3E真空挤出水泥墙板——装配式建筑构件的理想选择
100083）
张文法（德国理哈特集团皮特森公司中国代表处,北京
摘要：3E真空挤出水泥墙板是一种在真空条件下挤出成型的纤维加强水泥轻质墙板，该产品质地密实、经久耐用、可锯可钻，可用于内外墙板，是装配式建筑的理想构件。叙述了3E真空挤出水泥墙板的来源、基本技术指标以及与此相关标准数据的对比，还列举了在装配式建筑上的应用。同时重点叙述了该种水泥轻质墙板的生产工艺、制造方法和相关设备，也给出了投资概算和大致收益。关键词：水泥轻质墙板；真空挤出水泥墙板；装配式建筑构件
中图分类号：TU526
文献标识码：A
文章编号：1001-6945（2017）07-0053-09
3Evacuumextrusioncementwallpanel--Idealforprefabricatedbuildingcomponent
Abstract:3Evacuumextrusioncementwallpanelisafiberreinforcedconcretelightweightwallpanelextrudedun⁃dervacuum.Theproductisdenselypacked,durableandcanbedrilledandcanbeusedforinteriorandexteriorwallpanel,itisanidealcomponentforprefabricatedbuilding.Thispaperdescribesthesource,basictechnicalindi⁃catorsandthecomparisonoftherelevantstandarddataofthe3Evacuumextrudedcementwallpanel,andalsoliststheapplicationsinprefabricatedbuilding.Atthesametime,itfocusesontheproductiontechnology,manufacturingmethodsandrelatedequipmentofthekindofcementlightwallpanel,andalsogivestheinvestmentestimateandthegeneralbenefit.
KeyWords:cementlightweightwallpanel,vacuumextrusioncementwallpanel,prefabricatedbuildingcomponent
ZHANGWen-fa
近几十年，中国房地产业、建筑业取得了举世瞩目的发展与进步，但是，绝大部分住宅和建筑的建造方式仍以现场浇筑为主，装配式建筑比例和规模化程度较低，与发展绿色建筑的要求以及先进建造方式相比，还有很大差距。2016年国务院办公厅印发了《关于大力发展装配式建筑的指导意见》，指出要以京津冀、长三角、珠三角三大城市群为重点推进地区，常住人口超过300万的其他城市为积极推进地区，其余城市为鼓励推进地区，因地制宜发展装配式混凝土结构、钢结构和现代木结构等装配式建筑。力争用10年左右的时间，使装配式建筑占新建建筑面积的比例达到30%。2017年3月，住建部印发了《“十三五”装配式建筑行动方案》，其中明确指出到2020年，全国装配式建筑占新建建筑的比例达到15%以上，其中重点推进地区达到20%以上。同时，有关权威部门相继发布《装配式混凝土建筑技术标准》《装配式钢结构建筑技术标准》等相关标准，为中国装配式建筑的设计、施工
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提供了重要依据。
在这种大好形势下，装配式建筑理想构件的3E真空挤出水泥墙板有良好的发展前景。1什么是3E真空挤出水泥墙板
3E真空挤出水泥墙板的“3E”是三个英文单词第一个字母的组合，即Extruded（真空挤出的）、Economi⁃cal（经济实用的）和Ecological（生态环保的），以下简称“3E水泥墙板”。它概括了该种板不同于其他板的特点，是利用真空挤出法工业化制造的高强、轻质、纤维加强、高孔洞率的水泥内外墙板。该命名和其主要技术来源于德国。
