干混砂漿生產工藝流程

干混砂漿生產是各種原材料在干燥, 松散的狀態(tài)下處理的. 這些原材料統(tǒng)稱為散體物料, 具體指的是粉狀, 顆粒狀松散堆積的材料. 在建筑材料干混砂漿中常用的顆粒直徑為0-5毫米.

1.1      工藝流程技術

干混砂漿工業(yè)技術的基礎是力學工藝流程技術(mechanische Verfahrenstechnik/mechanical processing technique). 它是針對不同物料的特性要求相適應的基礎處理方法和機器設備. 就散體物料而言, 其基本的處理工藝有

´            儲存

´            輸送, 提升

´            分級篩分

´            均勻混合

´            計量稱著

´            破碎, 碾磨

´            分離

´            清洗

´            烘干(涉及熱力學處理工藝)

各種物料的特性研究和描述是散體物料力學(Schuettgutmechanik/Bulk solids mechanics)的范疇, 它是力學工藝流程技術的理論基礎. 散體物料和流體, 固體不一樣, 有許多特異的性能如砂對筒倉壁面產生的壓力和液體不一樣. 它不會直線增加. 到目前為止, 散體物料力學還是半經驗科學, 主要是采用試驗手段, 通過相似力學, 統(tǒng)計學和數(shù)學建模來描述其特性和工程. 現(xiàn)代計算機的高速發(fā)展也給其研究提供了新的方法, 如散體顆粒采用隨機過程力學模型的計算模擬固-氣兩相管流等.

1.2      干混砂漿的散體物料特性

在干混砂漿中用到的許多不同的散體材料, 其中以下的的物理特性對于工藝和設備選型非常主要:

- 流動性

- 流化性

- 固體密度和散裝密度

- 顆粒大小和分布

- 顆粒的形狀

- 磨損性

這些特性決定著在干混砂漿生產工藝流程及方案的設計, 設備的選型, 比如干砂機,篩分機的選型, 物料的輸送, 料倉卸料是否順利, 結橋如何處理,計量裝置中如何考慮解決時壓效應給計量精度帶來的負作用. 除此之外, 考慮干混砂漿中常常加入纖維如何分散, 包裝機的選型等等.

首先我們談談原材料中的骨料之一的砂石, 大多數(shù)干粉產品其含砂量達60%至80%, 所以它來源和成分以及物理特性不但對最終產品的質量是否符合規(guī)定合要求, 同時對生產設備的設計和選型, 以及后續(xù)的應用施工比如機械化施工中產生的磨損, 壓力損失均有不可低估的影響.

a) 集料

砂石骨料主要是石英砂，河砂，破碎的石灰石等. 在使用前必須檢驗其雜質含量及顆粒大小分布，含雜質的砂必須沖洗烘干; 其最后的濕度必須小于0.5%. 烘干好的,干燥的河砂粗砂(d>1.0 mm)流動性比較好, 砂的顆粒形狀為園角, 堆積角度小. 這些特性除對最終產品本身的影響外, 還對干燥機和篩分機的選型和設計都有重要影響. 此外, 這類砂做成的干混砂漿施工性能好, 在后續(xù)的施工機器的水灰均混, 泵送和噴涂時比機制砂要好. 在作配方試驗應檢驗其粒徑分布曲線, 而且盡可能使用生產篩分機篩分的砂石, 避免配方誤差.

b) 膠結材料和填料

其次是膠結材料和填料. 膠結材料的作用是將砂之內顆粒粘在一起， 凝固后產生一定的強度. 如前面所列舉的膠結材料主要有水泥，石膏，石灰,等. 使用不同膠結材料會直接影響成品的性能如防水, 收縮, 強度等. 所以, 對其品質必須進行進廠檢驗, 以保證和在實驗室所作配方要求一致. 對白水泥還要求進行色度檢驗. 石灰石粉, 粉煤灰(有活性)等主要用來作填料. 這些粉狀的材料大多數(shù)流動性比干燥的砂差, 而且具有時效性, 如在流化狀態(tài)不同的情況下其散體密度和時間相關, 流動性由于時效性在不同的壓力下而不同. 這些特性在筒倉的設計, 計量輸送螺旋的設計以及工藝上要求的清洗要特別考慮.

