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关于泡沫混凝土设备技术探讨

浏览次数: 日期:2014年12月25日 08:18

引言:

    泡沫混凝土经几十年的发展,已形成一个产业,到目前为止其行业技术标准在起草的已达十几个,如:《泡沫混凝土砌块技术标准》、《泡沫混凝土屋面施工技术标准》、《泡沫混凝土技术标准》、《辽宁省泡沫混凝土地暖绝热层施工技术标准》、《北京市地暖施工技术标准》、《泡沫混凝土用泡沫剂技术标准》等,由于众多的技术标准对于泡沫混凝土工艺配方的要求是不相同的,因此对设备的工艺流程和技术配置要求也不同,加之施工工艺与环境条件等因素影响,设备的性能配置也能造成很大的产品性能差异;另外,由于泡沫混凝土业务的不断发展和完善,更要求泡沫混凝土设备越来越专业化、现代化,这就要求泡沫混凝土设备生产企业不断研究,加大设备的开发与完善力度,以适应市场发展的需求。

    然而,泡沫混凝土设备的起步和发展有其特定的因素:其一,该业务是以引进为起步点,而引进的业务是以地暖绝热层保温为主,其工艺配方、施工流程都受原引进思想的影响,在这种影响下所开发的产品制约了其它方面业务的开展;其二,传统工艺的影响,不仅对设备的应用开发产生了禁锢的作用,也对正在进行汇编的技术标准有了一定的制约。因此,在这里我们着重研讨泡沫混凝土专用设备的技术问题。

一、 泡沫混凝土设备的组成;

    1、 水泥发泡机:是泡沫混凝土制作的主要设备,它有两种实施方式,一是泡沫发生装置,它是单一的泡沫制取机,这种发泡机与水泥搅拌机或混合器分离,另一种是发泡装置和水泥混合器设计为一体的,通常称为泵送发泡的水泥发泡机,这种发泡机是将搅拌机加工的水泥混合浆料自动吸入,经泵送机加压后送入混合器,与泡沫发生器送来的泡沫进行混合形成泡沫混凝土,成品的泡沫混凝土再经过输送管道送到施工现场。目前市场流行的水泥发泡机多为这种形式。

