建筑干混砂漿生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)

建筑干混砂漿生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)北京建都設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司史新華近年來，我國政府大力推廣建筑干混砂漿的生產(chǎn)及應(yīng)用技術(shù)，出臺(tái)了干混砂漿逐步取代傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)攪拌砂漿的一系列政策文件,即將迎來干混砂漿生產(chǎn)線的建設(shè)高潮。目前，國內(nèi)具有一定規(guī)模水平的生產(chǎn)線幾乎全部引進(jìn)國外技術(shù)和設(shè)備，工廠建設(shè)投資大，不利于我國干混砂漿的推廣應(yīng)用,借鑒國外先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)我國干混砂漿生產(chǎn)技術(shù)的國產(chǎn)化迫在眉睫。干混砂漿與傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)攪拌砂漿相比，其突出的優(yōu)點(diǎn)符合環(huán)境保護(hù)、建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的政策。這一新型建筑材料得到我國政府的大力倡導(dǎo)，成立了“中國散協(xié)干混砂漿專業(yè)委員會(huì)”，預(yù)示著政府對(duì)干混砂漿發(fā)展的重視，預(yù)示著我國干混砂漿的發(fā)展應(yīng)用將逐步走向規(guī)范化、科學(xué)化。干混砂漿的推廣應(yīng)用是一個(gè)系統(tǒng)工程，它涉及產(chǎn)品的生產(chǎn)、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的制定、施工技術(shù)規(guī)程等多方面，是我國建筑史上一次重大革新。目前，國m-tec公司、奧地利筑霸王公司在中國都設(shè)有辦事處，國內(nèi)已有幾條引進(jìn)他們技術(shù)裝備的生產(chǎn)線，這為國內(nèi)干混砂漿的生產(chǎn)起到了示范作用，縮短了我國干混砂漿生產(chǎn)技術(shù)與國際先進(jìn)技術(shù)的差距，但從國外引進(jìn)技術(shù)設(shè)備必將加大工程建設(shè)投資，這些生產(chǎn)線的投資都在幾千萬到上億元，不適宜我國干混砂漿的推廣應(yīng)用。逐步實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)技術(shù)裝備的國產(chǎn)化是我國干混砂漿推廣應(yīng)用的必由之路。干混砂漿的生產(chǎn)在干混砂漿的推廣應(yīng)用中起著先導(dǎo)作用，政府提倡建設(shè)干混砂漿示范線，引導(dǎo)企業(yè)對(duì)干混砂漿生產(chǎn)線建設(shè)的正確決策。避免盲目投資引進(jìn)和低水平重復(fù)建設(shè)。特別是普通干混砂漿的推廣應(yīng)用還需較長的過程，現(xiàn)階段普通干混砂漿和特種干混砂漿生產(chǎn)線分別建設(shè)為好，這樣可以做到建設(shè)投資經(jīng)濟(jì)，生產(chǎn)規(guī)模適度，生產(chǎn)線的控制管理水平合理，能確保產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定。