c) 輕質骨料

還有一類輕質骨料如膨脹珍珠巖, 發(fā)泡EPS顆粒, 蛭石, 發(fā)泡微珠等, 它們的特性主要是容重, 傳熱系數(shù),顆粒大小, 強度, 吸水性等. 由于這些特性使得其計量方式更復雜一些, 比如通常需要附加體積計量稱. 對混合機的要求和動力參數(shù)也不一樣. 例如膨脹珍珠巖易碎, 在工藝上要盡可能避免多余的環(huán)節(jié), 混合時間不易過長. 在使用發(fā)泡EPS顆粒時注意其顆粒形狀和大小分布, 選用合適的包裝, 避免離析.

d) 化學添加劑

干混砂漿中使用的高效化學添加劑如高分子聚合物等均以微量加入. 它極大地提高了最終產品的性能, 還可以增加新的功能, 擴大了應用范圍. 市面上化學添加劑有兩種形式：固體粉末狀的和液體的. 液體添加劑必須以噴霧式加入攪拌. 添加劑是以微量來進行計量的，通常是以一比一千至萬的數(shù)量級的比例進行混合. 所以計量和攪拌的精確均勻是非常關鍵的. 除上面提到的特性外, 添加劑的使用要考慮溫度. 要在添加劑供貨商給定的工作溫度范圍內使用包括儲運等環(huán)節(jié). 添加劑的流動性較差, 和工作溫度有關.

e) 顏料和纖維

我們所看見的那些絢麗多彩，富有個性建筑物要用到的彩色裝飾干粉產品. 在復合配制這些干粉時主要使用對人體無害, 自然的礦物顏料粉末. 質量好的顏料顆粒微小均勻. 所以顏料粉末顆粒吸附在一起, 必須使用特殊的攪拌方法使之均勻分散在其他骨料顆粒上, 形成鮮艷的色彩. 這里人們使用高速刀片混合技術, 還能節(jié)省顏料. 高速刀片還可以用來分散纖維. 人們使用耐堿纖維來增強產品的抗裂強度. 在不適當?shù)厥褂美w維和工藝欠缺時, 會產生如料倉堵塞, 纖維結團等影響生產和質量的嚴重問題.

表二. 最終產品干混砂漿的性能要求:

這些性能和配方, 原材料, 生產過程以及施工密切相關.

1.3      干混砂漿生產基本工藝流程

干混砂漿的生產過程主要分三部分：

1)    砂預處理包括采石場，破碎，干燥，(碾磨)，篩分，儲存. 若有河砂，則只須干燥，篩分. 然后

a)      砂倉儲。

b)      膠結料,填料以及添加劑的倉儲

2)    配料計量稱重

3)    高效均勻混合

4)    包裝和/或散裝.

5)    全自動過程電腦控制系統(tǒng)

原材料對干粉產品的質量有至關重要的影響.按使用要求不同, 需要哪些原材料和對這些原材料的要求也有所不同.

圖 2‑1干混砂漿基本工藝流程

干粉料生產廠按要求及市場不同有不同方案. 常用的是塔式工藝布局，將所有預處理好的原料提升到原料筒倉頂部，依靠原料自身的重量自然從料倉中流出，經稱量、配料、混合、包裝等工序后成為最終產品。全部生產是在現(xiàn)代化的微機控制系統(tǒng)操作下完成的. 操作人員只要指定產品的類型與數(shù)量，其余操作全部由控制系統(tǒng)自動完成，無需人工干預。全部采用密閉的生產系統(tǒng)設備，不但現(xiàn)場清潔，無粉塵污染，保證了工人的健康. 設備為模塊式結構, 生產容量能和市場的發(fā)展相銜接、配料精度高, 使用靈活和便于擴展等優(yōu)點.

