干混砂浆生产工艺流程

干混砂浆生产是各种原材料在干燥, 松散的状态下处理的. 这些原材料统称为散体物料, 具体指的是粉状, 颗粒状松散堆积的材料. 在建筑材料干混砂浆中常用的颗粒直径为0-5毫米.

1.1      工艺流程技术

干混砂浆工业技术的基础是力学工艺流程技术(mechanische Verfahrenstechnik/mechanical processing technique). 它是针对不同物料的特性要求相适应的基础处理方法和机器设备. 就散体物料而言, 其基本的处理工艺有

´            储存

´            输送, 提升

´            分级筛分

´            均匀混合

´            计量称着

´            破碎, 碾磨

´            分离

´            清洗

´            烘干(涉及热力学处理工艺)

各种物料的特性研究和描述是散体物料力学(Schuettgutmechanik/Bulk solids mechanics)的范畴, 它是力学工艺流程技术的理论基础. 散体物料和流体, 固体不一样, 有许多特异的性能如砂对筒仓壁面产生的压力和液体不一样. 它不会直线增加. 到目前为止, 散体物料力学还是半经验科学, 主要是采用试验手段, 通过相似力学, 统计学和数学建模来描述其特性和工程. 现代计算机的高速发展也给其研究提供了新的方法, 如散体颗粒采用随机过程力学模型的计算模拟固-气两相管流等.

1.2      干混砂浆的散体物料特性

在干混砂浆中用到的许多不同的散体材料, 其中以下的的物理特性对于工艺和设备选型非常主要:

- 流动性

- 流化性

- 固体密度和散装密度

- 颗粒大小和分布

- 颗粒的形状

- 磨损性

这些特性决定着在干混砂浆生产工艺流程及方案的设计, 设备的选型, 比如干砂机,筛分机的选型, 物料的输送, 料仓卸料是否顺利, 结桥如何处理,计量装置中如何考虑解决时压效应给计量精度带来的负作用. 除此之外, 考虑干混砂浆中常常加入纤维如何分散, 包装机的选型等等.

首先我们谈谈原材料中的骨料之一的砂石, 大多数干粉产品其含砂量达60%至80%, 所以它来源和成分以及物理特性不但对最终产品的质量是否符合规定合要求, 同时对生产设备的设计和选型, 以及后续的应用施工比如机械化施工中产生的磨损, 压力损失均有不可低估的影响.

a) 集料

砂石骨料主要是石英砂，河砂，破碎的石灰石等. 在使用前必须检验其杂质含量及颗粒大小分布，含杂质的砂必须冲洗烘干; 其最后的湿度必须小于0.5%. 烘干好的,干燥的河砂粗砂(d>1.0 mm)流动性比较好, 砂的颗粒形状为园角, 堆积角度小. 这些特性除对最终产品本身的影响外, 还对干燥机和筛分机的选型和设计都有重要影响. 此外, 这类砂做成的干混砂浆施工性能好, 在后续的施工机器的水灰均混, 泵送和喷涂时比机制砂要好. 在作配方试验应检验其粒径分布曲线, 而且尽可能使用生产筛分机筛分的砂石, 避免配方误差.

b) 胶结材料和填料

其次是胶结材料和填料. 胶结材料的作用是将砂之内颗粒粘在一起， 凝固后产生一定的强度. 如前面所列举的胶结材料主要有水泥，石膏，石灰,等. 使用不同胶结材料会直接影响成品的性能如防水, 收缩, 强度等. 所以, 对其品质必须进行进厂检验, 以保证和在实验室所作配方要求一致. 对白水泥还要求进行色度检验. 石灰石粉, 粉煤灰(有活性)等主要用来作填料. 这些粉状的材料大多数流动性比干燥的砂差, 而且具有时效性, 如在流化状态不同的情况下其散体密度和时间相关, 流动性由于时效性在不同的压力下而不同. 这些特性在筒仓的设计, 计量输送螺旋的设计以及工艺上要求的清洗要特别考虑.

c) 轻质骨料

还有一类轻质骨料如膨胀珍珠岩, 发泡EPS颗粒, 蛭石, 发泡微珠等, 它们的特性主要是容重, 传热系数,颗粒大小, 强度, 吸水性等. 由于这些特性使得其计量方式更复杂一些, 比如通常需要附加体积计量称. 对混合机的要求和动力参数也不一样. 例如膨胀珍珠岩易碎, 在工艺上要尽可能避免多余的环节, 混合时间不易过长. 在使用发泡EPS颗粒时注意其颗粒形状和大小分布, 选用合适的包装, 避免离析.