    2、 泡沫混凝土搅拌机:泡沫混凝土搅拌机不同于普通水泥搅拌机,根据不同的工艺要求,搅拌机的性能和构造原理均不相同,加工浆料的搅拌机与加工泡沫的搅拌机有区别,加工轻质骨料的搅拌机与加工重骨料搅拌机也有区别,连续加工和单组加工的搅拌机亦有较大区别,总之,无论是那种搅拌机都必须能够满足其性能的要求,现在市场上的搅拌机多数是沿用传统的砂浆搅拌机,这种搅拌机是不具备连续作业条件的,只能作为间断
式泡沫混合工艺用。
    3、 上料机,目前市场上用于泡沫混凝土加工的上料机有三种方式,一是常见的传送带式上料机,二是螺旋搅龙上料机,三是滑梯式吊斗上料机,三种上料机分别适合不同的使用场合。第一、三种上料机主要适合固定作业的场合,第三种更适合固定计量的设备配套,第二种搅龙式上料机适合野外移动式设备的配套,也适合大型联合配套机组的配套,最大优点是密封无扬尘,效率高,输送角度大,对于连输作业的室外作业是理想选择。
    4、 泡沫混凝土泵送机:泡沫混凝土泵送机是用于输送泡沫混凝土成品的专用泵送机,近几年在市场上应用的泵送机有多种,常见的有;螺杆泵、液压柱塞泵、隔膜泵、软管泵、压力罐式几种方式,目前市场应用最多的是液压柱塞泵式,其次是软管泵式,因螺杆泵输送泡沫的破碎率太高,磨损快,已被逐渐淘汰,隔膜泵由于其泵送压力低,垂直输送最高60 米,但是由于其输送质量较其他泵更好,在一些对高度要求不高的场合采用是比较适合的,同时其使用寿命在各类泵中是最长的,压力罐式输送方式因其工艺落后应用场合极小,应用较多的液压柱塞泵和软管泵已形成市场主流,在下面将继续研讨。
    5、 泡沫混凝土垫层机:这是近几年随着建筑要求推出的泡沫混凝土的一个专业机型,它主要是为满足在建楼地面隔音找平层施工而设计的,该机压力较高并可泵送含泡沫浓砂浆,该泵特点是在大高度的输送中保持泡沫的完整性。
    6、 泡沫混凝土墙体浇注机:这是专为目前建筑市场墙体自保温体系开发的专用泡沫混凝土设备,它是在原组合式水泥发泡机的基础上进行深度开发,增加技术含量,重点完善计量和控制系统,提高设备的可操作性与可靠性,保证产品的重复性和稳定性。
    7、 泡沫混凝土喷涂机:这是新近开发的一个新机型,它是为满足泡沫混凝土对斜屋面喷涂和墙面喷涂施工工艺的新型设备,该机型是将加工的含有轻质骨料的浓浆料通过该机喷到作业面完成个别场合的表面保温的施工,该机型实际上是为市场提供泡沫混凝土扩大应用领域的技术支持。
    8、 泡沫混凝土预制设备:泡沫混凝土预制设备是区别于前面现浇施工的工厂化作业用设备,目前开发的设备主要有两种,一是用于墙体自保温体系的砌块加工,二是用于内隔墙板加工的板材加工工艺,这些设备目前正处于开发中,由于以上设备最终是联合作业的大型流水作业,开发期较长,所以目前市场出现的多为单一机型如;发泡机、切割机、模具、配料机、输送机、控制系统等。
    9、 砂浆机、混凝土泵、喷浆机,这三个机型本不是本次讨论的机型,但是由于近几年泡沫混凝土的施工分项工程中经常涉及到以上三种设备,是大家关心的问题,在此也将做简单论述,这三种设备其主要特点一般是以液压柱塞泵为主,也有是机械柱塞泵,在一些小流量,低压力的场合也有用其它输送方式的,砂浆泵与混凝土泵都为柱塞泵,其区别在于大骨料一般通用S管阀、蝶阀或闸阀,小骨料泵一般是用球阀或蝶阀,目前市场应用最多的是S 管阀和球阀,用球阀的设备和目前的泡沫混凝土液压泵构造原理是一样的,S 管阀泵除S 管阀以外其它部分也和发泡机的泵送机是一样的,其S 管阀是通过液压或电机驱动,使其在有料的阀箱内做摆动,有顺序的切换到向外输送料的缸口,使骨料通过S 管阀输送到输送管道中,为了在切换过程中解决磨损问题,在管阀与两缸口之间装有眼镜板阀和补偿装置,以延长其使用寿命。
