2019年度我国泡沫混凝土行业发展报告
1 行业发展概况
近5年来,我国泡沫混凝土行业步入了稳步发展阶段,年均增长率约为15~20%,高于水玻陶等大宗建材。2019年我国泡沫混凝土总量估算约在5000万m3以上,位居全球第一位。目前我国泡沫混凝土行业依旧分为现浇泡沫混凝土与泡沫混凝土制品两大类。
1.1 现浇泡沫混凝土发展情况
目前现浇泡沫混凝土应用量已大大超过制品类。2019现浇类泡沫混凝土稳步增长,尤其是在路桥工程领域(公路扩建、高铁路基邦宽、机场、桥梁减跨、桥头跳车等)、回填工程(矿山采空区、隧道、地基、地下结构减荷、油田固井浇筑等)、现浇墙体及房屋整浇、屋面保温隔热层及找坡找平层、现浇地暖绝热层及垫层等领域的应用日趋成熟,工程量增长较大。
1.2 泡沫混凝土制品发展情况
泡沫混凝土制品的发展依然保持分化态势。曾经行业的热点产品泡沫混凝土保温板自2014年以来销量急剧下滑,相关生产企业面临巨大生存压力。近5年来一部分企业选择停产退出,特别是近两年来由于环保压力,生产企业数量进一步减少。在这种严峻形势下,部分坚持保温板生产的企业加大研发力度,不断提高产品质量,同时优化平衡市场,重新稳定了泡沫混凝土保温板产销。经过几年努力,2019年行业内泡沫混凝土保温板的产品质量和稳定性比5年前有了质的飞跃。此外,很多的企业通过转型升级,调整结构,选择多元化发展道路,在自保温砌块、复合墙板、屋面板、装配式大板等制品领域开拓了新的市场。
1.3 企业数量与分布
据泡沫混凝土分会估算,十年来,高速发展使行业的企业数量从2009年分会成立时的几百家,发展到2019年的约4000家(包括材料、设备、外加剂企业),增加了近十倍。以北京为例,10年前只有几家现浇企业,而如今达100多家,增加了几十倍。我国广阔的市场造就了一批行业领军企业,其中包括多家上市公司以及将业务延伸至海外市场的优秀企业。
近几年来,我国泡沫混凝土企业地域分布逐渐从东部多于西部、北方多于南方、发达地区多于偏远地区的传统格局向全国大范围均匀分布的新格局转变,昔日泡沫混凝土应用最不发达的海南、西藏等省区如今也有一定数量的泡沫混凝土企业和工程。
2 行业热点
2.1 钢网模泡沫混凝土轻钢龙骨复合墙体建筑
现浇泡沫混凝土建筑体系自2008年规模化应用以来,在泡沫混凝土协会大力推动下,已经成为行业发展的新亮点。不完全统计,十年来,成规模应用的住宅小区已达上百个,建筑面积累计3000万平方米。目前,从事泡沫混凝土墙体现浇施工和技术开发的企业,至少有100多家。更为自豪的是,我们原创的这项技术,已经走出国门,技术设备输出到蒙古、马来西亚、哈萨克斯坦、越南等10多个国家和台湾地区,很多企业在国外承接了工程。泡沫混凝土现浇墙体在国外已显现出广阔的应用市场。
近三年来,泡沫混凝土现浇复合墙体进入了新一轮发展热潮,不但从业企业数量、工程规模、应用领域迅猛扩大,而且在技术创新上也取得了一系列重大成果,为未来的发展奠定了坚实的技术基础。
现浇泡沫混凝土建筑体系从第一代拆模墙体、第二代免拆模板复合墙体发展到现在的第三代钢网模泡沫混凝土轻钢龙骨复合墙体。
网模现浇混凝土墙体技术,是清华大学从国外引进的先进建筑工艺,但采用的是普通混凝土,墙体不能实现自保温。目前,我们将这一技术引入泡沫混凝土行业,并加以改造升级,用泡沫混凝土取代普通混凝土,实现了墙体的轻质化和自保温。这是网模现浇墙体技术的重大技术进步。
这一技术是将镀锌拉伸钢板网固定外挂于轻钢龙骨上,不使用建筑模板,由钢网自身发挥模板作用,浇注泡沫混凝土以后,待浆体初凝,刮去网面渗出的少量浆体,硬化后另加砂浆层。由于拉伸网具有纵向加强筋, 有很强的抗张能力,可以抵抗浆体的侧压力,不需要模板,墙体也不会鼓胀变形。另外,钢板网还起到了墙面抗裂作用。