我院在1999年～2002年,先后設(shè)計(jì)了生產(chǎn)工藝及設(shè)備完全國產(chǎn)化的干混砂漿生產(chǎn)線，這在全國也是走在前面的。通過設(shè)計(jì)實(shí)踐，我對(duì)干混砂漿生產(chǎn)工藝及其生產(chǎn)線的建設(shè)有一些認(rèn)識(shí)和體會(huì)，隨著我國干混砂漿推廣應(yīng)用進(jìn)程的推進(jìn)，對(duì)原有設(shè)計(jì)也有一些新的認(rèn)識(shí)，在這里對(duì)干混砂漿生產(chǎn)線國產(chǎn)化設(shè)計(jì)進(jìn)行闡述。1.干混砂漿產(chǎn)品及生產(chǎn)工序1.1干混砂漿產(chǎn)品干混砂漿是指由專業(yè)生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的，經(jīng)干燥篩分處理的骨料、無機(jī)膠凝材料和功能性外加劑按一定比例混合而成的一種顆粒狀或粉狀混合物，它可采用包裝或散裝形式運(yùn)至工地，按規(guī)定比例加水拌和后即可直接使用。相對(duì)于傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)拌制的砂漿，干混砂漿具有品質(zhì)優(yōu)異、品種豐富、使用方便、綠色環(huán)保、施工文明、工效提高等眾多優(yōu)點(diǎn)。干混砂漿種類非常豐富，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了傳統(tǒng)意義上砂漿的概念范疇。一般分可分為普通干混砂漿、特種干混砂漿兩大類。普通干混砂漿主要有普通砌筑砂漿、普通抹灰砂漿、普通地面砂漿；特種干混砂漿指對(duì)性能有特殊要求的專用建筑、裝飾類干混砂漿，主要包括防水砂漿、界面處理砂漿、瓷磚粘結(jié)劑、填縫劑、內(nèi)外墻膩?zhàn)印⒀b飾砂漿、保溫砂漿、地面自流平砂漿等。1.2生產(chǎn)工序及特點(diǎn)干混砂漿生產(chǎn)工序主要有：骨料預(yù)處理、原料提升和儲(chǔ)存、配料計(jì)量、混合攪拌、成品包裝儲(chǔ)存或散裝發(fā)送。干混砂漿的生產(chǎn)工序并不復(fù)雜，但其具有以下特點(diǎn)：（1）砂漿是一種在建筑中普遍使用的大宗建筑材料，干混砂漿的種類很多，普通砂漿和特種砂漿的差異性大，一次性用量也各不相同。生產(chǎn)線的建設(shè)應(yīng)考慮砂漿產(chǎn)品多樣化的特性，工藝流程及生產(chǎn)設(shè)備應(yīng)適應(yīng)產(chǎn)品多樣性的要求。（2）為滿足不同的基體和建筑施工要求，在砂漿生產(chǎn)中摻配各種功能性外加劑，外加劑的種類繁多，摻配比例在千分之幾，萬分之幾，高精度的計(jì)量配料系統(tǒng)是必需的。（3)干混砂漿中骨料的摻量在60%～80%，并且容重較大。外加劑的摻量很小、容重小。如何將他們?cè)诙虝r(shí)間內(nèi)混合均勻是至關(guān)重要的，混合攪拌設(shè)備及混合工藝是干混砂漿生產(chǎn)工序的關(guān)鍵。（4）混合均勻的成品在儲(chǔ)存、運(yùn)輸過程中容易產(chǎn)生離析，對(duì)裝卸設(shè)備及運(yùn)輸設(shè)備有特殊要求。2.干混砂漿生產(chǎn)線的國產(chǎn)化設(shè)計(jì)在我國建筑干混砂漿推廣之際，我院根據(jù)國產(chǎn)設(shè)備情況，國內(nèi)原料供應(yīng)現(xiàn)狀，借鑒效仿國外生產(chǎn)工藝，先后設(shè)計(jì)了完全國產(chǎn)化的干混砂漿生產(chǎn)線，為國產(chǎn)化干混砂漿生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)提供了基礎(chǔ)。