美国烧结砖的生产与应用

   日期:2018-07-09     作者:张文法    浏览:246    
核心提示:美国的建筑建材市场是一个比较成熟和稳定的市场,因而美国烧结砖的生产和销售也往往处于稳中有升的局面。虽然2007年和2008年受次


美国的建筑建材市场是一个比较成熟和稳定的市场,因而美国烧结砖的生产和销售也往往处于稳中有升的局面。虽然2007年和2008年受次贷危机的影响处于低谷,但是近十几年来整体来说是处于上升通道。美国砖瓦业的质量管理体系、生产工艺过程和管理体系、砖瓦产品的应用体系等方面,都应该值得引起中国同行的密切关注、认真研究和借鉴学习。

 

一、 近十几年美国烧结砖的生产和销售

中国有的人去美国考察后有一个错误的结论,在几个大城市看到的使用烧结制品的建筑物比较少,因而认为:美国取消了烧结制品。其实不然,根据美国制砖协会的统计数据,美国不但没有取消烧结制品,反而是生产量和使用量逐年在增加。

美国的建筑市场每年的总需求约为2200亿美元,包括钢材、水泥、玻璃、塑钢、涂料、装饰材料、墙体材料等等所有的原料与材料,其中用烧结装饰砖砌墙部分的市场总需求约为200亿美元,占每年建筑市场总需求的十一分之一。

美国的制砖工业目前有84家公司205个制砖厂,加拿大有4家公司10个制砖厂,在美国和加拿大的烧结砖销售商总共有400-500家。

美国200多个制砖厂每年的生产能力为99亿块标砖(美国标准砖尺寸:: 90 mm,: 57 mm,: 190 mm),每年的生产量如下表:

1  近十几年美国烧结砖的产量

年份

产量(亿块美国标砖)

年份

产量(亿块美国标砖)

1992

60.3

2000

90.3

1993

68.0

2001

82.1

1994

71.5

2002

85.0

1995

70.1

2003

85.1

1996

74.3

2004

93.9

1997

78.4

2005

93.7

1998

80.6

2006

87.7

1999

85.5

2007

66.9

 

从上表看出,近十几年美国烧结转的产量逐步上升,2004年和2005年几乎与生产能力持平。

当然美国烧结转的产量与用量并不是一直是呈直线上升,也有高峰与低谷的年份。房地产市场较好就带动了美国烧结转的产量与用量处于高峰状态,反之将处于低谷。2007年由于受次贷危机影响,已经转向低谷。2008年无具体数据,可能与2007年差不多。2009年已经处于回升趋势。

美国的烧结砖大部分用于清水墙的承重装饰,而不是单单用于填充使用。他们认为,烧结砖是一种高级的自然的很有特色的墙体装饰材料,如果仅仅用在墙体内部用做填充材料,或者不求质量只是滥竽充数,那才是极大的浪费和犯罪。所以美国的墙体结构体系都是复合墙体系,这在后面专门叙述。从表2中的数字可以看出美国烧结砖的产品结构。

2  美国烧结砖的产品结构

出厂产品种类

占产品的百分比

面砖(承重装饰砖,空心砖)

85

空心砖(非承重装饰砖,薄壁大孔洞)

9

建筑砖

1

铺路砖(实心砖)

3

其它:光滑面、下水道砖、薄片砖等

2

 

二、美国烧结砖的产品质量

美国是一个法制国家,法律法规数不胜数,但是并没有一部国家法规针对烧结砖的。他们认为这不是政府应该管的事情。谁来管呢?答案是行业协会和国家标准。

其实,美国对烧结砖质量的内在要求很严,对抗压强度、抗折强度、吸水率、抗冻融性和尺寸误差等都有明确的标准。特别是吸水率很关键,如果烧结砖的吸水率能够达到8%,其它指标就很容易通过;如果吸水率达不到这个指标,其它指标必须严格测试,检验手续就很麻烦。吸水率的指标一方面能反映烧结砖的抗冻融性和强度,同时也能反映烧结砖的自洁性。因此他们检验烧结砖的质量,首先要看吸水率。