早在20世纪60年代德国就有人使用真空挤出成型法开始了纤维加强轻质水泥板的生产研究。当时最理想的纤维加强材料是石棉，石棉能产生意想不到的效果。后来相继进行了替代纤维加强材料的研究及其工业化生产，最早在比利时成功建成了3E真空挤出水泥墙板生产线，如图1所示。
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图120世纪60年代建成的3E水泥墙板生产线
目前我国建筑中所使用的新型墙体材料大致有四大类：第一类是烧结制品类，如空心承重砖、非承重砖、装饰面砖、烧结陶板等；第二类是砌块类，如空心砌块、加气混凝土砌块等；第三类是立筋类，如纸面石膏板、泰柏板等；第四类是空心条板类，如GRC内隔墙板、陶粒板、石膏圆孔板、菱镁圆孔板等，上述的3E水泥板应属于此类。就板类生产整体技术水平而言我国与工业化国家相比，仍存在着很大的差距，主要表现在生产过程的机械化自动化程度低、规模小、产量低、制品质量差。因此，提高生产工艺技术水平，提高机械化、自动化程度，提高产品质量，即所谓的上规模、上档次、上水平是我国新型板材发展的方向和目标。3E水泥墙板是真空挤出成型，质地密实，强度优于其他板类，既适用于内墙，又能用于外墙，并且能够连续挤出生产，适于大规模工业化和自动化生产。
图2我国建成3E水泥墙板生产线图3真空挤出的3E水泥墙板
作者从2000年开始致力于从德国引进该项技术
与设备，先后在国内建成5条3E真空挤出水泥墙板生产线。以下图片是国内一家工厂挤出成型车间的生产设备。
23E3E真空挤出水泥墙板的基本参数
水泥墙板没有专门的统一标准,只能参照有关
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相近标准。作为既能做内隔墙条板又能做外墙板的3E国的水泥墙板在技术指标上实际已经远远高于目前我GBT23451-2009《建筑用轻质隔墙条板》，而与《烧结多孔砖国家标准》GB13544-2011所规定的指标相比，也毫不逊色。现将其主要技术指标与国家的有关标准作对比见表1。
表13E水泥墙板的技术指标
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3E3E真空挤出水泥墙板的应用
墙。室内墙主要应用于框架结构的分户墙、水泥墙板既可用于室外墙又能应用于室内
分室墙、卫生间和大开间的分隔墙。经过表面磨光的3E水泥墙板做室内墙时可直接贴墙纸或粉刷涂料。室外3E墙板只要粉刷室外涂料即可，也可以辅以其他外装饰材料。3E水泥墙板同时做室内墙和室外墙时，内外墙之间将夹有保温层或防火层。其产品可做到系列化、规格化，能根据市场需要而生产。
图43E水泥墙板的产品样品
图5中国工厂生产的3E水泥墙板
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双面抹灰墙的3E水泥墙板其他明显的优点还有：质量轻，仅为13钻；％；可干法作业、防火、防震、1/7~1/8；墙体薄，可增加使用面积约装配式安装，隔热、强度高；施工速度快、而且可锯、劳动强度可刨、可低、环境污染少、工程投资省等。
43E水泥墙板在装配式建筑上的应用
当3E水泥墙板应用在装配式建筑上时，更显示出其优越性：现场施工基本为干法施工，快捷方便，使垃圾和湿法施工带来的各种污染减到最小；建筑成本显著降低，劳动强度降低，施工效率增加，然后运到现场安装施工。如图3E水泥墙板在专门工厂按照图纸预先拼成大块，建筑速度增快。
6~图10所示。
图63E水泥墙板在工厂预制构件
图73E水泥墙板工地现场组装1
图83E水泥墙板工地现场组装2
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图93E水泥墙板工地现场组装3
图103E水泥墙板工地现场组装4
在图10中，这样一块3E水泥墙板拼装的一面墙，其尺寸为6000mm×3000mm×200mm，其质量为2.1t。如果是同样尺寸的预制混凝土构件，其质量为7.9t。
图11用3E水泥墙板组装的内外墙
图12用3E水泥墙板组装的窗户