二、 各种设备的性能要求:
(一)、水泥发泡机质量要素
    1、 搅拌机:要能制出良好的水泥浆。制好浆的条件是:在最短的时间和有限的空间内将水和水泥充分搅和,无颗粒结块,条件是:转速高,破碎率高,无外溅的装置。
    2、 上料机:满足连续作业,单位时间内上料均匀,可控,能适应计量的条件。
    3、 泵送机:输出量可调,压力脉冲小,稳定性好,故障率低,大颗粒杂物通过能力越大越好,一般要超过10mm 为宜。
    4、 发泡机:发泡机必须是能制出质量合格的泡沫,对于不同的发泡剂均能够通过对本机的调整能改变泡沫的不同质量要求,各调整手段计量准确,其主要内容包括以下几个方面。
    a、 空气量选最大泵送量与最低容重所需气量为空压机排量(一般以每分钟流量计算每分钟气量)
    b、 发泡水量是根据每分钟的加工发泡水泥量,也可根据每分钟水泥用量,标准是,每100kg 水泥,8-10kg 发泡水。
    c、 发泡剂根据发泡水量确定发泡剂(该量应考虑发泡剂的稀释倍数计算每分钟供应量)
    d、 发泡机的空气、水、发泡剂要限定该型号机的最大量和最小量,在最小和最大之间要实现无级可调。
    5、 水泥浆的配比:按稠度要求控制在水泥与水的比例在100kg:45~55kg 之间,立式搅拌机水的调整范围小一些,卧式搅拌机的调整范围大一些,但是标准泡沫混凝土的制作对水和水泥的比例是比较敏感的,其水灰比的误差一般不大于30%,(不同的泵送机其适应的稠度是不同的)
    6、 混合器:混合器是发泡水泥制作过程的关键工艺器件,每一种机型都必须注意以下几点;
    a、 其总流量要与泵送匹配
    b、 混合力度要达到将水泥浆均匀的喷镀到每个泡沫外壁上,通过强化镀膜,可解决与泡泡之间挂浆不足造成的连孔现象,另外,对于泡表面活化性强的泡沫,易造成连泡,可加稠一些水泥浆或加大密度的办法解决,和易性好的水泥浆连孔现象轻。
    c、 解决混合器的混合力,是通过在泡与水泥浆混合前,提高其雾化粉碎能力,一是首先将泡沫分散均匀进入混合室,二是在水泥浆进入混合室前提高原流速2~5 倍,以产生一个射流动力,方法是用雾化措施在不影响流量的前提下提高流速,提高流速的水泥浆在混合室混合器的作用下充分混合。
    d、 关于混合器流速控制原则,一般大流量发泡机其通过流量较大易产生涡流,其厄流倍数可取3 倍以下,而小型泵送机由于流量过小,不易形成混合动力,因此其厄流孔径应尽量做小一些,如果再不理想可采用其它辅助雾化混合手段帮助混合均匀。
    7、 操作控制:所有机型的操作控制都可分为:
    a、水泥加工 b、发泡调整 c、输送控制  三个操作单元,而每个控制单元越简化越好,水泥加工是两键
一阀,发泡是一键两钮,输送是一键一钮。
(二)、泡沫混凝土搅拌机性能要求;
    泡沫混凝土搅拌机,是泡沫混凝土加工的关键设备,然而由于各自的用途不同对其技术参数和性能要求也不同,但是其共同的要求是要为发泡机提供质量合格的浆料,所谓合格的浆料,是指其提供的浆料一是均质度好,二是和易性好,特别是连续作业的搅拌机,其先后不同时间进入搅拌机内的干粉料不可同时排出,这是目前单桶卧式和单桶立式搅拌机所无法达到的。下面对几种不同的搅拌机提出几点基本要求。
    1、 移动式水泥发泡机用搅拌机;由于该机型的泡沫混凝土发泡是连续不停的作业,用传统的卧式单桶搅拌机无法提供均质度与和易性好的浆料,应采用立式双桶搅拌机,这种搅拌机可实现浆料的有序输出,对为完全水化和颗粒状水泥有阻挡和深加工作用,使按顺序进入搅拌机的水泥也按时间顺序输出,提高了水泥的使用效果,减小水泥用量,这种搅拌机还具备无泄漏、不向外溅浆,扬尘轻的优点。
