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        发泡水泥的制作工艺及其应用(1)

        作者:牟世友浏览次数: 日期:2014年12月24日 10:38

        泡沫混凝土制作工艺及其应用

         

        前言:

        发泡水泥及其扩展产品“发泡混凝土”或泡沫混凝土经过几十年的发展,已日趋完善,在某些领域已表现出其优越的性能。2008年初,国内有关部门已经组建发泡水泥产品的研究应用机构,以加速发泡水泥产品的开发应用;最近国家出台的发泡混凝土砖的技术标准使其应用推广有了标准依据。正像大多数有识之士对发泡水泥的认识一样,由于其独有的特性,其综合指标是目前其它保温材料所无法比拟的。

        当然发泡水泥多年的发展并不是刚开始就令人们满意的,多年来很多人员和企业都参与了对发泡水泥的开发完善工作,从发泡剂的研究、发泡设备的改进及发泡水泥的制作工艺和应用,都付出了巨大的努力,使其由原来只用于地暖保温发展到今天的屋面保温等更多的应用领域,尽管如此,发泡水泥仍处在产品的开发阶段。多数领域虽已引入应用发泡水泥,但是尚达不到理想标准,尤其值得注意的是,整个市场表现的比较混乱,工艺标准众说纷纭,无一定论。诚然,在产品的开发阶段出现这种现象应该是发展中的必然过程,也是在所难免的,为此,现将我公司近几年的一些工艺技术应用实践提供给大家,或许能起到抛砖引玉的作用,也为发泡水泥产品发展作出我们自己的贡献,并希望该领域的有识之士给予斧正,不胜感谢!

         

        一、    发泡水泥的制作设备——“水泥发泡机”

        水泥发泡机,是制取发泡水泥和泡沫混凝土的关键设备,古人云:“工欲善其事,必先利其器”,发泡水泥的发展过程与制作设备的发展有着密切的联系,早期的发泡水泥之所以性能差,产量低,无法实施大面积推广,就因为早期的发泡技术十分原始,直到现在还有部分企业仍保留着搅拌发泡、风扇发泡、水流搅动发泡等原始工艺。由于工艺不同,所以人们对发泡水泥的认识就不同,包括早期对泡沫的检验标准和手段,其是针对当时的工艺制定的,这些标准在当时是合理的也是有效的,譬如:对发泡剂的起泡量检测,对当时那种发泡工艺,这种方法是十分有效的,而对现在的发泡技术则失去了指导意义。

        我们现在所谈的设备与技术是指经过多年发展的新型设备,关于旧工艺和旧设备不再讨论,下面探讨一下有关新型水泥发泡机的有关问题。

        1.       发泡机的分类:

        水泥发泡机近几年尽管出现了不少新机型,但是不外乎以下几类:按发泡方式分可分为低压发泡和高压发泡两种;按产量分可大致分为每小时产量小于2立方米的微型机、每小时产量在48立方米之间的小型机、每小时产量在815立方米的中型机和每小时产量大于15立方米的大型机四种,现有大型机产量大致在每小时2030立方米;按输送方式分为自流式与泵送式,而泵送式按照使用不同的泵送机型还可细分为:螺杆输送机、液压柱塞输送机、气动隔膜泵输送机和工业软管泵输送机;按组合方式可分为分体机和组合一体机;按功能分一般可分为起泡机、泡沫水泥制作机、地暖专用机、泡沫混凝土制作机、屋面保温现浇机及多用途机型等,目前发泡机的选用多以用途和产量作为选型主要依据。