下面我將通過生產(chǎn)線設(shè)計(jì)實(shí)踐，談?wù)劯苫焐皾{生產(chǎn)線主要環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)。2.1骨料預(yù)處理系統(tǒng)干混砂漿中骨料通常占到配料的60%～80%，骨料主要采用河砂、石英砂、機(jī)制砂。干混砂漿對(duì)砂的含水率、含泥量、顆粒級(jí)配有嚴(yán)格要求。用于配料的干砂應(yīng)滿足：含水率：<0.4%；含泥量<1%；顆粒級(jí)配范圍為0～4mm。干砂可以從市場(chǎng)購進(jìn)成品砂，也可以購進(jìn)原砂，再對(duì)原砂進(jìn)行干燥和篩分。當(dāng)項(xiàng)目建設(shè)廠址離砂源地較近，應(yīng)該采用原砂，配套砂烘干和篩分系統(tǒng)，如果廠址離砂源地較遠(yuǎn)，燃料供應(yīng)、建設(shè)場(chǎng)地有局限性、環(huán)保要求不允許時(shí)，應(yīng)考慮直接采購成品砂。當(dāng)購進(jìn)篩分好的成品砂時(shí)，不同粒徑的砂應(yīng)分別堆放，只需篩出砂中混入的雜質(zhì)就可以直接送入各砂倉儲(chǔ)存，當(dāng)購進(jìn)混合成品砂時(shí)，要設(shè)多級(jí)篩分機(jī)。國外典型的砂篩分工藝是將干砂提升至混合配料塔頂部的多層篩分機(jī)，分級(jí)后的砂直接進(jìn)入不同的砂倉中儲(chǔ)存，少量的篩上物回到地面。國內(nèi)篩分設(shè)備可選用概率篩、圓形篩、直線振動(dòng)篩。概率篩體積相對(duì)較小，篩分效率高，直線篩體積較大，震動(dòng)較大。設(shè)計(jì)中，針對(duì)國內(nèi)干砂供應(yīng)情況和國產(chǎn)篩分機(jī)性能，生產(chǎn)線自動(dòng)化程度，可以采用將篩分機(jī)布置在攪拌塔下部，將篩分后不同級(jí)配的砂提升至塔頂部，送入各砂倉的方案。這種方案有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）容易控制料倉空滿程度，避免造成漫倉。干混砂漿的品種繁多，實(shí)際生產(chǎn)中，各種品種的生產(chǎn)安排是受市場(chǎng)需要隨時(shí)變化的，混合砂的顆粒級(jí)配是波動(dòng)的，將篩分機(jī)布置在配料塔頂，篩分后的砂直接送入各砂倉，會(huì)造成砂倉空滿程度的不一致，調(diào)節(jié)不好，會(huì)造成漫倉現(xiàn)象，過多的砂還需重新回到地面。（2）便于篩分機(jī)的檢修和篩上物的處理。同樣能力的國產(chǎn)篩分機(jī)和引進(jìn)篩分機(jī)相比，外形尺寸大，電機(jī)功率高，篩分機(jī)布置在地面，利于檢修和篩網(wǎng)的更換，也減少了篩分機(jī)對(duì)配料塔樓的震動(dòng)影響。2.2物料提升、儲(chǔ)存系統(tǒng)在生產(chǎn)線設(shè)計(jì)中，我們采用了塔式布置工藝模式，所有的物料提升至配料塔頂部。骨料砂提升采用斗式提升機(jī)最適宜，經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)妥。粘結(jié)材料和摻和料采用氣力輸送。在我國，雖然水泥散裝率在逐年提高，但袋裝水泥仍占據(jù)市場(chǎng)一定份額，石膏粉及摻和料市場(chǎng)供應(yīng)更是袋裝為主。在設(shè)計(jì)中要考慮袋裝粘結(jié)材料的拆袋、氣力提升設(shè)備，壓縮空氣系統(tǒng)及除塵設(shè)備的配套設(shè)計(jì)。外加劑的提升通常采用電動(dòng)葫蘆。在設(shè)計(jì)中我們選用了一部小型雜貨梯，將外加劑送到外加劑倉樓層和混合機(jī)樓層。它的作用不僅限于提升物料，還便于檢修設(shè)備、工具的運(yùn)送。