钢网模泡沫混凝土轻钢龙骨复合墙体的主要优点是,其不需要模板,又不需要纤维水泥面板,墙体抗冲击能力强,墙面不开裂,且工艺简单。但需要采用轻集料泡沫混凝土或高粘度泡沫混凝土。通过钢网的有效约束,墙体表面不会开裂,可直接进行装饰面施工,解决了现浇泡沫混凝土墙体空鼓、开裂的问题。钢网模泡沫混凝土轻钢龙骨复合墙体性价比高,成本较低,100mm墙合计成本69.88元/平方米,120mm墙合计成本81.54元/平方米。
钢网模构架中的型钢和钢板网非常便于切割,多种尺寸的钢网模构架生产不会对生产效率造成显著影响,因而构件的尺寸灵活性强,可适应复杂的建筑平面,比一般预制构件具有更大灵活性。因此建筑多样性得以发挥,建筑立面、平面可以较为丰富多彩,市场适应性强。
以钢网模泡沫混凝土轻钢龙骨复合墙体为主体的建筑体系具有以下优势:
(1)主体轻钢结构,工厂化规模生产轻钢网膜,现场机械化装配与现浇泡沫混凝土优势互补结合,结构整体牢固,施工快速简捷(1-2km2/d)、性价比高、成本低廉、灵活多样、适于异型复杂部位。
(2)隔音(45dB/10cm)、轻质(1/3-1/6普通混凝土)、抗震(9级)、自保温、隔热、防火、耐久.
(3)彻底解决墙体空鼓开裂难题,彻底解决建筑保温及防火的矛盾,解决了钢结构的防火难题,保温与建筑同寿命,一劳永逸。
钢网模泡沫混凝土轻钢龙骨复合墙体自问世来,近3年来发展十分迅速,2019年更是达到新的高峰,预计将成为现浇泡沫混凝土自保温复合墙体发展的主导方向。我国创新发展的这项技术,不但在国内已完成大量应用建筑工程,遍布绝大多数省份,还走出国门,技术设备输出到“一带一路”沿线的10多个国家和台湾地区,一些先进企业在国外承接了工程,遍布中亚、非洲、东南亚等区域。钢网模泡沫混凝土轻钢龙骨复合墙体在国外也已显现出广阔的应用市场,随着“一带一路”建设,该项技术将在国际上得到不断的推广。
2.2 在路桥填筑工程中的应用
泡沫混凝土在路桥填筑工程中的应用依然是行业热点,而且因其施工量大、综合成本较低,企业数量不断增加,应用量不断增长,占现浇泡沫混凝土的一半以上。
目前我国已有众多生产施工单位在各类路桥填筑工程中大量使用泡沫混凝土,泡沫混凝土用于路桥填筑工程已成为行业应用的主流,获得了大量经济和社会效益。然而由于路桥填筑用泡沫混凝土和传统泡沫混凝土相比,各方面性能和要求侧重点有较大差异,传统泡沫混凝土侧重于对保温、防火等性能方面的要求,而路桥填筑用泡沫混凝土不仅对强度、密度有不同要求,且对流动性、凝结性、耐久性、环境适应性、安全性等方面的性能指标有要求,有的还需满足路桥铁道的特殊要求,更具特殊性。泡沫混凝土在路桥填筑工程中的应用形式逐年增多,范围逐年增大,目前主要的应用领域如图10所示。
2019年,国内多家公司的现浇填筑泡沫混凝土产品在高铁路基、各级公路、南海岛礁建设、各类大桥、机场航站楼、高铁站、市政工程、地下建筑、空军某重大工程等全国各地的大型工程建设项目中得到成功的应用。此外还承接了一些海外项目,如泰国RC400废弃石油管道泡沫砼回填项目、中国援建坦桑尼亚达累斯萨拉姆大学报告厅、孔子学院、图书馆项目、肯尼亚蒙巴萨机场高速公路项目等。
2.3 高性能泡沫混凝土砌块
近几年泡沫混凝土保温制品的技术不断提高,尤其是高性能砌块的生产应用也成为行业热点之一。高性能泡沫混凝土自保温砌块的主要技术特征是用其砌筑的墙体、屋面在不采用其他保温形式的情况下,结构自身热工指标即可达到现行建筑节能标准要求,密度通常低于700kg/m3,导热系数低于0.15W/(m•K),厚度为200~400mm时,可满足不同气候地区建筑节能标准要求。
高性能泡沫混凝土砌块产品的主要特点有:
(1)用于外墙和屋面,可实现自保温
(2)用于内墙,可实现良好的隔音和保温
(3)墙体薄,可增加建筑使用面积
(4)块型小,重量轻,易施工
(5)避免墙体通缝的产生,减少墙体干裂
(6)有效降低建筑自重,实现建筑轻质化