d) 化学添加剂

干混砂浆中使用的高效化学添加剂如高分子聚合物等均以微量加入. 它极大地提高了最终产品的性能, 还可以增加新的功能, 扩大了应用范围. 市面上化学添加剂有两种形式：固体粉末状的和液体的. 液体添加剂必须以喷雾式加入搅拌. 添加剂是以微量来进行计量的，通常是以一比一千至万的数量级的比例进行混合. 所以计量和搅拌的精确均匀是非常关键的. 除上面提到的特性外, 添加剂的使用要考虑温度. 要在添加剂供货商给定的工作温度范围内使用包括储运等环节. 添加剂的流动性较差, 和工作温度有关.

e) 颜料和纤维

我们所看见的那些绚丽多彩，富有个性建筑物要用到的彩色装饰干粉产品. 在复合配制这些干粉时主要使用对人体无害, 自然的矿物颜料粉末. 质量好的颜料颗粒微小均匀. 所以颜料粉末颗粒吸附在一起, 必须使用特殊的搅拌方法使之均匀分散在其他骨料颗粒上, 形成鲜艳的色彩. 这里人们使用高速刀片混合技术, 还能节省颜料. 高速刀片还可以用来分散纤维. 人们使用耐碱纤维来增强产品的抗裂强度. 在不适当地使用纤维和工艺欠缺时, 会产生如料仓堵塞, 纤维结团等影响生产和质量的严重问题.

表二. 最终产品干混砂浆的性能要求:

这些性能和配方, 原材料, 生产过程以及施工密切相关.

1.3      干混砂浆生产基本工艺流程

干混砂浆的生产过程主要分三部分：

1)    砂预处理包括采石场，破碎，干燥，(碾磨)，筛分，储存. 若有河砂，则只须干燥，筛分. 然后

a)      砂仓储。

b)      胶结料,填料以及添加剂的仓储

2)    配料计量称重

3)    高效均匀混合

4)    包装和/或散装.

5)    全自动过程电脑控制系统

原材料对干粉产品的质量有至关重要的影响.按使用要求不同, 需要哪些原材料和对这些原材料的要求也有所不同.

图 2‑1干混砂浆基本工艺流程

干粉料生产厂按要求及市场不同有不同方案. 常用的是塔式工艺布局，将所有预处理好的原料提升到原料筒仓顶部，依靠原料自身的重量自然从料仓中流出，经称量、配料、混合、包装等工序后成为最终产品。全部生产是在现代化的微机控制系统操作下完成的. 操作人员只要指定产品的类型与数量，其余操作全部由控制系统自动完成，无需人工干预。全部采用密闭的生产系统设备，不但现场清洁，无粉尘污染，保证了工人的健康. 设备为模块式结构, 生产容量能和市场的发展相衔接、配料精度高, 使用灵活和便于扩展等优点.

1.4      流程工艺要求

工艺方案的设计和众多因素有关, 首先是投资者选择的市场, 通过市场分析导出市场定位和产品纲领, 然后确定前期的主要产品, 综合为商务参数.  接下来是具体的工艺参数. 从而导出相应的具体工艺要求:

-        原材料 (堆放, 湿度, 温度, 干燥度, 颗粒度, 流动性, 时效性, 磨损性, 腐蚀性)

-        仓储要求(体积, 高度, 可靠性(破拱要求), 安全性)

-        输送过程(可靠性, 安全性, 密封要求, 除尘要求, 经济性)

-        产品质量要求(计量, 混合精度要求, 物料污染许可度)

-        机器设备(自动化程度, 实用性, 维护性, 培训要求, 使用可靠性)

-        场地条件(劳力, 高度限制, 地质条件, 环保要求, 交通状况)

这些将影响干混砂浆生产线的整体和各环节的工艺过程参数的确定和设备的正确选型. 正确适合的方案工艺设计在保证产品质量可靠安全的生产, 同时可以避免后遗症(如多余的设备, 多余的处理, 错误的工艺顺序造成拆了重建等等), 扩充时对现有生产不影响或较少影响, 节省造价(比如尽可能将钱化在刀刃, 设备部件, 元器件等, 尽可能降低基础建设等). 同样, 正确的设备选型和优化的设计即可以保证工程质量, 还可以节省大量资金.

1.5      市场分析

通过近几年国内干混砂浆市场的观察主要有以下市场动力:

•   随着住房改革以及人们对住房的建筑质量, 房屋的美观和居住舒适度的要求提高, 必能 促进对新建筑技术以及新型建筑材料的需求. 在建筑装饰方面, 因国家对材料价格没有定额要求规定, 所以, 按个人要求和购买能力不同, 可以使用高级方案和材料, 也可以使用普通装饰. 特别是人们对环保和健康居住的进一步认识, 新型的绿色无毒自然材料普遍被接受. 这就给内外墙众多质感丰富, 多种功能的彩色饰面干混砂浆, 瓷砖磁板粘结干粉以及其彩色沟缝干粉带来了广阔的应用前景.