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图13用3E水泥墙板组装的整栋建筑
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3E水泥墙板的单块使用
也很方便单独使用。
3E水泥墙板除去在装配式建筑上很容易应用外，在用作内隔墙板使用时，3E水泥墙板按层高要求切割成定长。与天花板和地面的固定需要使用金属件，14和图这种金属构件可以按要求来设计，15。
一种设计见图图14固定3E水泥墙板的金属件
图15在不同结构上固定3E水泥墙板
图16天花板上固定3E水泥墙板
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图17地板上固定3E水泥墙板
图18用3E水泥墙板做成的内隔墙
图19用3E水泥墙板做成的厂房外墙
根据德国的统计，在用3E水泥墙板做内隔墙时所花费的材料费和人工安装费比使用混凝土水泥板、灰砂砖和水泥砌块节省20%。
63E水泥墙板在装配式建筑上的使用
内外墙体使用3E水泥墙板已经很明确了。那么室内的地面、门框、窗户框，以及卫生间台面等也都可直接铺装使用。这样百分之百使用3E水泥墙板的装配式建筑就很容易实现。
各种门窗框和建筑的装饰条也很容易挤出成型生产和施工。
单户住宅、高层住宅、工业厂房用3E水泥墙板建
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造的建筑实例有很多，以下再给几例。
图20用3E水泥墙板做成的卫生间
图21用3E水泥墙板做成的地板
图22用3E水泥墙板制成的窗框
图23用3E水泥墙板制成的装饰条
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图24用3E水泥墙板建成的高层住宅楼
图25用3E水泥墙板建成的厂房
图26用3E水泥墙板设计的单户住宅
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制造3E水泥墙板所需的主要原材料有：
3E水泥墙板的原材料
胶凝材料：普通硅酸盐水泥；填充材料：粉煤灰、硅石、石灰石粉等轻质骨料或工业固废料；
增强材料：植物纤维或合成纤维；添加剂；水。由于各地的原材料相差悬殊，因此不同工厂的原料配比必然随地域资源进行试验和调整。
本技术方案主要考虑到如下几个因素：原料中掺
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加工业固体废料，如粉煤灰、石灰石粉等，可以达到节约能源、降低生产成本的目的；挤出成型设备采用德国理哈特集团皮特森公司的最新真空挤出成型机组，保证项目的先进性和可靠性；采用混凝土制品的免烧工艺方案，同时具备常压蒸汽养护和高压蒸养釜养护，各种排放很容易达标；切码运和养护窑设备选用专门设计的优秀国产设备。这种关键设备从国外引进与配套设备国内设计加工相结合的技术方案是惯常的工业做法，也是一种尽可能减少前期投资既经济又可靠的方案；整个工厂采用固定式生产流程，设备固定、物料流动，以便达到规模化、正规化和稳定质量、降低成本、符合环保要求的工业化生产要求。
图27胶凝材料和填充材料的料仓
图28添加剂和水的计量
83E水泥墙板的制造工艺流程
其实3E水泥墙板的制造工艺与烧结砖制造工艺相比并不复杂。流程如下：
如果仔细罗列，还不止这十几道工序。但是重要的工序有：原料配料，高速混合搅拌，真空挤出成型，湿坯养护和干坯加工。图29为全厂布局示意图。
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图29全厂布局示意图
93E水泥墙板生产的关键工序
从技术角度讲，3E水泥墙板的生产制造与黏土烧结砖生产制造有点不同。不但工艺不同，技术关键点也不同，因此考虑问题的出发点和思路也不同。以下列出几点试做讨论。9.1原料配方
整厂的生产无从谈起。原料配方必须根据当地的原3E水泥墙板的原料配方是基础，不做好这一步，料优势进行合理地优化，同时要做好实验室的对比试验。