1.4      流程工藝要求

工藝方案的設計和眾多因素有關, 首先是投資者選擇的市場, 通過市場分析導出市場定位和產品綱領, 然后確定前期的主要產品, 綜合為商務參數(shù).  接下來是具體的工藝參數(shù). 從而導出相應的具體工藝要求:

-        原材料 (堆放, 濕度, 溫度, 干燥度, 顆粒度, 流動性, 時效性, 磨損性, 腐蝕性)

-        倉儲要求(體積, 高度, 可靠性(破拱要求), 安全性)

-        輸送過程(可靠性, 安全性, 密封要求, 除塵要求, 經濟性)

-        產品質量要求(計量, 混合精度要求, 物料污染許可度)

-        機器設備(自動化程度, 實用性, 維護性, 培訓要求, 使用可靠性)

-        場地條件(勞力, 高度限制, 地質條件, 環(huán)保要求, 交通狀況)

這些將影響干混砂漿生產線的整體和各環(huán)節(jié)的工藝過程參數(shù)的確定和設備的正確選型. 正確適合的方案工藝設計在保證產品質量可靠安全的生產, 同時可以避免后遺癥(如多余的設備, 多余的處理, 錯誤的工藝順序造成拆了重建等等), 擴充時對現(xiàn)有生產不影響或較少影響, 節(jié)省造價(比如盡可能將錢化在刀刃, 設備部件, 元器件等, 盡可能降低基礎建設等). 同樣, 正確的設備選型和優(yōu)化的設計即可以保證工程質量, 還可以節(jié)省大量資金.

1.5      市場分析

通過近幾年國內干混砂漿市場的觀察主要有以下市場動力:

•   隨著住房改革以及人們對住房的建筑質量, 房屋的美觀和居住舒適度的要求提高, 必能 促進對新建筑技術以及新型建筑材料的需求. 在建筑裝飾方面, 因國家對材料價格沒有定額要求規(guī)定, 所以, 按個人要求和購買能力不同, 可以使用高級方案和材料, 也可以使用普通裝飾. 特別是人們對環(huán)保和健康居住的進一步認識, 新型的綠色無毒自然材料普遍被接受. 這就給內外墻眾多質感豐富, 多種功能的彩色飾面干混砂漿, 瓷磚磁板粘結干粉以及其彩色溝縫干粉帶來了廣闊的應用前景.

•   新型節(jié)能墻體材料普遍在許多大中城市使用, 并不斷向全國各地推廣. 許多新產品比如加氣混凝土, 輕質陶�？招拇u,空心粉煤灰砌塊等等的生產應用不但提高施工建筑質量, 改善墻體隔熱性能和透氣性能, 還解決了諸如粉煤灰環(huán)保的問題. 真正做到利廢節(jié)能的目的. 目前使用現(xiàn)場攪拌干粉存在的漏水, 裂縫, 粘結強度低,剝落等工程質量問題只有專用干混砂漿才能解決. 這類砌磚抹灰干粉加上地面干粉在建筑用干粉用量中占的比例最大. 配合建筑物流系統(tǒng)和施工機器將給建筑業(yè)巨大的推動力. 一個1百萬人口的城市,  按保守估算其干粉的需求量達25萬噸/年. 由于受區(qū)域運輸?shù)慕洕�性限�? 這類干混砂漿生產工廠必將在全國各地區(qū)設立, 形成具有強大生命力的新產業(yè).

•   墻體隔熱復合系統(tǒng)和保溫砂漿越來越多地采用無機粘結干粉和防水防潮飾面彩色干粉. 建筑物的隔熱和新型墻體材料一樣屬國家鼓勵推廣項目之一. 通過保溫隔熱系統(tǒng)可以使現(xiàn)在的房屋節(jié)能50%以上. 特別是在寒冷的北方隔熱保溫必不可少. 已有適合全國的國家保溫節(jié)能標準. 其市場非常廣大. 該技術首先在我國的北京, 目前已全國其它地區(qū)使用推廣中.

•  工程中許多特殊干粉修補, 快干, 仿古干粉, 硬化地面粉等, 其用量不如砌磚抹灰干粉大, 但應用廣泛. 配制這類干粉同樣需要豐富的經驗以及大量的實驗. 其市場售價也較高.

