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摘要：探討了原材料、生產裝備、工藝路線對免蒸壓無石棉纖維增強水泥板生產工藝的影響，以期找到最經濟合理的生產工藝，為相關企業提供參考借鑒。

關鍵詞：免蒸壓；常溫養護；原材料；生產裝備；工藝路線；物理性能

中國環境標志產品認證針對于無石棉纖維增強水泥板行業而言，它表明該產品不僅質量合格，而且在生產、使用和處理處置過程中符合特定的環境保護要求（嚴禁使用石棉等對人體有害的增強纖維）、同時在生產過程中節約資源、減少能源的浪費、降低廢氣的排放等環境優勢，對生態環境更為有利。因此，不使用石棉纖維、采用常溫養護的免蒸壓無石棉纖維增強水泥板（以下簡稱免蒸壓板）勢必成為無石棉纖維增強水泥板行業發展的方向。本文探討了原材料、生產裝備、工藝路線等對免蒸無石棉纖維增強水泥板生產工藝的影響。

1原材料

增強纖維：選用高強度高模量聚乙烯醇（PVA或維綸）纖維，一級品，長度為4mm和6mm（建議1∶2混合使用）；拉伸強度＞12cN/dtex，模量（0.1%~0.4%）：≥260cN/dtex。根據國內外對用維綸生產的無石棉纖維水泥板的耐久性研究結果表明，認為此種制品即使暴露于大氣中仍具有較高的強度，但其韌性隨時間的增加而有所下降。這主要是由于纖維與水泥基體界面的黏結不斷提高所致。木漿纖維：耐熱230℃（短時間可達280℃），化學處理原木漿，卡伯值≤35，平均水份≤11%，水份偏差≤30%。木漿纖維是天然針葉木材經過化學處理得到的有機纖維，通過篩選、分裂、高溫處理、化學處理、中和、篩分成不同長度和粗細度的纖維，以適應不同應用材料的需要。由于處理溫度高達250℃以上，在通常條件下是化學上非常穩定的物質，不為一般的溶劑、酸、堿腐蝕，具有無毒、無味、無污染、無放射性的優良品質，不影響環境，對人體無害，屬綠色環保產品，這是其它礦物纖維所不具備的。纖維微觀結構是帶狀彎曲的，凹凸不平且多孔，交叉處是扁平的，有良好的韌性、分散性和化學穩定性，吸水能力強，增稠抗裂性能優良。纖維素纖維：主體纖維長度2~3mm，彈性模量為8~10GPa，直徑15~20μm，比表面積為20000~30000cm2/g，耐酸堿性保持率≥95%。纖維素纖維在坯體中主要呈縱橫分布，可有效降低微裂尖端的應力集中，可使板材因內干縮或濕脹引起的拉應力削弱或消除，阻止微裂縫的發生和擴展。由于板材中纖維素纖維的存在，可以有效地減少多次凍融循環而引起的內抗拉應力集中，阻止微裂縫的進一步擴展。另外，由于板材抗滲性的提高，當然也有利于改善其抗凍融性。纖維素纖維有助于吸收板材受沖擊時的能量，并且由于纖維的阻裂效應，在板材受沖擊荷載作用時，纖維可以阻止內部裂縫的迅速擴展，故而可以有效增強板材的抗沖擊性和韌性。纖維素纖維使水泥水化更完全，顯著降低板材結構的空隙，使板材更密實，從而提高板材的抗凍性、抗水滲透性，賦予板材更好的耐久性。膠原纖維：由膠原纖維纖維素加工而成的絨狀物。主體纖維長度3mm，灰分含量≤5%，揮發份≤8%，149μm篩篩余小于5%；膠原纖維強度好，無環境污染,纖維的樹枝狀結構在改善混合料混合性能、促進其它原料的分散。有較好的作用；耐溫性能優于纖維素纖維，丙烯晴纖維等，有一定的彈性，對改進材料的柔軟性和壓縮性和密封性能有較好的作用,可以減少丁腈橡膠用量,提高沖擊韌性。耐堿玻璃纖維：普通玻璃纖維的耐堿性較差，在水泥基體的堿性環境中極易失去其強度和剛性。20世紀60年代，雖然玻璃纖維增強水泥基材料的研究已經比較深入，但其制品一直未被推廣應用；20世紀70年代初期，英國建筑研究院向普通玻璃纖維中加入二氧化鋯，研制成功了耐堿玻璃纖維后，玻璃纖維增強水泥制品才由英國的PilkingtonBrothers公司大量生產推廣應用。