    2、 卧式单桶搅拌机;该搅拌机是目前应用最多的搅拌机种,但是配在移动式发泡机连续作业的机型上其均质性不好,易多用水泥,该搅拌机适用于固定作业做混合泡沫混凝土的搅拌机,这种机型不宜转速太高(一般低于60 转/每分钟),适合搅拌粗骨料和浓浆料,这种搅拌机的缺点是;易溅浆、漏浆、故障率高,在高要求的泡沫混凝土产品加工工艺中应避免采用。
    3、 轻质骨料加工专用搅拌机;这是在近两年为适应市场需求轻质高性能保温材料而开发的新型搅拌机,这种搅拌机采用的是涡流非剪切搅拌原理,填补了国内外空白,该搅拌机搅拌泡沫的破碎率为零,对一些易破碎的轻质骨料有极好的保护作用,该搅拌机为可调无级变速,可根据浆料的稠度调整搅拌速度,搅拌速度快、均质度好,适合加工多种混合骨料,是一种用途极广的机型。
(三)、水泥上料机的性能要求:
    水泥上料机,前面已提到三种形式,在一般场合的使用其选型并不重要,而对于移动式水泥发泡机的上料机则应有所选择,作为移动设备一是要轻便移动性好,二是要高效,三是要具备可计量性或可控制性,能适应野外风雨作业环境,这里提倡的是螺旋搅龙式上料机,这种上料机基本可满足移动式泡沫混凝土的使用条件。
(四)、泡沫混凝土泵送机的技术条件;
    泡沫混凝土的泵送技术,是泡沫混凝土输送的关键技术,它直接影响着泡沫混凝土的产品质量,尤其对输送过程泡沫的破碎率影响极大,人所共知,早期的泡沫混凝土泵是采用的螺杆泵(现在基本被淘汰),在实践中发现其输送后的泡沫较泵送前的破碎率超过50%,分离沉淀现象严重,那么到底用什么样的泵送机才是理想的泵送机呢?在多年的实践和试验中发现,泡沫混凝土由于其中含有大量的气泡,在输送过程中对泵送的压力、阀门的开闭与形状、流速、管道的弯度、管道接头的变径等因素有着密切的联系,根据这些特性,我们确定了泡沫混凝土的输送条件;
    1、 泵送机在泵送过程中的压力是相对均衡的,低脉冲的,
    2、 两个泵送脉冲间的压差越小越好,
    3、 泵送过程中的进出料最好无阀门开闭的扰动,通过对众多泵送机构的研究发现,只有两种泵符合以上三个条件;一是气动隔膜泵,该泵由于是以空气为推动动力,因此其输送压力平缓,脉冲小,阀门开闭缓慢,但是由于其受空气压力的影响,该泵的输送压力低,只适合60 米以下高度的作业条件。另一种是软管泵,该泵的技术性能基本符合泡沫混凝土的三个输送条件,经过改进的软管泵其最高压力可达2.5Mpa,能满足150 米垂直高度的作业,该泵由于无进出料阀,不仅减轻了对泡沫的干扰,而且提高了可操做性,减小了故障率,该泵可随意进行正反转操作,在实践中证明该泵是目前泡
沫混凝土输送的最佳选择。
(五)、水泥发泡机的控制计量技术;
    水泥发泡机的控制技术和计量技术是衡量整机技术水平的标志,在多年的摸索中,一台完善的泡沫混凝土设备需要具备以下控制措施;
    1、 供料系统的计量控制,该控制包括按单位时间供水与供水泥的控制和计量,其调整范围必须满足不同产品的水灰比要求。
    2、 制泡系统的控制与计量;制泡系统是由多元统一控制的复杂装置,它由发泡剂、水,水与发泡剂的稀释液,稀释液与空气的比例关系,及所提供的空气压力等著多因素,这些因素都需要有准确的计量和灵敏有效的控制,这些计量和控制还需有明确的显示或指示装置,如:压力指示、流量显示、等有效的参考参数,以保证运行过程中的监控和调整,在实践中发现分体式发泡机的发泡压力应控制在0.6Mpa 左右,而采用泵送发泡的发泡压力当大于0.6Mpa 时其发泡压力应高于泵送压力,否则会出现泡沫不均匀的后果,而前面的多因素调控,能够对泡沫的干湿度、泡孔、泡经、发泡量等质量实现控制,这些控制的不断完善,将为实现专家系统的控制奠定基础。