料倉的數(shù)量與產(chǎn)品方案有密切關(guān)系，以生產(chǎn)普通干混砂漿為主的生產(chǎn)線，原料和外加劑倉的數(shù)目可少一些，倉容大一些。生產(chǎn)特種砂漿為主的生產(chǎn)線，原料和外加劑倉的數(shù)目要多一些，倉容不需要太大。砂倉的數(shù)量不應(yīng)少于3個(gè)，不同粒徑的砂分別儲(chǔ)存。倉容積在60m3～80m3為宜。粘結(jié)材料和摻和料倉的數(shù)目不應(yīng)少于3個(gè)，倉容積在50m3～80m3為宜。外加劑儲(chǔ)倉的數(shù)量不應(yīng)少于6個(gè)，容積一般為1.5m3～3m3。各料倉設(shè)高低料位計(jì)，料位信號(hào)送到中控室，顯示、控制倉內(nèi)物料的多少。2.3配料計(jì)量、混合攪拌系統(tǒng)配料計(jì)量、混合攪拌系統(tǒng)是干混砂漿設(shè)備的核心部分。高精確的配料及高均勻度的混合要求，是干混砂漿與傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)攪拌砂漿的最大區(qū)別。配料計(jì)量、混合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，是我國干混砂漿生產(chǎn)技術(shù)完全國產(chǎn)化的關(guān)鍵，在設(shè)計(jì)中我們做了大膽的嘗試。2.3.1配料計(jì)量系統(tǒng)在生產(chǎn)線設(shè)計(jì)中，針對(duì)螺旋喂料設(shè)備、計(jì)量設(shè)備和自動(dòng)化控制水平，我們從下面幾方面保證了配料計(jì)量的精度。（1）喂料設(shè)備采用大小螺旋輸送機(jī)配合的形式，大螺旋輸送機(jī)主要起到快速加料作用、小螺旋輸送機(jī)配變頻電機(jī)，主要起到準(zhǔn)確調(diào)節(jié)喂料量的作用。（2）配比多和配比小的料分設(shè)兩個(gè)秤斗。將配比大、容重相對(duì)較大的物料采用一個(gè)大料斗秤計(jì)量，配比小、容重相對(duì)小的外加劑采用小料斗秤計(jì)量，確保配料精度。（3）料倉的均勻下料對(duì)配料精度有密切的關(guān)系，料倉錐體部分設(shè)計(jì)成足夠大的溜角外，沿錐體圓周均勻設(shè)吹氣板，防止物料結(jié)拱，確保下料順暢。2.3.2混合攪拌系統(tǒng)由于干混砂漿的原料性能差異大，摻量也很懸殊，不同混合設(shè)備和混合制度會(huì)直接影響到不同產(chǎn)品的性能指標(biāo)。國外有專業(yè)設(shè)備廠家提供用于干混砂漿生產(chǎn)的混合機(jī)，犁刀式混合機(jī)混合時(shí)間為120～180秒鐘。立式強(qiáng)力混合機(jī)的混合時(shí)間更短，可達(dá)到60～90秒，甚至可以達(dá)到1100,000的極限混合比，有很高的混和精度，極大地提高了混合機(jī)的使用效率，同時(shí)有效避免返混和克服離析現(xiàn)象的發(fā)生。國內(nèi)生產(chǎn)混合機(jī)的廠家很多，主要用于食品、飼料、顏料等行業(yè)。干混砂漿引入我國后，也用于生產(chǎn)干混砂漿，但存在磨損大、混合不均等問題?；旌蠙C(jī)按其工作原理不同，種類也很多。常用的有雙錐螺旋混合機(jī)、犁刀混合機(jī)和無重力混合機(jī)等多種形式，雖然其設(shè)備性能不能與國外一些知名混合機(jī)媲美，但其性能價(jià)格比有明顯的優(yōu)勢(shì)。摻量懸殊、原料性能差異大的不同物料用國產(chǎn)混合設(shè)備能達(dá)到預(yù)期混合效果嗎？混合時(shí)間如何定？這些都是設(shè)計(jì)中的難題。