例如纤维的添加品种和百分比就是一个很重要的课题。我们知道，当在水泥基复合材料中添加均衡分散的纤维时，水泥复合基体的韧性会以按数量级增加。不同品种纤维的弹性模量值会相差很大，有些纤维(如钢纤维与碳纤维)弹性模量高于水泥基体，而大多数纤维(包括很多合成纤维与天然植物纤维)的弹性模量甚至低于水泥基体。纤维与水泥基体的弹性模量比值对纤维增强水泥复合材料的力学性能有很大影响，如该比值愈大，则在承受拉伸或弯曲荷载时，纤维所分担的应力份额也就愈大。理论上讲应该选用具有高弹性模量的纤维，同时还应具有高抗拉强度、高耐碱性、高粘结强度和高变形能力。纤维的长径比应该大于临界值，这样才对水泥基材有明显的增强效应。此外，还应该对人体无害、资源丰富、价格较为低廉。
实际上在选用纤维种类时，要综合考虑其性能。例如钢纤维和碳纤维的力学性能很好，但由于价格太高而被弃用。其次玻璃纤维是价格低廉而性能良好的纤维，但是在实际应用中，发现玻璃纤维对水分非常敏感，抗蚀能力较低，经过水冷却和浸润后，强度会大幅下降；而且表面无保护，因互相摩擦产生损失，也会使强度下降。更令人不能接受的是玻璃纤维与水的浸润性差，与水泥基材的握裹性差，当挤出成型的湿坯产品放置不久时，孔洞处很容易塌落。因此就综合性能讲，天然纤维是理想的应用对象，而经济合算的就是废旧纸张的粉碎产品。有的工厂在生产中还
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将天然纤维和玻璃纤维混合使用，以便发挥各自长处。
图30废旧纸张
图31废旧纸张粉碎后的纸纤维
表2出几种纤维以便进行对比选择。
表2部分类型纤维的性能
9.2高速搅拌
在本项目的原料中物相不同，有粉末固体、有纤维、又有液体，而且添加剂的量只有千分之几。将这些不同品种且重量比相差悬殊的原料在短时间内混合均匀，必须采用不同于烧结砖的原料混合技术与设备。
将以上几种原料在短时间内混合搅拌均匀，最有效的技术设备是高速混合搅拌系统。德国的强力高速搅拌技术值得借鉴。该机型倾斜安装，在保护壳里面有结实的旋转式混合容器和位置固定的多功能工具，能保证使混合料物流形成强大的垂直分量。如图
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32所示。
图32旋转式高速强力混合机基本结构
在高速旋转的混合容器内有偏心安装的混料工
具和中心安装的混合组件能使混合料形成速度差很高的逆向物流，在短时间内将物料混合搅拌均匀，且无死角。如图33所示。
图33搅拌混合料的物流图
同时在高速旋转的混合容器内有多功能工具能可靠地将粘附在混合容器底部和壁上的混合料刮下来，并能在混合时间结束时加速卸料。如图34所示。实物设备如图35所示。
图34混合料混合原理
本项目对混合物料的要求是混合时间要尽可能
短、混合均匀度最佳、混合料质量长期稳定、一致性要好，同时设备要具备高可靠性、磨损小、少维修不停
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产、容易清洗等特点。
图35强力高速混合机
9.3真空挤出成型
挤出成型技术发展到今天，已经完全可以做到在高剪切高压力和高真空条件下将混有短纤维的水泥基材形成一个整体。但问题是这里挤出成型的不是标准砖块，而是宽600mm厚60mm~120mm的空心率约为50%的板材。产品如图36所示。
图363E水泥墙板产品
很明显，挤出成型的产品在没有加工前就应该平整，没有上下波纹、没有左右侧弯、没有孔洞塌落等缺陷。
水泥基材混合料挤出的流变特性与黏土的稍有不同，因此在螺旋绞刀的设计制造上也各有特点，特别是顶端绞刀（前端绞刀、或称飞机叶），如果设计不好，就很容易使挤出的板坯产生向左或向右的侧弯。
图37螺旋绞刀
与挤出成型有重要关系的部件还有压力头和模具。挤出成型湿坯不好，达不到质量要求，大概有一半的原因出自压力头和模具。水泥基材对温度很敏
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感，当温度升高时，会加速其固化，因此对压力头这一