美国对于烧结砖的外观反倒没有要求,不要求颜色一致,不要求表面光滑。实际上人们追求的是颜色越自然越特殊越好,表面越粗糙越好,反映了美国人追求个性、追求自然、追求仿古的性格。

他们之所以这样做,道理也很简单。烧结砖是作为外装饰面或者铺路使用的,首要的标准是安全,绝对不允许因为质量问题断裂掉下来砸死人的事故发生。在烧结砖的外表绝对不需要,也没有必要再贴釉面砖或水刷石。美国也有工厂专门生产釉面砖,但必须是整体的,即在一般的砖体表面再施一层釉,然后一起烧成。

美国ASTM标准中针对烧结制品制定的有十来个,每一个标准都有明确的严格的规定,现从有关标准中摘抄两项列表以下:

 

3.美国烧结砖有关标准的部分参数

项  目

烧结多孔砖标准

烧结铺路砖标准

美国标准

ASTM C 216-92d

常用SW

ASTM C 902-92

常用SX级

原  料

粘土、页岩

或其它矿物

粘土、页岩

或其它矿物

抗压强度平均值(MPa

不能低于20.0 MPa

 

不能低于55.2 MPa

冷水吸水率平均值 (%)

最大8%

单块最大不能超过10%

最大8%

单块最大不能超过10%

 

在原料一栏中有“粘土、页岩”(Clay,Shale)的用词,并没有说要禁止使用粘土制砖。粘土(Clay)是一个广义的词汇,它并不等于“土壤”或者“耕地土”,严格说来,它也包括页岩(Shale),它是一种含水铝硅酸盐产物,是由地壳中含长石类岩石经过长期风化和地质的作用而生成的,在自然界中分布广泛,种类繁多,藏量丰富,是一种宝贵的天然资源。它主要有瓷土、陶土和耐火土粘土等三类。根据矿物的结构与组成的不同,陶瓷工业所用粘土中的主要粘土矿物有高岭石类、蒙脱石类和伊利石(水云母)等三种,另外还有较少见的水铝石。因此粘土是烧制粗陶、细陶和工业陶瓷的最基本的基础原料。如果把禁止粘土制砖列为一条禁令,那实在是不明智和错误的决定。

实际上在美国生产和工程中对烧结砖的要求比标准还要高,有的要求铺路砖抗压强度高达80 - 100 MPa,吸水率有的要求低于6%。同时对于尺寸要求也严格得多。

美国的标准模数砖或者标准承重空心砖,他们一般称为面砖,主要用于楼房和别墅的内外清水墙的砌筑,是量大面广的砖型。因为一般复合墙体内都有单独的保温层,因此对烧结砖孔型无要求,一般常用三个圆孔,孔洞率约25%。既然对孔型无要求,那么最简单的圆形或椭圆孔模具可靠性和寿命最高,模具制造方便,既能满足市场需要,又能节省成本,因而应用最普遍。这就是为什么美国的大部分承重空心砖是三孔砖的原因。该种砖的抗压强度一般20MPa以上、有的要求不低于50 Mpa,吸水率不能低于8%。他们就这样在复合墙体中一直使用了两百来年,从来没有听说过这样的孔型不符合保温要求,因为它的主要作用不是用来保温的。

 

、美国烧结砖的制造工艺和装备

    美国200多个烧结砖制造工厂,大部分是大中型工厂,小型工厂早已被淘汰。平均每个工厂每年的生产能力为5370块标准美国砖,实际每个工厂的每年平均产量为4690块标准美国砖,产能比为87.3%。平均每个工厂的职工数为112人。小型工厂的淘汰不是靠政府的指令,而是靠市场的选择、靠质量的竞争、靠服务客户的水平。

根据2007年的报告显示,在砖坯成型方法方面,大部分美国烧结砖制造工厂都采用真空挤出成型法,约占95.9%;而采用模压成型的工厂只有3.7%;采用干压成型的工厂只有一两家,占0.4%。这主要是由于真空挤出成型法能够生产出高质量的品种繁多的面砖和地砖。

大部分美国烧结砖制造工厂都采用隧道窑焙烧,绝对找不到使用的轮窑美国烧结砖窑炉使用的燃料种类大部分为天然气,约占工厂总数的65.9%;有10.8%的工厂使用锯末做燃料,9.6%的工厂使用煤,7.8%的工厂使用燃油,5.9%的工厂使用液化石油气。