在設(shè)計(jì)中，我們走訪了國內(nèi)多個(gè)設(shè)備廠家，通過小型混合試驗(yàn)初步確定了混合時(shí)間。在第一條生產(chǎn)線設(shè)計(jì)中，我們選用了兩臺(tái)6m3的雙錐螺旋混合機(jī)。實(shí)踐證明雙錐螺旋混合機(jī)存在混合時(shí)間長，卸料不干凈，螺旋磨損快，檢修維護(hù)量大的缺點(diǎn)；在第二條生產(chǎn)線設(shè)計(jì)中我們選用了無重力混合機(jī)，并借鑒國外混合機(jī)原理，要求廠家在無重力混合機(jī)筒體兩側(cè)各配兩把飛刀，飛刀速度為1500轉(zhuǎn)/分。高速旋轉(zhuǎn)的飛刀可以快速分散大團(tuán)物料及纖維，一個(gè)批次的物料混合時(shí)間在3～5分鐘。實(shí)踐證明與雙錐螺旋混合機(jī)相比，混合時(shí)間短，混合均勻度高，物料經(jīng)底部氣動(dòng)閥門能在短時(shí)間內(nèi)一次卸空，縮短了混合周期。針對(duì)國內(nèi)混合設(shè)備發(fā)展現(xiàn)狀，我們?cè)诠に嚿弦膊扇×舜胧黾恿诵×项A(yù)混工藝。摻量小的幾種外加劑經(jīng)臺(tái)秤單獨(dú)計(jì)量后，與混合料或部分粘結(jié)料經(jīng)過一個(gè)小型混合機(jī)預(yù)混，預(yù)混后進(jìn)入大的混合機(jī)，這樣易于小料的分散更均勻。2.4成品包裝儲(chǔ)存和散裝運(yùn)輸混合攪拌均勻的干混砂漿可以采用袋裝形式出廠，也可以采用散裝形式出廠。散裝運(yùn)輸與現(xiàn)場(chǎng)施工機(jī)具10Kg/袋～40Kg/袋，考慮成品進(jìn)入家裝超市的便捷。國內(nèi)傳統(tǒng)的多嘴水泥包裝機(jī)可以用于包裝骨料較細(xì)的干混砂漿。包裝骨料較粗的干混砂漿時(shí)，物料磨琢性大，對(duì)設(shè)備磨損嚴(yán)重，包裝精度差，應(yīng)采用氣吹式包裝機(jī)。我國干混砂漿的散裝輸送需要經(jīng)歷一個(gè)過程，但干混砂漿散裝輸送是必然的。在干混砂漿工廠設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮散裝功能，考慮散裝料倉、散裝車的裝料位置及廠內(nèi)運(yùn)輸?shù)缆贰?.通過生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)而引發(fā)的思考3.1現(xiàn)階段特種砂漿和普通砂漿生產(chǎn)線分別建設(shè)為宜國外干混砂漿生產(chǎn)廠的規(guī)模一般都很大，自動(dòng)化程度高，生產(chǎn)線的功能齊全，即能生產(chǎn)普通干混砂漿，又能生產(chǎn)各種特種干混砂漿。成品即可散裝又可包裝，散裝形式又分為汽車散裝和流動(dòng)料倉儲(chǔ)存。袋裝又分為小袋和大袋包裝。就目前我國干混砂漿的推廣應(yīng)用進(jìn)程和設(shè)備裝備水平而言，我認(rèn)為目前我國干混砂漿生產(chǎn)線的規(guī)模不應(yīng)求大求全，特種砂漿生產(chǎn)線和普通砂漿生產(chǎn)線分別建設(shè)為宜。理由如下：（1）我國普通干混砂漿和特種干混砂漿的發(fā)展不同步。普通干混砂漿因其價(jià)格、施工機(jī)具、施工工藝等因素，推廣應(yīng)用還需要較長的進(jìn)程；特種干混砂漿雖然已在工程中得到了應(yīng)用，但品種遠(yuǎn)不如歐洲國家那樣豐富，產(chǎn)品處于生命周期中的導(dǎo)入期。目前，建設(shè)大規(guī)模的生產(chǎn)線勢(shì)必造成生產(chǎn)線的開工不足。這兩種砂漿生產(chǎn)線應(yīng)分別建設(shè)，可以根據(jù)市場(chǎng)需求來確定各自適宜的生產(chǎn)規(guī)模，使投入和產(chǎn)出更加合理。