    3、 泡沫量与水泥浆的混合比例;这是泡沫混凝土制作过程中的最后一道控制,它决定着泡沫混凝土的密度稳定和准确性,它由泡沫的输出量与泵送机给出的水泥浆的两个量来确定,当水泥浆固定不变时,调整泡沫量,泡沫混凝土密度会发生变化,反过来,当输出泡沫量不变,所供水泥浆发生变化,泡沫混凝土的密度也会发生变化,实践证明,当第1、2 项控制稳定后,第3 项的调整相对简单。
三、 新技术新工艺在泡沫混凝土设备上的应用;
    泡沫混凝土设备是多技术的组合,也是多工艺的体现,通用部件占机件总量的80%以上,由于该设备的复杂性和高要求,对其可靠性,稳定性要求较高,因此工艺和技术的选择对设备的性能是十分重要的,当然这并不是说选用最好的技术和工艺就可以把设备做好,而是选用合理的工艺和技术,让其发挥最有效的作用才是最佳选择,这里针对目前已采用的工艺与技术简单介绍;
    1、 表面处理工艺:这是指在一些有摩擦的机械表面进行硬化处理的工艺,如液压系统的缸筒、活塞、柱塞、阀板、阀座、耦合件等进行调剂、淬火、镀铬、滚压等处理,使这些部件的性能和寿命大幅度提高。
    2、 新材料新工艺的应用;是指用化学或添加剂的方法对轴承、轴、套等摩擦副进行处理使之达到减轻摩擦延长寿命的目的。
    3、 电子技术的利用;在一些机型上已广泛采用了变频器、PLC数控技术、触摸屏技术、单片机、电子控制喷射、传感器、数字计量等技术,当然有的设备不等于采用了先进装置就等于设备先进了,这是个误区,采用先进的技术必须以提高性能为主,笔者发现有的机器虽然装了某种先进装置,而其功能与原来没什么区别,只是追求了一个潮流,这里提倡的先进技术是要把泡沫混凝土技术推向一个现代化的高度。
四、 设备的选型:
    设备的选型,是以应用为目的,在前面提到的各种设备中,既有产量的区别,也有工艺的区别,在同类的设备中更有技术和质量的差异,这里教大家一些基本的选型原则。
    1、 功能选择;即是干什么用,目前发泡设备是在完善过程中,一般不要听信厂家宣讲的万能设备,而是要选择专用设备,如;屋面现浇设备、地暖现浇设备、墙体浇筑设备、喷涂设备、轻质骨料加工设备、地面垫层设备、工厂预制成品成套设备、家装地暖设备等均为专用设备。
    2、 产量选择;产量选择不是一味的追求大产量,一般的产量是根据工程需要,象工厂预制生产是根据目标产量系统配套设计。而工地现场施工则是根据工地的工程量和工程进度考虑的,但是根据经验配置,移动式现浇人工上料发泡机最佳产量在20m3/h 左右,这是按最佳人力配置设计的,如果是机械供料产量可大于30m3/h,如果是零星工地,可选择小于10m3/h 的小设备。
    3、 高度选择;目前发泡机的有效高度因受泡沫特性的影响,无论那种设备其最大有效高度均在75 米左右,因受机械技术和泡沫剂的因素影响其高度差也不超过30 米,目前解决30层楼高层施工的有效办法是采用分段施工的方法,即用目前市场上高性能小体积重量轻的设备,先运到距顶楼小于25
层的位置对上施工,然后再到底层向上施工,这样可保证上下楼的施工质量一致性。另外所谓大高度设备,其自所以可以打得高,是因为机器的压力高,对于混凝土泵或其它浆料的泵送设备来说是可行的,但是对于泡沫混凝土的泵送来说是行不通的,因为泡沫混凝土里含有大量的可压缩泡沫,这
些泡沫的抗压力是有一定限度的,特别是其最大压力与出口开放压力差是受泡沫的最大张力决定的,即泡沫的最大张力越大,其最大泵送高度也越大,而这时的泵送机的压力越大,对泡沫的破碎影响越大,所以水泥发泡机的泵送压力不是越大越好,而是最佳匹配为好。
