浅议普通干粉砂浆原料与生产工艺设备

1 序言
普通干粉砂浆是指经烘干筛分处理的细集料与无机胶结料、矿物掺和料和保水增稠材料按一定比例混合而成的一种颗粒状或粉状混合物。它一般包括砌筑、抹灰和地面用砂浆等。

2 普通干粉砂浆各组分组成
2.1 胶凝材料
胶凝材料是普通干粉砂浆中重要的组成成分,起着粘结剂的作用。胶凝材料主要分为无机胶凝材料和有机胶凝材料,其中无机胶凝材料应用最为广泛。
水泥:是最主要的无机胶结材料,也是普通干粉砂浆的重要组成部分。其性能直接影响到砂浆的流变性、硬化性、强度、干缩率等。
石膏:硫酸钙半水化合物和无水石膏均通过遇水形成硫酸钙二水化合物而硬化。属于水硬性胶凝材料。
熟石灰:熟石灰通过与二氧化碳反应生成碳酸钙而硬化,属于气硬性胶凝材料,可以在水泥中加入质量百分比为5%~ 30%的熟石灰来改善普通干粉砂浆的施工性。
根据我国目前的水泥生产实际情况看,普通硅酸盐水泥占了绝大部分,而其他种类的水泥产量相对较小,因此,普通干粉砂浆中主要使用普通硅酸盐水泥。
但我们在选择水泥时应值得注意的是:为了保证砂浆产品的质量稳定, 要尽量选择大中型企业生产的水泥,且要选择回转窑生产的水泥;针对不同种类的砂浆应选择不同强度等级的水泥。而石膏和石灰由于本身的局限性,一般只适合用于地上或干燥的环境中,不宜用于潮湿环境中,更不能应用于水中。

2.2 骨料
集料的级配和细度模数会影响砂浆的塑性及其硬化体的力学性能,集料颗粒的形状也会影响砂浆的工作性。骨料的粗细程度和颗粒级配反映骨料所具有的总表面积和空隙率的大小。在砂浆中,骨料的空隙是由水泥浆来填充的。级配好的骨料,空隙率小,则所需填充的水泥浆量少,达到相同的和易性的砂浆拌和物所需的水泥浆量就少,可以节约水泥。而骨料的粗细程度影响骨料总体的表面积。骨料越粗,比表面积越小,则骨料总的表面积小,需要包裹的水泥浆量减少,可以节省水泥,经济性能好;但是骨料过粗,总的表面积过小,骨料涵养水分的能力降低,容易产生离析和泌水现象,同时骨料与水泥浆体之间的界面面积减少,对砂浆强度也不利。另外,骨料的最大粒径也取决于普通干拌砂浆的种类,一般普通砌筑砂浆骨料的最大粒径不超过4.75 mm, 普通抹灰砂浆骨料的最大粒径不超过2.36 mm。骨料级配对普通干粉砂浆成本的影响比较明显,是普通干粉砂浆产品价格的重要影响因素。

2.3 矿物掺合料
普通干粉砂浆质量既依赖于胶凝材料及骨料,又依赖于正确选择无机矿物掺合料。其配方组成必须研究砂浆拌合物的凝固硬化过程。目前广泛应用的矿物掺合料有粉煤灰、矿渣微粉、硅灰等,掺加不同种类和掺量矿物掺合料的砂浆表现出性能也不同。

2.4 保水增稠材料
在普通干粉砂浆中, 保水增稠材料的添加量很低,但能显著改善湿砂浆的性能,是影响砂浆施工性能的一种主要添加剂。现在,在普通干粉砂浆中使用的保水增稠材料主要是由有机和无机材料复合而成的一种添加剂。

3 普通干粉砂浆生产工艺
3.1 普通干粉砂浆生产工艺
①砂的预处理分为破碎砂(机制砂)处理和河砂处理。破碎砂(机制砂)处理过程:从砂矿运回粗料,然后进行破碎、干燥、筛分、储存。河砂的处理过程:干燥、筛分。部分有条件的厂家可直接采购成品砂,然后将胶凝材料、矿物掺合料以及保水增稠材料灌入储料仓或入仓储存;②配料与称量;③混合;④产品包装和运输。
3.2 工艺流程图
普通干粉砂浆生产工艺流程见图1。

图1 普通干粉砂浆生产工艺流程图
3.3 普通干粉砂浆生产线的七大系统
①砂干燥、筛分、输送系统;②粉状物料仓储系统;③配料称量系统;④混合搅拌系统;⑤包装系统;⑥收尘系统(环保必备);⑦控制系统(进口原料组装为宜)。

图2 普通干粉砂浆生产线七大系统
4 普通干粉砂浆生产设备
一般普通干粉砂浆厂按产量可分为四种:
A 型(大型):年产10 万t 以上,700 万~ 1 000 万人民币(可匹配2 ~ 3 台进口主机与关键设备);
B 型(中型):年产5 ~ 10 万t,500 ~ 700 万元人民币(可匹配1 ~ 2 台进口主机与关键设备);
C 型(小型):年产2 ~ 3 万t,300 ~ 500 万元人民币(可匹配1 台进口关键设备);
D 型(微型):年产1 ~ 2 万t,200 ~ 300 万元人民币(只匹配全部国产设备)。
普通干粉砂浆生产工艺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,原材料依靠自身的重力从料仓中流出,经电脑配料、螺旋输送计量、混合再到包装机包装成袋或散装入散装车或入成品仓储存等工序后成为最终产品, 全部生产由中央电脑控制系统操作,具有配料精度高、使用灵活(采用密闭的生产系统设备使得)现场清洁、无粉尘污染,保证了工人的健康。