统计数据显示,美国在砖坯和成品砖的处理设备方面既有自动操作方式,也有手动操作方式。码坯设备自动操作方式有122台套,手动操作方式有52台套,可见自动操作方式多于手动操作方式卸砖设备自动操作方式有54台套,手动操作方式有118台套,可见在成品砖卸载方面手动操作方式多于自动操作方式。近十多年虽有长足的发展,但是手动操作方式仍然存在,这主要由于一些工厂生产的产品品种太多,使用自动操作方式反倒不方便。

美国没有建材设计院之类的机构,在建设一个新的烧结砖工厂时,只要有机械设备公司和制砖窑炉公司两家的合作就可完成。机械设备公司负责原料制备和湿坯成型的机器,窑炉公司负责切码运设备和制砖窑炉设计及建造。美国的制砖窑炉公司有多家,例如美国SD国际窑炉公司、美国Harrop窑炉公司等,但是美国的制砖机械设备公司大型的只有美国斯蒂尔公司一家。

上面谈到,在美国烧结砖制造工厂中采用真空挤出成型法的占95.9%。而在这些工厂中99%的生产设备采用的是美国斯蒂尔公司的硬塑挤出成型机器。美国斯蒂尔公司创建于1889年,家族性私有公司,是硬塑挤出成型技术和设备的发明者,专门致力于设计研发和生产硬塑挤出成型设备和原料粉碎、原料处理设备。现有几千台套设备在世界五十余国运行。在澳大利亚、中国、南非设有分公司,德国翰德乐公司、丹麦皮特森公司是美国斯蒂尔公司的控股公司。在美国这样竞争激烈的社会,斯蒂尔公司之所以能够独占鳌头并发展成一个跨国公司,是因为有硬塑挤出成型技术做基础,同时又实施了一套独有的有效的质量管理模式。

 

四、美国烧结砖的应用

在美国,烧结砖很少做填充使用。他们对把烧结砖用于填充墙材使用很不理解、很不赞同,在他们看来,那么昂贵的砖,那么漂亮有韵味的产品,那么舒适的绿色建材,怎么能够稀里糊涂地砌到墙内,而且外表再花一笔冤枉钱贴釉面砖或水刷石呢?当然,烧结砖用于面砖(即清水墙装饰砖)的前提条件是烧结砖的质量必须保证。

众所周知,烧结砖墙体建筑的历史十分悠久,框架结构仅仅开始于1900年代。虽然现在在美国的商业建筑和公共建筑中钢和混凝土框架占优势,在住宅建筑中木框架占优势(钢框架在住宅建筑中刚开始并有小幅上升),但是做为外墙装饰材料,烧结砖是以高档、自然、绿色环保、尊贵、显示身份来使用的。因而只有在高档别墅区、高档住宅区、大型公共建筑,如教堂、商场、大学等才用得起烧结砖。在美国,烧结砖产量的90用于外墙装饰,外墙装饰砖的80用于住宅。见表8。

4  美国烧结砖的应用去向

应用去向

出厂数额的百分比

住宅

77%

非住宅

20%

非建筑物(围墙、地砖、绿化等)

3%

    