目前行业内的优质高性能泡沫混凝土砌块的各方面性能都能达到较高水平,表1为某700级砌块产品的性能参数。
中高密度级别的高性能泡沫混凝土砌块的主要性能已能够超越其主要竞争对象加气混凝土砌块。
行业内先进企业生产的高性能泡沫混凝土砌块的抗裂性能得到大幅度提高,在温度急剧变化的情况下不开裂。在低密度产品方面,高性能泡沫混凝土砌块能达到干密度160kg/m3、导热系数0.045~0.05 W/(m•K)、强度0.6MPa,在无机保温产品中具有强大的竞争力。目前国内先进企业的高性能泡沫混凝土砌块在强度性能方面已领先于国外同类产品。
3 其他应用领域
泡沫混凝土在其他传统领域的应用依然保持稳定发展,其中包括:屋面及地面保温层施工、泡沫混凝土保温板与装饰一体化板、泡沫混凝土复合墙板与屋面板、普通泡沫混凝土自保温砌块、陶粒泡沫混凝土及其制品、聚苯乙烯颗粒泡沫混凝土及其制品、泡沫混凝土填芯砌块、空心砌模浇注泡沫混凝土自保温复合墙体、泡沫混凝土防火门芯、泡沫混凝土烟气道等等。
除了传统应用方面,泡沫混凝土在以下一些新的应用领域也具有很大潜力:
(1)软岩隧道预留变形层
深埋软岩隧道衬砌结构常因围岩蠕变变形压力过大而发生破坏,设置泡沫混凝土预留变形层能很好地吸收围岩蠕变变形,缓解衬砌压力。
(2)寒区隧道隔震-保温层
随着我国陆路交通网不断完善,将有大量隧道在高海拔、严寒地区修建,设置泡沫混凝土隔震-保温层可在隔震同时避免因冻害导致的隧道主体结构破坏。
(3)港口水利工程
a.护岸墙后回填
在水利工程护岸墙加高加固工程中,泡沫混凝土近来成为墙后回填材料的热门选择,充分利用其容重小、强度高、施工速度快、施工简单的特点,有效减少了墙后填土对护岸墙的荷载,把加高加固处理对护岸墙的影响降到了最低。
b.重力式码头墙后回填
采用泡沫混凝土作为港口重力式码头墙后回填材料,不仅能够满足基床顶面抗滑稳定要求,而且能够满足对挡墙前趾的抗倾覆稳定要求,同时泡沫混凝土基底应力更小,应用于软质地基或体积较大的回填工程时具有较好的适用价值。
(4)海洋工程
目前我国关于泡沫混凝土应用于海洋工程的研究基本处于空白阶段。国外多年前已将其用作海上钻井平台抗冲击层,由于泡沫混凝土具有能量吸收特性,能够防止钻井管道、泥浆泵等物体坠落对平台主体结构造成破坏。
(5)透水泡沫混凝土
透水型泡沫混凝土具有开放的、相互连通的内部孔结构,它是通过采用具有特定性能的发泡剂制备而成。较高的孔隙率保证了该材料具有较快的排水速度,同时具有较好的蓄水能力。透水泡沫混凝土应用于海绵城市建设具有其特殊优势,可制成透水砖等制品形式,也可采用现浇施工,形成整体性较好的连续透水面层;而其密度低且可调节的特性,更是相比于传统碎石透水混凝土的主要优势,应用于对承重荷载有限制的基层时能够发挥其轻质减荷的长处。泡沫混凝土材料具有较好的保温和吸音特性,使透水泡沫混凝土应用时能够兼具多重功能,目前已有的透水泡沫混凝土绿化屋面应用技术,便是利用了该材料兼具透水和保温功能的特点,从而简化了绿化屋面系统构造。但是,该材料目前仍然存在一些关键技术问题需要解决,比如在抗冻融和抗收缩开裂性能方面急需改善,否则将严重限制其在路面铺装工程中的应用。
(6)军事工程
泡沫混凝土具有优良的吸收能量、减弱冲击与爆炸载荷的特性,使其可作为军事构筑物的抗爆、减震、耐冲击防护结构,已经在我国国防建设领域获得初步应用。目前泡沫混凝土在军用领域的主要应用形式是射击靶场靶墙和地下抗爆坑道防护层;未来在组装式泡沫混凝土防震指挥所、战地医院用房屋、军用和民用机场安全防护等方面具有较大开发价值。
