和特种砂浆两大类,每大类包括若干品种。按我国目前生产的干混砂浆品种大致分类如下:

    2.1普通砂浆

    普通砂浆包括普通抹灰砂浆、普通砌筑砂浆和普通地面砂浆三类。在上海地区均已经得到大批量应用。

    普通抹灰砂浆主要用于墙面打底、找平和满足一般饰面要求,要解决的主要问题是抹灰层的开裂、空鼓、脱落等。由于我国墙体基材品种繁多,各地气候差异巨大,因此,普通抹灰砂浆并不普通,今后应注意按照所用基材的不同,细分为高吸水基材抹灰砂浆、中吸水基材抹灰砂浆、低吸水基材抹灰砂浆。

    普通砌筑砂浆主要用于块材的砌筑工程。目标性能应注意到不同抗震烈度设防等级对于砌体的劈剪强度的要求。由于今后的主流砌体品种很可能由加气混凝土砌块、(轻质)混凝土砌块、灰砂砖、以及个别地区的空心烧结砖等组成,因此,今后也应相应注意其品种的细分。

    普通地面砂浆主要用于地面找平处理和满足一般地面装饰要求。应以不同等级的粘结性、耐磨性、抗冲击性、抗压强度、尺寸稳定性等为性能特点。

    2.2 特种砂浆

    特种砂浆按照主流产品主要包括墙体保温系统专用砂浆、墙地砖粘结砂浆、界面处理砂浆、地坪砂浆、刮墙腻子、装饰砂浆等,这也是我们本次研讨会所设计到的全部产品。

    墙体保温系统专用砂浆主要用于墙体保温材料的粘结和表面防护,按不同的保温体系可分为:膨胀聚苯板薄抹灰保温体系专用砂浆、膨胀聚苯板大模内置保温体系专用砂浆、胶粉聚苯颗粒保温体系专用砂浆、硬泡聚胺脂保温体系专用砂浆和加气混凝土单一材料保温体系专用砂浆。这类砂浆是目前我国北方地区用量{zd0}的特种砂浆,其以高聚合物含量为产品配料特点,以高粘结强度、高变形性、低吸水率为性能特点。不同的保温体系、不同的最终饰面所用砂浆的性能指标不同,如外保温体系最终装饰层分别为涂料装饰和瓷砖装饰时,所用的聚合物砂浆性能指标也明显不同。

    墙地砖粘结砂浆主要用于墙面、地面装饰砖的粘结,可分为陶瓷砖粘结砂浆、石材粘结砂浆和彩色填缝砂浆等,根据使用环境温度的不同又可分为普通型和防冻型二类。这类砂浆以高聚合物含量为配料特点,以高粘结性、高保水性、高耐候性、抗返碱性以及优异的工作性为性能特点。

    界面处理砂浆主要用于抹灰层与基材之间和新旧抹灰层之间粘结性能的提高,可分为混凝土界面处理砂浆、加气混凝土界面处理砂浆、钢结构界面处理砂浆。这类砂浆以高聚合物掺量、高粘结性能为主要特点。由于其综合施工成本低廉,今后在我国拥有良好的市场前景。

    地坪砂浆指具有自流平、耐磨、防静电、防滑和耐腐蚀等特殊性能的地面砂浆,用于有特殊要求的地面,有别于普通的地面砂浆。可分为水泥自流平砂浆、石膏自流平砂浆、耐磨地坪砂浆、环氧地坪、聚胺脂地坪等。这类砂浆以高流动性、高耐磨性、低收缩率和装饰性为性能特点,一般需要专用工具或专业施工队伍施工。

    刮墙腻子主要用于涂料装饰前墙面的找平,可分为内墙腻子、外墙腻子、柔性抗裂腻子等几类。在北京及周边地区有相当长的应用历史和较大的使用量。腻子产品以高保水剂掺量为配料特点,以高保水性、高粘结强度、表面光滑细腻为性能特点。