部件往往设计成空腔，生产中可以连通冷却水对其冷却，防止由于高压和摩擦力加大生热而使板坯成型困难。压力头和模具的结构设计、形状、尺寸、相互连接的细节等等，都是非常专业的问题，不是几句话能说清楚的，在此不再详叙。倒是有机会在生产实践当中，与具有120多年历史的德国理哈特集团皮特森公司有关技术人员进行面对面地交流将是十分有益的事情。
图38顶端绞刀
图39抽真空挤出成型机
图40模具设计图
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从整条生产线讲，上面的技术关键点都存在于工厂前半部分的工序当中，后半部分的湿坯养护和干坯切割等工序与其他水泥产品的加工类似。如果把前半部分的主要工艺问题解决了，那么整厂的生产基本就能稳定。
图41隧道式养护
图42成品板表面加工
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生产规模与产品标准
1003班，万3E水泥墙板单条生产线的最佳生产能力为年产
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每年m（按生产宽300d）。这种单条年产600mm、厚90mm单从产量讲是目前国100的板计算，万m每天2的水泥轻质墙板生产线，撇开质量不说，内最高产量的了。一般GRC轻质墙板（圆孔板）单条生产线的年产量只有约20万m2高达3E40%水泥墙板可掺入粉煤灰（重量比），产品的孔洞率可达（。
干排灰）50%~65%，其掺加量可，产品的长度根据市场需求供应。
照国标或部标的有关相近标准，3E水泥墙板还没有专门的生产标准例如目前几个工厂参,但是可以参照执行的GBT23451-2009《建筑用轻质隔墙条板》。作为既能做内隔墙条板又能做外墙板的3E水泥墙板在技术指标上实际已经远远高于此标准。见表1。
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实际上，3E水泥墙板不但从单台生产数量上能超出其他生产工艺，而且从产品质量上也远远超出其他生产工艺。
11投资概算与经济性
在解决了技术难题之后，自然最关心的问题就是经济效益。以生产宽600mm、厚90mm的3E水泥墙板为例，建一个年产100万m2约3500万人民币。厂址选择无特殊要求(三班)的生产厂，,如果考虑到总投资交通运输便利和保护环境,距离粉煤灰厂(干排灰)和水泥厂近些更好。水电需求量都不太大。生产过程无工业三废(废气、废水、废渣)产生，对环境没有任何污染。由于40%3E水泥墙板的生产可掺加粉煤灰30%~要(三班80~100，符合国家的相关产业政策。生产厂人员总共需人，其中管理人员20人，生产第一线60人购到。按上述产品规格计算原材料成本平均3E)。
水泥墙板的生产原料绝大部分都能在当地采m50元/220，元生产制造费用包括各种直接费用和间接费用平均/m2，这样工厂生产成本总共平均约为70元/m280元~目前各大中城市/m2。
90mm厚的不同品质的GRC轻
质墙板销售价格在50元/m2水泥墙板的质量肯定远远好~150元/m2
（质量不同、用途不同，价格不同）。3E于现有的其他各种轻质墙板，并且如果生产外墙板更能卖出好价格，/m成本价增加不多，但销售价能在120元/m2~150元2。为了开始取得市场认可，销售价格暂按保守数字100元/m2计算，那么这样每条生产线的工厂年销售额为1亿元人民币。税前利润可达2000万元/年。
按照国家的有关政策规定，粉煤灰综合利用项目的增值税免征，所得税免征5年，这样税前利润的资金就能归还投资。投资回收期大约2y~2.5y。12结论
综上所述，真空挤出成型生产3E水泥墙板是一项符合国家产业政策，易于实现机械化自动化，有利于生态环境的装配式建筑理想的预制构件。3E水泥墙板的生产和推广应用不仅对节约能源、节约土地、废物利用和调整产品结构有意义，而且对建筑节能、提高建筑功能、保护环境都具有十分重要而深远的意义。参考文献：
[1]张文法.3E粉煤灰轻质内外墙板的生产[J].砖瓦,
2001,1(3):34-36.
收稿日期：2017-6-18
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