聚烯烴多分歧纖維：一種使用聚烯烴進行噴射成型，擁有多分歧構造的纖維，融點100~135℃，在水中能和各種粒子和纖維素纖維進行均勻的混和、具有良好的親水性。與一般的樹脂纖維相比，具有分枝構造的纖維直徑分布（樹枝部分2μm、樹干部分30μm），擁有較大的比表面積。微米級別的多分歧纖維能夠對水泥粒子及各種填充物進行物理捕捉，從而抑制水分散時的沉降，非常有利于抄取法生產效率的提高，使制品表面既美觀又堅固、防止龜裂。膠凝材料：P•Ⅱ42.5R水泥，74μm篩余≤8%，燒失量≤3.5%，安定性符合標準要求。內照射指數（IRa）≤0.4，外照射指數（Ir）≤0.4。填充材料：重質碳酸鈣，白色粉末，無臭無味，在空氣中穩定，相對密度：2.6~2.7g/cm3，25/4℃，熔點：1339℃，74μm篩篩余≤3%，碳酸鈣含量＞90%。輔助材料有以下幾種：云母粉：含砂量≤1.5%，燒失量≤5.5%，松散密度≤350kg/m3，粒徑分布：0.45mm篩篩余≤5%、149μm篩篩余≥85%，含水率≤1%，放射性水平：內照射指數（IRa）≤0.4、外照射指數（Ir）≤0.4。硅灰石粉：硅灰石含量≥80%，燒失量≤3.5%，沉降值≥55ml/30g，松散密度≤550kg/m3，含水率≤1%，粒徑分布：0.25mm篩篩余≤10%、80m篩篩余≥40%，放射性水平：內照射指數（IRa）≤0.4、外照射指數（Ir）≤0.4。微硅粉：SiO2含量≥92%，燒失量≤6%，比表面積≥15m2/g。球狀，平均粒徑為0.15μm。微硅粉是提高免蒸壓板力學和耐久性的理想摻合料。微硅粉對于提高和改善免蒸板的性能有很好的作用，在基材水化機理方面解釋，是微硅粉具有高火山灰活性，即與水泥水化產生的Ca(OH)2發生反應生成更多的水化硅酸鈣凝膠，導致強度增加。在纖維增強效應方面解釋，是摻入微硅粉后，使纖維與水泥基材之間的握裹力得到明顯的改善，從而最終制品的纖維增強效果得到顯著提高。同時，微硅粉可以有效改善抄取法生產免蒸壓板的分層問題。無機顏料：要求水溶物不能出現明顯分層現象，44μm篩篩余≤5%，105℃揮發物≤1%。增強劑：抄取法或流漿法生產的免蒸板為層狀結構，理論上講，這種結構的板材在經過凍融后易分層，所以，其并不適合寒冷地區戶外使用。事實上，各地在戶外使用此類板材時，也對此類板材的抗凍融性能做了嚴格規定，JC/T396—2012《外墻用非承重纖維增強水泥板》就規定了：凍融循環次數為嚴寒地區100次，寒冷地區75次，夏熱冬冷地區50次，夏熱冬暖地區25次?？墒褂迷鰪妱└纳瓢宀牡慕Y合強度，在抄取法或流漿法成型纏繞時噴具有保水增黏作用的增強劑，制成混合纖維增強的免蒸壓板再通過適當壓機加壓，可大幅提高板材的層間結合強度。表1是福建某纖維增強無石棉水泥板企業研發中心的測試結果?？梢钥闯?，采用混合纖維增強的免蒸壓板板坯未經加壓，增強劑的效果并不明顯，但料層間噴增強劑后再通過平壓工藝，可以明顯改善層間結合強度。據此設計的免蒸壓板可以通過100次的凍融循環測試。防水劑：從免蒸壓板的組成來看，硅酸鹽是主要的組成材料。眾所周知，硅酸鹽成分的材料，在水化完成后存在大量的開放的毛細孔，這些毛細孔的自然吸水是無法避免的。免蒸壓板吸水后，很多性能會下降：①板材力學性能的降低；②板材抗凍性能的下降；③影響材料自身的耐久性。所以，低的吸水率對室外產品非常重要?？梢酝ㄟ^增加板材的密度降低板材的孔隙率來降低吸水率，也可以通過添加某些專門的吸水率降低劑來降低板材的吸水率。表2是不同類型的免蒸板試件添加吸水率降低劑（Prine-C）后的吸水率改變情況。由表2可知，某些吸水率降低劑的使用，可以使免蒸壓板試件的吸水性能改善61%以上。