    4、 发泡性能选择;发泡性能是水泥发泡机的关键性能,其主要指标有;发泡剂的流量控制方式与监控、稀释水的控制性能、空气压力与空气量的控制技术、发泡系统的优化设计,以上几项参数的优化匹配,都构成发泡性能的技术条件,有些仿制产品这些指标是达不到要求的,这些指标的主要表现是;每一项指标都有相应的指示表和调整装置(钮),厂家应给出调整参数和方法,通过指示装置可以监控工作状态,有很多机器是一种盲目调整措施,目前最好的控制技术是采用电子喷射控制发动机的供油控制技术,(负压电子控制发泡剂脉冲供液技术),这种技术调整简单、工作稳定、故障率低、维修方便,可使用各种发泡剂。
    5、 其它设备的选择;
  (1)、搅拌机;要选择适合连续作业的搅拌机,这里推荐立式双筒差速搅拌机,该搅拌机输出的浆料无干粉生料,较卧式单桶搅拌机不溅浆漏浆,故障率低,节省水泥,
  (2)、上料机;作为固定作业,可选择靠性高的大型机,移动式现浇设备应选择轻型,适应野外作业的螺旋机,总之应选择适合作业环境的设备。
  (3)、关于其它附件用户可根据自己的需要进行选择,但是原则是要保证与主机配套方便作业为宜。
五、设备的使用与维护;
    1、技术培训;各种设备,都由多种技术组合而成,在使用前都需经过专业指导或培训,否则难以发挥其性能,对水泥发泡机而言更是如 此,厂家对每个机型都附有说明书,应该将说明书读明白。
    2、使用要领;任何水泥发泡机,都由水泥浆加工、泡沫调整与控制、泵送操作、容重控制、质量控制五个主要内容,这五个要素既是发泡机的质量体现,也是操作人员的技术水平高低表现,这些内容厂家都有自己的技术要求,在我们的专业培训中将有更细致的讲解。
    3、设备的维护与保养;一台良好的设备,是需要经常的进行维护和定期保养,才能发挥出应有的性能,水泥发泡机,其维护的内容主要是;
   (1)、制浆系统的上料机、搅拌机,要经常润滑轴承,调整传动皮带的紧度,清理系统内的杂物和遗留水泥,防止卡死转动部分.
   (2)、发泡系统的维护;发泡系统的检查养护十分重要,每次作 业前和作业后都要进行检查掩护,检查的内容有;进水管路有无漏气和堵死的故障,发泡剂进液管路有无漏气堵死故障,这些小的故障会引起发泡系统不能正常工作,检查发泡空压机皮带松紧度,有无漏气现象,机器在工作时,要通过泡沫检查管观察泡沫是否正常,有发泡压力表的发泡机可通过发泡压力表的指示判断系统的工作状况。
  (3)、泵送系统的维护;泵送系统是发泡机的核心机构,液压式泵送机的维护比较复杂,首先要保证液压系统的管路无松动断裂,保持油路系统的清洁卫生,保持液压泵、液压马达、分配阀、节流阀、溢流阀、背压阀、电磁阀、行程传感器等部件的良好工作状态,工作前后要检查各控制电路电器状态,线路连接要良好,阀体、阀座、工作缸、活塞、都是易磨损件,要定期检查其磨损
情况,必要时要进行修复更换。
    对于软管泵,其保养相对简单,一是定期调整挤压轮间隙,二是保证电器部件的良好状态即可。总之无论是哪一种机型,都要根据其机械特征和原理进行维护保养使其始终保持良好状态,才能作出好的产品。
结束语:
    泡沫混凝土尽管已有多年历史,但目前尚处于开发完善阶段,建设性的研讨是我们所有业内人士的责任,本文只凭个人的浅识拙见,希望起到抛砖引玉的效果,也算是为泡沫混凝土的产业发展添砖加瓦了。
                                                                                 
 
 
                                                       烟台驰龙建筑节能科技有限公司 牟世友
                                                                                                   
 
 
 

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