泡沫混凝土目前在国内主要应用于建筑保温和工程回填领域,然而其最具有技术含量,最具有附加值的应用,当属其作为功能材料方面的应用。泡沫混凝土具有轻质、保温、隔热、吸声、隔声、耐火、防火、抗渗、防水、抗冲击波、抗电磁波、透水、透气、过滤、抗腐蚀、保水、吸能等几十种功能,且造价低廉,可应用于很多高技术领域,诸如机场阻滞系统、复合生态节能、电磁屏蔽、吸声、抗爆、海上工程、核设施工程等方面。应加强泡沫混凝土相关基础研究,挖掘其发展潜力,逐步向高技术领域迈进,开发新的高附加值产品,创造更多的财富。泡沫混凝土在特殊领域已使用或正在开发的应用有:机场跑道拦阻系统、泡沫混凝土吸音板、声屏障、园林景观、赛车跑道防护、运动跑道底层、窑炉耐火层、油田固井、矿井支护等等。
4 前瞻性、创新性技术
4.1 3D打印泡沫混凝土
近几年在材料制造领域十分热门的3D打印技术也成为泡沫混凝土行业研究的新热点,目前3D打印技术与泡沫混凝土生产制备相结合的方式有以下三种:
(1)利用特种水泥砂浆打印异形墙体外壳,空腔填筑泡沫混凝土,形成复合墙体。
(2)按照设计的三维孔结构、利用特种胶凝材料、3D打印泡沫混凝土微结构制品或建筑物。
(3)利用物理发泡料浆3D打印复杂泡沫混凝土制品及其建筑物。
4.2 石墨烯增强泡沫混凝土
目前国内外均有对石墨烯增强泡沫混凝土的研究,研究结果表明,石墨烯增强泡沫混凝土材料具有比较细小的孔径和均匀的分布、较高的抗压强度和规整有序的微观形貌。石墨烯纳米材料对水泥水化产物及聚集方式有模板效应和组装作用,二者的共同作用促使水泥水化产物成为有序排列的针状晶体和多面体晶体及聚集成规整有序的微观结构。在同密度情况下,石墨烯增强泡沫混凝土材料的平均孔径较小,其抗压强度和抗折强度均较高。
4.3 泡沫混凝土被动房
“被动房”是一种全新的节能建筑概念,仅依靠建筑本身的构造设计,就能达到舒适的室内温度,满足冬暖夏凉的要求,基本不需要或最大限度降低对主动式采暖和制冷系统的依赖,充分利用室内生活热量和可再生能源,实现舒适的居住环境,从而大大降低对一次能源的消耗,建筑节能率90%以上。以高性能轻质泡沫混凝土作为保温材料设计建造被动房,目前在国内已有工程示范项目。该项目的被动房是将38cm厚的200密度泡沫混凝土自保温墙板与高密封性门窗、新风系统等进行优化组合设计,K=0.16 [w/(m2•K)],达到85%以上建筑节能标准,全年室温可保持在18~26℃范围内。
泡沫混凝土与被动房建筑的结合优势可进一步通过理论和试验研究来探索和挖掘。水泥基自保温非承重墙板经过热工计算,调整墙板厚度到40cm时节能率有望达到95%以上,相比于德国被动房技术所要求的围护结构包括承重墙约20cm、石墨EPS保温板22cm、保护层1cm,合计43cm,在达到同等95%节能率条件下墙体总厚度可减少3cm。而在造价方面,采用水泥基自保温非承重墙板作为墙体结构只是上述墙体形式的1/2,并且属于纯无机材料,在板材的生产、装配式建造、使用全程中实现低碳排放,拆除后可回收利用,可称为全生命周期的绿色建材。
4.4 泡沫混凝土装配式建筑
装配式建筑是建造方式的重大变革,它将引领建筑材料向部品化、轻量化、结构功能一体化方向发展。泡沫混凝土与装配式建筑结合的形式可以分为两类:泡沫混凝土部品与普通混凝土结构构件结合的混凝土结构装配式建筑、泡沫混凝土部品与轻钢屋架结合的钢结构装配式建筑。
以干密度200~500kg/m3左右的泡沫混凝土芯材与面板复合,若必要再辅以钢框为骨架或内置轻钢龙骨,制成复合墙板和屋面板,匹配轻钢结构可制成装配化建筑。组装速度快,抗震性强,可实现自保温,造价较低。主要用于中高档别墅、小康住宅等。按结构分类可分为泡沫混凝土单结构板、硅酸钙板复合夹芯板、内置轻钢龙骨复合板、钢框增强复合板等。
“轻钢屋架-泡沫混凝土复合板”结构体系组装速度快,抗震性强,可实现自保温,且造价较低,主要用于中高档别墅、小康住宅等。目前国内一些先进企业生产的泡沫混凝土复合板已在大量装配式钢结构建筑中获得应用,有的企业年销量已超过100万m2,产品出口10多个国家。
4.5 其他在研创新技术