干混砂漿的市場開拓是成功與否最關鍵的. 由于建筑干粉是服務性極強的產品. 所以市場的開拓首先要有配套產品服務比如施工指導, 配方開發(fā), 機器租賃; 這就要求不斷地對自己的人員和客戶進行產品和施工技術的培訓. 其次是和配套產品廠商聯(lián)合營銷,如磁板, 砌塊生產商; 給用戶一個完整的解決方法. 合理的市場價格的確定也是非常重要的. 下面我們給出在德國市場干粉的售價和水泥售價的比, 以供參考:

表三. 歐洲成熟市場銷售價格范圍

產品生產成本和成本控制是市場開拓中非常重要的一環(huán). 每一個生產商必須非常清楚地知道自己的成本.從而制訂銷售策略.

1.6      干混砂漿的產品綱領

正是由于干粉建材復合配方性使得新產品層出不窮, 大多數(shù)投資者希望一次到位, 但實際中是不現(xiàn)實的. 我們在以后會提到干混砂漿的對服務的重要性. 在不成熟的市場, 恰恰是干混砂漿產品本身的特性需要相應的市場推廣模式. 經驗表明, 在投資初期, 專業(yè)性是非常必要的. 所有, 必須根據(jù)自身的資金,資源和當?shù)厥袌龇治鰜肀容^選擇的產品的商業(yè)模式, 最后確定最優(yōu)的方案. 在確定產品綱領考慮以下因素是有必要的:

-        原材料優(yōu)勢

-        優(yōu)惠政策

-        市場資源

-        資金資源

-        分期發(fā)展

下圖我們給出干混砂漿產品的延伸系列品種

圖 2‑2 豐富多彩的干混砂漿產品

1.7      產品結構和方案

選擇產品結構當然首先應考慮市場的需求. 選擇國家鼓勵提倡的產品. 以下我們考慮其中的幾個典型的產品方案.

(一) 墻體隔熱復合系統(tǒng)建筑干粉系列

商品干混砂漿率先在上海市推廣使用. 為了使干混砂漿相對現(xiàn)場攪拌砂漿有競爭力, 在滿足砂漿標準的前提下, 開發(fā)應用了一種稱為商品砂漿稠化粉的復合材料. 砂漿在生產中由水泥, 干砂, 粉煤灰或鋼渣粉加稠化粉混合而成. 這樣的干混砂漿視強度等級不同在上海的銷售價格約230-280元/噸.

商品干混砂漿指的是砌筑, 抹灰和地坪砂漿不同的強度等級. 所有的原材料均為散裝供應. 普通砂漿的量的比例占整個干混砂漿材料的80%, 所以其商業(yè)理性模式是: 大量+散裝.

考慮國情以及最簡單的管理, 推廣商品砂漿的合理方案是專題產品方案, 即設計最適合作普通砂漿的設備, 做單一的, 專業(yè)的, 好的產品.

(二) 墻體隔熱復合系統(tǒng)建筑干粉系列

墻體隔熱復合系統(tǒng)建筑干粉系列是高附加值的技術產品. 不認是在舊房改造, 還是在建筑新房, 其隔熱節(jié)能效果超過50%. 聚合物改良水泥基保溫板粘結干粉尚在推廣中, 其市場前景十分看好. 尤其在北方地區(qū)迫切需要. 墻體隔熱復合系統(tǒng)建筑干粉系列主要包括:

·        基體預處理干粉(找平, 改善基體表面吸附性等)

·        保溫板粘結和加固干粉

·        保溫板(發(fā)泡聚苯乙烯板, 巖棉保溫板等)

·        加固玻璃纖維網(wǎng)格

·        表面防水彩色裝飾干粉

與之補充產品有:

·        瓷磚磁板粘結劑

·        瓷磚磁板溝縫

·        薄層彩色飾面干粉

施工指導和基體表面相應的干粉改性屬于非常重要的銷售服務. 墻體保溫復合干粉系列的用量每平方米約12公斤. 按照年施工面積100平方米估算, 其用量約12000噸/年.

圖 2‑4 墻體及隔熱方法

圖 2‑5干混砂漿在建筑節(jié)能中的應用一保溫層的溫度分布

圖 2‑6干混砂漿在建筑節(jié)能中的應用二 保溫體系裝飾的多樣化

此外還有保溫砂漿隔熱系統(tǒng). 對于外墻很不平整如一些老房屋但有使用或保留價值，或使用新型保溫砌塊如空心砌塊，加氣混凝土砌塊等，其本身具有很好的絕熱性，這類墻體使用保溫砂漿一是能夠達到標準要求規(guī)定的傳熱系數(shù)，二是施工極為方便，便以機械化施工，使很多有居住價值的老房屋通過翻修達到幾乎接近新房的居住質量，節(jié)省大批資金.