2生產裝備的選擇

2.1增強纖維分散、預處理裝備當沒有直接可利用的紙漿纖維時，對漿板紙需經碎紙機、磨漿機的聯機作業，使紙漿纖維的長度、帚化率、叩解度達到使用要求。在制漿混拌前，PVA、維綸纖維、耐堿玻纖等要讓纖維充分分散（分散方法有風力分散、靜電分散、摻加分散助劑等）。鑒于PVA纖維具有很高強度和彈性模量，可承受較強的剪切應力，目前國內較多采用的是（PVA纖維分散機）傳統的強制式雙臥軸攪拌機結構。2.2填充材料和輔助材料的攪拌裝備高剪切乳化機是分散微硅粉等超細粉料的最佳裝備：它具有高速混合、分散、快速細化、溶解、均質五大特征。機械和液壓高速剪切力是高剪切乳化機工作的關鍵，高速旋轉的轉子與定子精密配合，所產生的高剪切線速度和高頻機械效應帶來的機械剪切及液壓剪切力，確保物料在每分鐘內承受幾十萬次的剪切，物料在高剪切乳化機的定轉子精密間隙中受到強烈的離心擠壓、剪切、噴射、液層摩擦、碰撞、撕裂細化及湍流、紊流、渦流等復雜液流綜合作用下，使不相溶的液相、液氣相、液固相在相應成熟工藝條件的共同作用下，瞬間均勻細化地混合、分散、均質，如此循環往復，最終獲得高品質的產品。

3工藝路線的設計思路

（1）性能不同的增強纖維在與基體結合力上存在各自的優劣點，經過長期生產實踐證明，混合纖維增強即采用兩種或兩種以上不同材質、不同性能的纖維作為組合增強材料，組合增強纖維中這些纖維相互取長補短，因而能使制品獲得較優異的性能。例如德國Flugurit公司在抄取法制造免蒸壓板時，同時摻加木漿纖維與聚丙烯纖維；印尼CONWOOD公司在抄取法制造免蒸壓木紋板時，同時摻加廢木漿纖維與高強度高模量聚乙烯醇（PVA）纖維；等等。由此可看出，混合纖維增強無石棉免蒸壓板將是今后免蒸壓板生產工藝一個研究方向。（2）免蒸板作為常溫養護制品的強度主要來自水泥水化產生的強度以及可以起到增強作用的輔助材料，如PVA纖維和一些輔材。水泥品種及用量對于纖維水泥產品的基礎有決定性影響，對于生產工藝也有一定影響。

4免蒸板的物理性能

免蒸壓板的物理力學性能檢測結果均符合JC/T412.1-2018NAFAR4PS的要求。免蒸板的物理力學性能除了濕脹率較壓蒸板高外，其它并無很大分別。而免蒸板生產方式避免了高溫高壓養護，對增強纖維創造了更多選擇的機會，同時眾多優秀的化學纖維能與水泥基材長期共生共存，對制品后期強度不減而增，這是壓蒸制品所不具有的優勢，因此只要做好免蒸板材防水措施，人類是可以很好利用它發揮建材作用的。

5結論

（1）采用適宜的混合纖維比單一纖維更能滿足免蒸板物理力學性能的提高。（2）采用抗硫酸鹽硅酸鹽水泥成型的免蒸板具有較高的抗折強度和抗沖擊強度，干縮率小，致密性、抗凍性和耐腐蝕性等優點；一方面可提高生產資料的周轉、減少預養時間、提高生產效率。（3）化學纖維和微硅粉的良好分散（纖維不成團、粉料不結團）是做好免蒸板的前提。（4）加壓能平衡免蒸板板坯組織、提高纖維與基材結合、提高材料致密度、提高抗滲性、抗凍性和耐久性。（5）適宜的養護制度是保證免蒸板質量的關鍵因素。（6）免蒸板在外墻和戶外的運用，封閉防水是不可或缺的工序。（7）生產方式的環保性，這樣不使用石棉纖維、使用常溫養護的免蒸無石棉纖維增強水泥板勢必成為無石棉纖維增強水泥板行業發展的方向。使用常溫養護可節省大量的熱力設備投入，更為重要的是可以減少碳排放，做到清潔生產。

作者:徐定豐 單位:金強（福建）建材科技股份有限公司