百分之七十七的住宅建筑中独栋别墅建筑占80%联体别墅建筑占19%,其它非建筑物占1%

在百分之二十的非住宅建筑中商业楼占46%工业建筑占6%公共建筑占47%,其它非建筑物占1%

美国的历史很短,许多人反倒崇尚古代的、自然的、质朴的东西。作为建筑材料的烧结砖,在他们看来不仅仅是满足建筑物的结构需要,而更重要的是要满足人们的欣赏、享受的需要,因而烧结砖更是一种艺术品、装饰品。一幢有品位的建筑物是一幅永恒的图画,是一首凝固的音乐。他们对砖的需求并不苛求其保温性能(已有保温层),而对砖的质量(强度和吸水率)和作为清水墙的表面装饰效果却十分在乎。同时烧结砖建筑物还有保温好、冬暖夏凉、居住舒适、没有光和声音污染、不易失火、保险费用低、结实维修费用低等特点,所以烧结砖使用越多的建筑物价格越高。许多制砖厂的广告宣传也反映了美国人的这种心理,例如我的砖能使你的家变成一座古城堡我的艺术砖能让你享受宫殿的感觉等等。砖表面凡是越光滑、颜色越一致单一的,就越没有用户,越卖不出去。现在这种光面、颜色单一的烧结砖已经绝迹。砖表面越是粗糙、颜色变化无常的、越是仿古的越是吃香,越是得到用户的喜爱,价格就越卖得高。人们观念的不同已经形成一种市场需求。例如那种表面光滑颜色一致的红砖,只能卖0.20美元/块,而经过二次加工,诸如拉毛、滚花、滚凹坑、颜料等烧成的砖,能卖0.30-0.40美元/块。

在美国广泛应用的烧结铺路砖铺成的广场、人车混用道路、人行道、别墅庭院或者室内地面,比水泥砖地面更上档次、更接近自然、更经久耐用、更显尊贵,因此其市场价格比水泥砖要贵许多。符合要求的烧结铺路砖在美国的价格一般在0.4-0.5美元/块。

 

五、美国烧结砖复合墙体系与建筑节能

美国的烧结砖装饰墙有一套单独的建筑体系,这套建筑体系应该值得中国的建筑有关部门进行研究和学习。

烧结砖装饰墙基本由三部分组成:外部的烧结装饰砖墙、中间的隔热层和金属固定件、内部的衬墙。

做为外装饰砖的衬墙,可以是混凝土砌块结构,也可以是轻钢龙骨结构,也可以是木结构。

1表示出衬墙是混凝土砌块结构的外装饰砖的组成与固定。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 一种烧结装饰砖墙的组成与固定

 

钢结构衬墙和木结构衬墙的组成与图1所示的混凝土砌块结构衬墙的组成原理相同,但具体结构有所不同。

在施工时一般先建好衬墙,然后在地基或钢架上砌烧结装饰砖,同时铺装中间的保温层和金属固定件。

这样的混合结构体系有诸多优点,充分做到了物尽其才、各尽所用。如果说要建筑节能,其实这种体系最容易达标。

许多专家都十分推崇欧洲的保温砌块。现在以欧洲保温性能最好的小孔保温砌块砌墙为例,它能达到较好的保温性能,量化用欧洲的传热系数来表达,即U=0.28这样较好的保温性。利用这样的保温砌块砌墙的厚度应该是不能低于365毫米。

对于传热系数U=0.28等效的美国热阻系数R值(U=5.682/R应该是 R=20。在美国使用复合墙体系来达到热阻系数R=20的示意图如图2。

 

2 达到热阻系数R=20的示意图

 

2是典型的美国烧结砖复合墙体系结构。最外部用烧结装饰砖,保温层主要靠玻璃棉,墙的总厚度为225毫米,比欧洲的减少了140毫米。

从经济性讲,专业人士评估欧洲和美国两种体系差不多,但我们尚缺乏具体的数字对比,有待进一步做深入研究。

 

六、

我们不能也不可能照搬美国的烧结砖生产和应用,写本文的目的是要了解别人,向别人学习,以便吸收那些有益的东西。以下几条是显而易见的:

1、近十几年美国的烧结制品不但没有取消,而是生产量和使用量逐年增加。烧结制品在整个建筑市场中占有很重要的份额,扮演着很重要的角色。

2、烧结砖是最环保、历史最悠久也最可靠最成熟、最节省资源和最节省能源的墙体材料产品。从美国的情况看,主要抓住两条:一是要把制砖原料看作是一种矿物,应由国土资源部门规划和管理,合理开采,有序开采,不能乱挖乱采;二是产品质量,这是根本,也是要害。要建成百年不衰的建筑物,没有高质量的墙体材料绝对做不到。只有制定严格的标准,才能提高整个行业的水平。不符合标准的产品绝对不能生产。

3、从产品应用看,强求一块烧结砖做到多种功能是不现实的,应该发挥其最有价值的一面,那就是烧结砖的自然、装饰、环保的特色。因此容易达到建筑节能的烧结砖复合墙体系应该引起重视和研究。

 

注:本文的统计数据引自美国制砖工业协会的有关报告。


 
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