各種不同保溫干粉砂漿按其配方不同和使用的原料不一樣，好的能達到導熱系數(shù)接近0.06W/mK，一般保溫干粉砂漿能達到0.07W/mK. 這類砂漿用量較大.

表四. 保溫砂漿組合估算

總厚度=320毫米, k-值=0.49W/(m²K).

同樣滿足德國95熱保護規(guī)范. 如果只加2厘米保溫砂漿則能滿足北京地區(qū)節(jié)能規(guī)劃(k=0.72W/m²K<0.82W/m²K).

從以上的隔熱系列估算, 我們很容易看到, 保溫砂漿的應用潛力. 特別是隨著新型輕質隔熱墻體材料在我國的不斷開發(fā)和應用, 與之相應的干粉砂漿系列的發(fā)展也必不可少. 比如, 使用現(xiàn)場攪拌的砌筑砂漿和抹灰砂漿用于混凝土砌塊, 通常會出現(xiàn)粘結不牢, 墻面龜裂, 滲水等問題. 專用干粉砂漿在配制時就考慮到所用基材的表面密致平整度, 表面吸水性, 熱膨脹系數(shù)等.

圖 2‑7  EPS-保溫砂漿

綜合起來, 我們可以看到, 隔熱系統(tǒng)因地區(qū)隔熱規(guī)范要求不同, 組合的砂漿系列也不一樣. 關鍵的是開發(fā)適合于區(qū)域發(fā)展的, 和墻體材料結合起來的干粉砂漿系列, 能夠解決工程實際問題,達到保溫節(jié)能的目的. 提高居住質量.

(三)新型墻體材料專用建筑干粉系列

新型節(jié)能墻體材料普及需要相應的專用建筑干粉系列. 特別適合這類墻體材料的建筑干粉系列包括:

·        薄床砌筑干粉

·        輕質砌筑干粉

·        輕質抹灰干粉

·        保溫干粉(添加膨脹珍珠巖粉, EPS顆粒)

·        外墻防水彩色飾面干粉

·        內墻膩子, 薄層彩色飾面干粉

這類干粉用量很大, 建議生產線的年產量在1-5萬噸, 5-10萬噸, 15-20萬噸. 市場需求量大的大中型城市. 應配有成套建筑干粉倉儲運輸輸送物流系統(tǒng)和施工機器, 配合散裝料的銷售. 低于5萬噸的生產線建議適合專門生產外墻保溫裝飾干粉系列.

1.8      投資建廠商務參數(shù)

按照前面方法確定了投資市場后, 接下來我們必須確定建廠的商務參數(shù)

-         建廠地址選擇

-         產品綱領和每個產品的銷售額

-         每個產品的最高銷價

-         打折、運輸以及其他收益的減少

-         基本配方中原材料價格

-         銷售費用和附加費

-         運費

-         損耗和利息

-         其他費用、維修調試等

-         稅收

1.9      干混砂漿生產工藝參數(shù)

投資方案的確定除市場外, 其生產線的選型須考慮以下干混砂漿生產形成工藝參數(shù):

           產品范圍，品種和產量

           每小時產量

           按實際配方所需的原材料筒倉和添加劑筒倉

           原材料筒倉體積

           配料、稱重精度，混合流程

           包裝產品產量和/或散裝重

           確定生產流程和運輸流程

           確定生產自動化程度——全自動、半自動、人工操作

           生產設備與計算機系統(tǒng)的連接.

正確生產工藝包括所有散體物料處理環(huán)節(jié)是保證生產的可靠性, 提高計量精度以及產品最終質量的基礎.下面將重點闡述了計量稱重和混合過程的系統(tǒng)參數(shù)和要求. 分析計量的精度和混合的均勻性是系統(tǒng)參數(shù).正確應用檢測標準來衡量計量的精度和混合的均勻性. 檢測的量化是一統(tǒng)計參數(shù).