    装饰砂浆主要用于墙面最终装饰,可分为彩色砂浆、彩色腻子和艺术砂浆。这类砂浆在欧洲应用非常广泛,国内南方地区也有应用。以黏结强度、耐老化性、抗泛碱性和装饰性为性能特点。装饰砂浆作为墙体保温体系的最终装饰层应用,可是一种较好的解决方案。随着大气质量的改善,随着欧陆崇尚材料原始质感的审美风尚日益渗透,装饰砂浆将从涂料市场夺取相当大的份额。

    3. 我国干混砂浆原材料加工技术与供给情况

    3.1 无机胶凝材料

    虽然无机胶凝材料至少包括三种,但水泥将是我国今后相当长的时间段内干混砂浆最主要的胶凝材料。我国水泥产量达9.7亿吨,居世界xx。虽然可用于干混砂浆生产的用窑外分解技术生产的优质水泥占30%左右,约为3亿吨,但总体看来,水泥的质量、供给不会有太大困难。但应注意水泥助磨剂等对干混砂浆中外加剂的影响;混合水泥必须注意矿物相组成的波动。

    建筑石膏生产能耗低、固化速度快、弹性模量适中,对水蒸气有很好的呼吸性能,是很好的室内用胶凝材料,粉刷石膏是欧洲的主要干混砂浆产品之一。但我国建筑石膏工业相当落后,生产工艺以炒锅为主,生产企业多为小型企业,产量每年约3000-4000万吨,产品质量稳定性较差,产品强度偏低。目前我国石膏生产的地域性较强、运输半径大、供货周期长、运费高,一些地区运输费用已占石膏价格的40%以上,石膏的价格已制约了粉刷石膏的发展。用以烟气脱硫石膏为代表的化学石膏代替xx石膏,是我国石膏基干混砂浆原料供给的发展方向。

    建筑消石灰粉可以有效地改善新拌砂浆的和易性,降低砂浆硬化体的弹性模量。但我国石灰产品的煅烧、消解、磨细工艺十分落后。大多数石灰产品是用土法工艺生产的,含有大量生烧、死烧灰。因颗粒粗、消解不xx而造成的质量事故屡见不鲜。传统的现场拌和砂浆时,通过长时间闷淋灰工艺还可以使用,但用于干混砂浆时则会因为死烧灰后期水化膨胀而带来一系列质量问题。目前有一些以氢氧化钙或灰钙粉名称销售的质量较好消石灰产品,虽可以用于干混砂浆产品的生产,但价格较高。

    3.2 活性掺合料

    在国外干混砂浆配方中较少掺加活性掺合料,一般采用石灰石粉等惰性填料。在干混砂浆产品中加入活性掺合料是具有中国特色的干混砂浆生产配料技术。应用活性掺合料不但可以调整颗粒级配、改善施工性、提高砂浆的后期强度,还可以部分替代水泥,降低干混砂浆成本。常用于干混砂浆中的活性掺合料有粉煤灰、矿渣粉、硅灰和沸石粉。其中粉煤灰来源广泛价格较低。

    3.3 骨料

    我国用于配制干混砂浆的骨料主要是xx砂。如前所述,xx砂面临资源短缺的危机,一些地方政府已明令禁止开采xx砂、石。与此同时,工业固体废弃物和工业尾矿的堆放却在占用大量土地,直接污染环境。全国每年工业固体废弃物产生量10亿多吨。北京市仅在采矿、选矿过程中产生的尾矿砂储存量就达到5亿多吨,而且每年仍以1000多万吨的速度产生新的排放,在城市拆除、维修、建设过程中产生的建筑垃圾每年约有1400多万吨。这些固体废弃物经过加工处理生产的机制砂可以替代xx砂,用于干混砂浆产品的生产。在欧洲国家,用机制砂生产干混砂浆已有相当长的历史,一种干混砂浆产品可能由6—7种不同粒度范围的机制砂组成。用机制砂替代xx砂,可能是解决xx砂资源短缺的有效途径。