（2）特種干混砂漿與普通干混砂漿相比，市場(chǎng)用量相對(duì)少，產(chǎn)品種類多。對(duì)砂的細(xì)度及顆粒級(jí)配要求不一樣，外加劑的種類多、摻量小，計(jì)量混合精度要求高，自動(dòng)化控制水平要求高。就目前我國干混砂漿的設(shè)備制造水平、生產(chǎn)自動(dòng)化控制水平而言，特種砂漿生產(chǎn)線和普通砂漿生產(chǎn)線分別建設(shè)有利于產(chǎn)品質(zhì)量的保證，有利于生產(chǎn)工藝的控制管理。3.2二次提升工藝也適宜現(xiàn)階段我國干混砂漿的生產(chǎn)國外干混砂漿生產(chǎn)工藝流程大多采用塔式布置，即將各種原料一次提升至配料塔的頂端，原料借助重力，依次進(jìn)行計(jì)量、混合攪拌、成品包裝、散裝發(fā)送的布置模式。這種工藝流程具有物料被提升的次數(shù)少，物料輸送能耗低，生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小的突出優(yōu)點(diǎn)。但同時(shí)也具有投資大，對(duì)自動(dòng)化水平要求高的缺點(diǎn)。在國產(chǎn)線的設(shè)計(jì)中，我們采用了塔式布置工藝流程，但配料塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的問題成為一個(gè)難題。配料塔的高度約37米，所有的物料提升至塔頂?shù)牧蟼}中儲(chǔ)存。物料重量在1000化的無規(guī)律性，整個(gè)配料塔樓的荷載分布很不均衡，有“頭重腳輕”的感覺。國外已有成熟的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，配料塔主體采用鋼結(jié)構(gòu)形式，外掛彩板維護(hù)。國外型鋼材質(zhì)也比國內(nèi)好，能夠做到用鋼量合理、經(jīng)濟(jì)。國內(nèi)沒有這種形式配料塔的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，我院結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師采用了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，雖然也能滿足生產(chǎn)和結(jié)構(gòu)安全、抗震要求，但混凝土梁的斷面過大，土建投資也不小，不是很好的設(shè)計(jì)方案。結(jié)合國情，我認(rèn)為不一定采用塔式工藝流程，采用物料二次提升的工藝流程也未嘗不可。尤其是對(duì)于特種砂漿生產(chǎn)線二次提升工藝最適宜。二次提升工藝即：原料經(jīng)第一次提升后送至各自的料倉中儲(chǔ)存，經(jīng)過配料計(jì)量后，再通過二次提升送入混合機(jī)內(nèi)，混合攪拌后的物料直接進(jìn)入成品包裝儲(chǔ)存、散裝運(yùn)輸環(huán)節(jié)。二次提升工藝雖然較一次提升工藝，增加了提升設(shè)備，增加了占地面積，自動(dòng)化管理水平降低了，但有其突出的優(yōu)點(diǎn)：（1）降低了配料塔樓高度，料倉可直接布置在地面上，降低了鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難度，節(jié)省了土建投資。（2）配料塔樓高度的降低，有利于散裝水泥的泵送和物料的提升。我國水泥散裝車的合理泵送高度在30米以下，超過30米的高度，物料的流量變小。采用二次提升工藝，料倉入口的高度降低了10米左右，適宜國內(nèi)水泥散裝車的合理泵送高度。（3）我國勞動(dòng)力充足，勞動(dòng)力價(jià)格相對(duì)西方國家較低，采用二次提升工藝，雖然增加了輸