4.1 干砂设备
选用技术先进, 运行经济的振动流化床干燥机。振动支撑阻尼有弹簧和压缩空气式,压缩空气式可以克服弹簧由于材料疲劳而产生的失效。流化床干燥机和传统的滚筒式干燥机相比其优点有:高效、经济、几乎无辐射热损失、无相对机械运动、几乎无磨损、维修保养费用低、启动时间短、噪音低。
4.2 干砂分级筛分机
优先选用质量可靠、投资低的投影式振动筛分机,与传统水平式筛分机比较具有如下优点:投资低、体积小、可靠。即使在过载的情况下,筛网由于倾斜设置不会被撕裂。稳定的系统误差保证配方修正,从而保证产品质量。
4.3 原材料的储存和上料
水泥、粉煤灰等填充料一般采用气力输送设备送入原料仓。小掺量的保水增稠材料可用人工倒料的方式进入小原料仓, 由控制系统自动按配方要求配料,也可以人工称量后,直接投入混合机中使用;大掺量的保水增稠材料可以采用气力输送设备送入原料仓。筒仓的布置采用模块式,由中央向外侧扩展,使得分期投资得以实现。筒仓的材料使用状况由筒料显位计来监视,同时控制上料。筒仓锥部装有流化装置,在原料板结时通入压缩空气帮助卸料。
4.4 精确配料计量系统
计量有多种方式,其中性能最好、用得最多是改进的螺旋输送机,它适用于几乎所有的粉状物料。计量输送系统应具备计量一致性高(输出密度或重量随时间变动小),可调范围大(1∶30)的特点,这两点是高精度的前提。螺旋计量输出量的大小和传输速度呈线性关系,控制系统非常稳定。滑板阀只适用于流动性好的物料,比如,大于1 mm的颗粒骨料。由于受最小开口度的限制,其流量可调范围很小,大约1∶5,而且其流量和控制阀门开口量(阀位移或转角)是非线性关系,从而降低了计量精度。螺旋输送机有以下主要优点:可调范围大,计量精度高、耐磨损(改进设计和材料)、维修简单及维修费用低、运行费用低(无需流化用压缩空气)。

图3 螺旋计量称重系统
4.5 高效混合系统
高效混合机是普通干粉砂浆生产中最关键的一环,是工厂的“心脏”。通过研究开发和应用,高效混合技术已被广泛认为是普通干粉砂浆均匀混合中最有效的。关键设计的准则是物料在达到什么样的运动状态下具有最有效的混合,所以,高难度高效混合机的系列产品开发应以相似力学为基础,通过试验手段来确定最优参数。
4.5.1 高效的混合机性能
高效的混合机应能够达到如下性能:①高混合均匀度,均匀度应以相对差表示,应在质量标准要求的误差范围内,如小于1%;②尽可能只有一个搅拌区,混合时间短40 s ~ 120 s,高混合效率,对于较粗糙颗粒产品应避免过长的混合时间,以免产生过大的粒级配比而造成的质量误差;③卸料时残余量少,一般换产品不用清理混合机;④卸料速度快10 s ~ 15 s;⑤能耗低;⑥更有效地配置高速刀片,能高效混合纤维和颜料;⑦整体耐磨损设计;⑧维修保养方便, 以降低运行费用。
4.5.2 混合机的原理
混合机的原理有多种, 粉体材料中常用的是:①重力混合;②强制式动力混合;③气力混合。现代干混砂浆的混合技术是建立在相似力学和试验的基础上。考虑干混砂浆中组分特性的差异,强制式的动力混合原理得以进一步应用。一些具有很强附着力粉体材料如颜料需要足够的剪切力方能分散,使得微细颜料颗粒通过分散混合以及范德华(vander-Waals)力附着在其他颗粒外表,而形成鲜艳的色泽。高速分散还能混入短纤维以及难混合的材料。
4.5.3 混合机的类型
高效混合机按混合设备的种类分为以下四种:①高精度盘条式混合机;②双/三螺旋锥型混合机;③无重力双轴浆叶混合机;④犁刀式混合机。图4 中列举了一些混合机的形式。

图4 混合机的类型
选择混合机是一项艰难的工作。必须考虑到所用物料的特性,产品的市场质量要求,经济性和可靠性等等。同时, 还要进行设备整体布置, 考虑综合成本等。
4.6 包装机
粗细普通干粉材料的包装应注意包装机的选型,细的粉状料可以用水泥包装机包装,粗产品选用气吹式包装机比较可靠。

5 结束语
在建筑工业不断发展、人们对环境保护和健康居住的要求日益提高的今天,普通干粉砂浆这种新型绿色环保建筑材料已逐渐被人们所接受,并成为世界建材行业中发展最快的一种新产品。在国内,普通干粉砂浆技术的应用尚处于初级阶段,尤其在基础研究方面、应用技术的研究方面、产品的性能检验与质量控制方面远不能满足建筑干粉砂浆大规模推广应用的需要,也因此而制约了建筑干粉砂浆产品的进一步开发和技术水平的提高,制约了建筑干粉砂浆产品在建筑工程中的合理应用。因此,我们今后要着眼于普通干粉砂浆的基础研究,为它更快更好的发展打下坚实的基础。

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