•   新型节能墙体材料普遍在许多大中城市使用, 并不断向全国各地推广. 许多新产品比如加气混凝土, 轻质陶粒空心砖,空心粉煤灰砌块等等的生产应用不但提高施工建筑质量, 改善墙体隔热性能和透气性能, 还解决了诸如粉煤灰环保的问题. 真正做到利废节能的目的. 目前使用现场搅拌干粉存在的漏水, 裂缝, 粘结强度低,剥落等工程质量问题只有专用干混砂浆才能解决. 这类砌砖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. 配合建筑物流系统和施工机器将给建筑业巨大的推动力. 一个1百万人口的城市,  按保守估算其干粉的需求量达25万吨/年. 由于受区域运输的经济性限制, 这类干混砂浆生产工厂必将在全国各地区设立, 形成具有强大生命力的新产业.

•   墙体隔热复合系统和保温砂浆越来越多地采用无机粘结干粉和防水防潮饰面彩色干粉. 建筑物的隔热和新型墙体材料一样属国家鼓励推广项目之一. 通过保温隔热系统可以使现在的房屋节能50%以上. 特别是在寒冷的北方隔热保温必不可少. 已有适合全国的国家保温节能标准. 其市场非常广大. 该技术首先在我国的北京, 目前已全国其它地区使用推广中.

•  工程中许多特殊干粉修补, 快干, 仿古干粉, 硬化地面粉等, 其用量不如砌砖抹灰干粉大, 但应用广泛. 配制这类干粉同样需要丰富的经验以及大量的实验. 其市场售价也较高.

干混砂浆的市场开拓是成功与否最关键的. 由于建筑干粉是服务性极强的产品. 所以市场的开拓首先要有配套产品服务比如施工指导, 配方开发, 机器租赁; 这就要求不断地对自己的人员和客户进行产品和施工技术的培训. 其次是和配套产品厂商联合营销,如磁板, 砌块生产商; 给用户一个完整的解决方法. 合理的市场价格的确定也是非常重要的. 下面我们给出在德国市场干粉的售价和水泥售价的比, 以供参考:

表三. 欧洲成熟市场销售价格范围

产品生产成本和成本控制是市场开拓中非常重要的一环. 每一个生产商必须非常清楚地知道自己的成本.从而制订销售策略.

1.6      干混砂浆的产品纲领

正是由于干粉建材复合配方性使得新产品层出不穷, 大多数投资者希望一次到位, 但实际中是不现实的. 我们在以后会提到干混砂浆的对服务的重要性. 在不成熟的市场, 恰恰是干混砂浆产品本身的特性需要相应的市场推广模式. 经验表明, 在投资初期, 专业性是非常必要的. 所有, 必须根据自身的资金,资源和当地市场分析来比较选择的产品的商业模式, 最后确定最优的方案. 在确定产品纲领考虑以下因素是有必要的:

-        原材料优势

-        优惠政策

-        市场资源

-        资金资源

-        分期发展

下图我们给出干混砂浆产品的延伸系列品种

图 2‑2 丰富多彩的干混砂浆产品

1.7      产品结构和方案

选择产品结构当然首先应考虑市场的需求. 选择国家鼓励提倡的产品. 以下我们考虑其中的几个典型的产品方案.

(一) 墙体隔热复合系统建筑干粉系列

商品干混砂浆率先在上海市推广使用. 为了使干混砂浆相对现场搅拌砂浆有竞争力, 在满足砂浆标准的前提下, 开发应用了一种称为商品砂浆稠化粉的复合材料. 砂浆在生产中由水泥, 干砂, 粉煤灰或钢渣粉加稠化粉混合而成. 这样的干混砂浆视强度等级不同在上海的销售价格约230-280元/吨.

商品干混砂浆指的是砌筑, 抹灰和地坪砂浆不同的强度等级. 所有的原材料均为散装供应. 普通砂浆的量的比例占整个干混砂浆材料的80%, 所以其商业理性模式是: 大量+散装.

考虑国情以及最简单的管理, 推广商品砂浆的合理方案是专题产品方案, 即设计最适合作普通砂浆的设备, 做单一的, 专业的, 好的产品.