行业内的泡沫混凝土生产和研发单位不断研究创新的泡沫混凝土生产技术,以期望得到性能更加优越、成本更加低廉、功能更多、更加绿色环保利废的新型泡沫混凝土材料。利用废弃物制备泡沫混凝土技术是行业内多年来持续研究的热点,粉煤灰、矿渣、硅灰、煤矸石等传统大宗固废制备泡沫混凝土已在实际生产应用中取得了良好的效果,近年来科研人员通过试验不断探索更多种类工业废渣、建筑废弃物在泡沫混凝土制备中的应用,各类新的固废被尝试用作原材料,希望能够在保持泡沫混凝土性能的前提下大量消耗固废。此外还有许多研究中的创新泡沫混凝土制备技术,如再生泡沫混凝土、高耐碱玻纤泡沫混凝土、碱激发废渣泡沫混凝土、气凝胶泡沫混凝土、石膏基泡沫混凝土、TiO2自清洁泡沫混凝土、相变储能调温泡沫混凝土等等。
5 新标准与规程
5.1 2019年新发布实施的国家建材行业标准
(1)《JC/T 2475-2018泡沫混凝土墙板、屋面板》,该标准规定了泡沫混凝土墙板和屋面板的术语和定义、规格、分类和标记、原材料、技术要求、试验方法、检验规则及标志、包装、运输和贮存。该标准适用于工业和民用建筑屋面板和非承重墙体用泡沫混凝土墙板,不适用于高层建筑外墙。
(2)《JC/T 2483-2018泡沫混凝土填芯砌块》,该标准规定了泡沫混凝土填芯砌块的术语和定义、规格、等级和标记、一般规定、技术要求、试验方法、检验规则、产品合格证、堆放和运输。该标准适用于工业和民用建筑用泡沫混凝土填芯砌块。
(3)《JC/T 2550-2019泡沫混凝土自保温砌块》,该标准于2019年11月通过工信部报批公示,预计2020年正式发布实施。该标准规定了泡沫混凝土自保温砌块的术语和定义、分类、等级和标记、一般规定、要求、试验方法、检验规则及产品合格证、包装、堆放和运输。该标准适用于工业与民用建筑用泡沫混凝土自保温砌块。
5.2 正在制定的国家建材行业标准
(1)《无机防火门芯板材》,该标准于2019年10月通过标准审查会,现已上报工信部待批,预计2020年发布实施。该标准规定了无机防火门芯板材的术语和定义、规格、分类和标记、技术要求、试验方法、检验规则及标志、包装、运输和贮存。该标准适用于以膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、泡沫混凝土、菱镁制品等材料制成、填充在防火门内的无机板材。
(2)《填筑用泡沫混凝土》,该标准于2018年启动制定工作,预计2020年完成编制工作申请报批。该标准将针对填筑用泡沫混凝土的多项特殊技术性能指标制定标准规范要求和准确试验方法,将适用于建筑物填筑、建材制品填充、建筑基坑填充、管线回填、地下结构减荷填充、矿山及采空区回填、地下填筑工程等所使用的填筑用泡沫混凝土。
(3)《公路工程用泡沫混凝土》,该标准于2018年启动制定工作,预计2020年完成编制工作申请报批。该标准将针对公路工程的特殊需求,规范新建路堤工程、路堤拓宽工程、地质灾害与工程病害处置等公路工程中泡沫混凝土的应用。
(4)《钢网模泡沫混凝土轻钢龙骨复合墙体应用技术规程》,该标准于2019年8月由工信部批准立项,2019年底启动标准起草制定工作,预计2021年完成编制工作申请报批。该标准针对创新技术钢网模泡沫混凝土轻钢龙骨复合墙体,针对其特有的钢网、轻钢龙骨、现浇泡沫混凝土三位一体结构,制定施工标准规范要求和关键材料技术性能要求及准确试验方法,用于规范和指导该技术的应用推广。该标准将适用于以钢网模泡沫混凝土轻钢龙骨复合墙体作为民用建筑与一般工业建筑中自承重内隔墙、自保温或复合保温外墙的设计、施工及质量验收。
以上正在制定的国家建材行业标准均由CCPA泡沫混凝土分会建设单位建筑材料工业技术监督研究中心负责牵头主持起草编制,泡沫混凝土分会全力支持协助标准编制工作。
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