    3.4 外加剂

    外加剂对干混砂浆性能的改善具有关键作用,但我国在外加剂的工作机理、性能改善的内在规律等方面的研究,却刚刚处于蹒跚学步阶段。由于加入外加剂使干混砂浆的成本明显高于传统砂浆,外加剂在干混砂浆中占材料成本的40%以上。产品成本居高不下,量大面广的普通砌筑、抹灰砂浆推广困难;干混砂浆生产厂商利润低、价格承受能力差,由于生产时偷工减料造成质量事故时有发生。

    但是经过几年的发展,外加剂制约干混砂浆发展的瓶颈正在被逐渐突破。虽然产品性能的针对性、技术服务的能力等还有相当大的差距,但纤维素醚供给已经基本国产化,价格明显下降;稠化粉等低成本的保水材料在上海应用成功,普通干混砂浆材料成本显著降低;山西三维集团建成国内规模{zd0}、年生产能力2.5万吨的可再分散乳胶粉生产线,国内可再分散胶粉价格开始下降。这些都预示着外加剂对干混砂浆产品价格的制约作用会逐渐降低,干混砂浆产品将会有一个理想的成本价格。

    4. 我国干混砂浆的生产技术与装备技术

    干混砂浆生产工艺按照布置方式大致分为单机制造、水平链式、垂直塔式三类,三类方式在我国均有采用。

    生产干混砂浆的关键设备是混合机。我国目前采用的混合机类型包括立式混合机、犁刀式混合机、无重力混合机、锥形混合机等。由于我国粉体混合工艺研究水平很低,绝大多数厂家忽视对于混合机的混合能力、混合范围、{zj0}混合制度、混合均匀性控制等要素的掌握;由于进口设备相对于建材市场的xxxx率来说比较昂贵,部分仿造进口设备的混合机,由于制造商受知识、材料、加工与装配精度所限,屡屡出现操作事故。

    6. 我国干混砂浆施工技术

    干混砂浆施工应用技术包括物流配送、施工机具、配套材料、施工工艺等多个方面。我国干混砂浆产品主要以袋装为主,由于劳动力廉价,目前施工仍以手工作业为主,现代化的施工机具还没有广泛应用,由于国内在这方面缺乏系统研究,在施工工艺方面以不变应万变,不但使干混砂浆的许多优越性没有充分体现,而且使施工质量的稳定性受到影响。

    7. 我国干混砂浆产品标准

    在推动干混砂浆行业发展的过程中,完善标准体系的建设至关重要,一套完善的标准体系是生产企业组织砂浆产品制造、设计部门进行工程设计、施工部门进行产品应用的重要依据,没有完善的标准将无法使行业规范发展,同时在产品领域内标准体系的完备水平也象征着一个国家该行业的水平高低。经过近半个世纪的发展,欧洲发达国家在干混砂浆方面已经形成了从制造、设计、应用的一系列规范,也给我们提供了非常好的借鉴,在推动干混砂浆行业发展的过程中,完善标准体系的建设至关重要,一套完善的标准体系是生产企业组织生产、设计部门进行设计、施工部门进行产品应用的重要依据。

    尽管目前我国已经编制实施了十几项干混砂浆相关标准,但完善的标准体系还未建立,标准的整体水平不高。具体体现在:对干混砂浆性能的理解仍停留在传统砂浆层面上,导致满足标准要求的产品,并没有解决传统砂浆的质量通病;干混砂浆标准测试方法落后,许多套用传统砂浆测试方法,不能很好的表征干混砂浆产品的性能;干混砂浆标准编制的系统性较差,产品标准和应用规范有时相互矛盾。

    8. 对我国干混砂浆行业发展的简单预测

    随着国家行业政策的逐步到位,我国部分大城市的普通干混砂浆行业可能会发生井喷式的快速发展,这将迅速拉动社会资金进入干混砂浆及其上下游相关行业,在经历一段极其短暂的供应能力不足之后,行业生产能力将很快超过市场需求,干混砂浆产品也将迅速出现过度竞争,上述五个方面的研究需求将更加迫切。

北京市建筑材料科学研究院 王肇嘉

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