(二) 墙体隔热复合系统建筑干粉系列

墙体隔热复合系统建筑干粉系列是高附加值的技术产品. 不认是在旧房改造, 还是在建筑新房, 其隔热节能效果超过50%. 聚合物改良水泥基保温板粘结干粉尚在推广中, 其市场前景十分看好. 尤其在北方地区迫切需要. 墙体隔热复合系统建筑干粉系列主要包括:

·        基体预处理干粉(找平, 改善基体表面吸附性等)

·        保温板粘结和加固干粉

·        保温板(发泡聚苯乙烯板, 岩棉保温板等)

·        加固玻璃纤维网格

·        表面防水彩色装饰干粉

与之补充产品有:

·        瓷砖磁板粘结剂

·        瓷砖磁板沟缝

·        薄层彩色饰面干粉

施工指导和基体表面相应的干粉改性属于非常重要的销售服务. 墙体保温复合干粉系列的用量每平方米约12公斤. 按照年施工面积100平方米估算, 其用量约12000吨/年.

图 2‑4 墙体及隔热方法

图 2‑5干混砂浆在建筑节能中的应用一保温层的温度分布

图 2‑6干混砂浆在建筑节能中的应用二 保温体系装饰的多样化

此外还有保温砂浆隔热系统. 对于外墙很不平整如一些老房屋但有使用或保留价值，或使用新型保温砌块如空心砌块，加气混凝土砌块等，其本身具有很好的绝热性，这类墙体使用保温砂浆一是能够达到标准要求规定的传热系数，二是施工极为方便，便以机械化施工，使很多有居住价值的老房屋通过翻修达到几乎接近新房的居住质量，节省大批资金.

各种不同保温干粉砂浆按其配方不同和使用的原料不一样，好的能达到导热系数接近0.06W/mK，一般保温干粉砂浆能达到0.07W/mK. 这类砂浆用量较大.

表四. 保温砂浆组合估算

总厚度=320毫米, k-值=0.49W/(m²K).

同样满足德国95热保护规范. 如果只加2厘米保温砂浆则能满足北京地区节能规划(k=0.72W/m²K<0.82W/m²K).

从以上的隔热系列估算, 我们很容易看到, 保温砂浆的应用潜力. 特别是随着新型轻质隔热墙体材料在我国的不断开发和应用, 与之相应的干粉砂浆系列的发展也必不可少. 比如, 使用现场搅拌的砌筑砂浆和抹灰砂浆用于混凝土砌块, 通常会出现粘结不牢, 墙面龟裂, 渗水等问题. 专用干粉砂浆在配制时就考虑到所用基材的表面密致平整度, 表面吸水性, 热膨胀系数等.

图 2‑7  EPS-保温砂浆

综合起来, 我们可以看到, 隔热系统因地区隔热规范要求不同, 组合的砂浆系列也不一样. 关键的是开发适合于区域发展的, 和墙体材料结合起来的干粉砂浆系列, 能够解决工程实际问题,达到保温节能的目的. 提高居住质量.

(三)新型墙体材料专用建筑干粉系列

新型节能墙体材料普及需要相应的专用建筑干粉系列. 特别适合这类墙体材料的建筑干粉系列包括:

·        薄床砌筑干粉

·        轻质砌筑干粉

·        轻质抹灰干粉

·        保温干粉(添加膨胀珍珠岩粉, EPS颗粒)

·        外墙防水彩色饰面干粉

·        内墙腻子, 薄层彩色饰面干粉

这类干粉用量很大, 建议生产线的年产量在1-5万吨, 5-10万吨, 15-20万吨. 市场需求量大的大中型城市. 应配有成套建筑干粉仓储运输输送物流系统和施工机器, 配合散装料的销售. 低于5万吨的生产线建议适合专门生产外墙保温装饰干粉系列.

1.8      投资建厂商务参数

按照前面方法确定了投资市场后, 接下来我们必须确定建厂的商务参数

-         建厂地址选择

-         产品纲领和每个产品的销售额

-         每个产品的最高销价

-         打折、运输以及其他收益的减少

-         基本配方中原材料价格

-         销售费用和附加费

-         运费

-         损耗和利息

-         其他费用、维修调试等

-         税收

1.9      干混砂浆生产工艺参数

投资方案的确定除市场外, 其生产线的选型须考虑以下干混砂浆生产形成工艺参数:

           产品范围，品种和产量

           每小时产量

           按实际配方所需的原材料筒仓和添加剂筒仓

           原材料筒仓体积

           配料、称重精度，混合流程

           包装产品产量和/或散装重

           确定生产流程和运输流程

           确定生产自动化程度——全自动、半自动、人工操作

           生产设备与计算机系统的连接.

正确生产工艺包括所有散体物料处理环节是保证生产的可靠性, 提高计量精度以及产品最终质量的基础.下面将重点阐述了计量称重和混合过程的系统参数和要求. 分析计量的精度和混合的均匀性是系统参数.正确应用检测标准来衡量计量的精度和混合的均匀性. 检测的量化是一统计参数.