        2.       发泡机的选型

        前面提到,发泡机的选型主要依据用途和产量,同时因为发泡水泥应用目前尚处于成长期,需要一定的开发空间,对设备要求有相当的升级空间,以满足除现有生产需求外的产品开发的功能。目前市场上很多机型除了是技术上的差异外,多数是因为功能上的需求而开发的,如烟台汇福节能保温技术有限公司开发的四个系列十一种机型,主要是为目前市场对不同产品不同施工,不同的产量需求而开发的:如分体机FP16/18型,适合个体低成本的小工程量,可进行多种作业,产品标准质量极易掌握,产品稳定可靠,是入门本行业及小量施工的理想机型;另外有适合较小规模工程的多功能成套机型,自动化程度高,体积小、重量轻,机动灵活,适应多类型低产量施工和流动作业,该类机型8小时产量在4060立方米,能满足中小工地的要求;除此之外,每小时产量大于15立方米的机型为满足大工程施工的标准机型,其产量是根据人员最佳配置而设定的,所谓最佳配置是按照人的体能最佳工作量对设备产量和工位的合理分配,并且能满足施工工艺的人机最佳配置方案,这种配置能够最大限度的发挥整体效能。

        另外每种设备都具备了产品要求的功能,如:专做地暖的发泡工艺,配备有专用于保温产品和专用于屋面高强度防裂的两种配方,可以做出不同要求的产品;也有专用于墙砖、墙板生产的,间歇施工的,预制品专用机型和多用机型,该机型可满足工厂化产品的流水生产,配置了一套严格的制造工艺和多个产品配方,以满足不同产品的性能要求。

        总之,设备的选型对于企业的产品性能和质量有着重要的意义,选型的成功与否可能直接影响到业务的成败,这在目前的地暖行业里该现象比较突出,在企业不知情的情况下选购设备,较好的方法是:确定企业的明确目标,根据目标考察机型,针对所选机型征询厂家提供的工艺、配方等技术保障措施,而非简单笼统的质量保证,进行产品制作演示及操作培训,详细了解机型的体积重量是否满足自己的施工需求,及其可操作性、可靠性和可维修性情况。

         

        二、  发泡水泥制作工艺

         

        工艺流程图

        根据发泡水泥的工艺流程图不难看出,发泡水泥的制作工艺流程复杂,不可控变量很多,如:水与水泥、水与发泡剂、空气与混合液、泡沫与水泥浆,都存在单种材料间的量变控制和对应关系,而这些变量的本身均无法进行精确计量,即使设备已具备可操控功能,由于操作人员的人为差异和其他因素也会造成极大的不稳定性,目前市场上的发泡机其工艺流程基本类似,但其操控差异很大,各自的配方也因企业的技术深度而有所区别,这种区别造成了产品质量的很大差异。正是这些差异使发泡水泥长期以来无可参照的标准,更使发泡水泥的应用停留在目前有限的几个领域内。工艺的雷同和配方的单一,阻碍了发泡水泥的发展,为此我公司针对这种状况,进行发泡水泥工艺与配方的研究,首先确定目前如下部分产品及工艺的目标。

        (1)       地暖保温材料                     2平屋面现浇施工

        (3)       斜屋面保温施工工艺               4水泥发泡+聚苯颗粒混合发泡工艺

        (5)       地面垫层施工                     6地暖填充层施工

        (7)       保温砖制作工艺                   8隔墙板制作工艺

        (9)       工艺品浇模工艺                   10)地基填充施工

        (11)   废矿井回填施工                   12)路基、地面填充施工

        (13)   耐火砖工艺                       14)保温箱体内夹层填充

        15)轻质夹层填充工艺                  16)泡沫混凝土墙体现浇工艺

        以上这16个工艺目标基本包括了目前市场的基本需求范畴,这些需求对产品的性能要求是不同的,由于对性能要求的差异,不仅工艺要有区别,而且各自的配方也具有较大的区别正象以往的发泡水泥及其设备都是从引进地暖工艺而配套的,但是当多数设备厂家听说发泡水泥可用于屋面保温时,随即在设备原说明书上增加“可以用于屋面保温”等内容,而设备本身并未做任何改进,更没有向用户提供工艺配方,所以致使发泡水泥向其他领域扩展的不严肃性,当然近几年我国发泡水泥技术进步是主流,多数厂家也在不断完善,特别是在设备的可靠性方面做出了大量的工作,使目前的设备性能有了明显的提高。

         

        一、    发泡混凝土的应用

        发泡水泥的应用范围十分广泛,前面已经讲过,发泡水泥的应用是看发泡水泥产品的性能,也就是说发泡水泥成品的性能与性质决定了其应用领域和用途,如保温性能优良的产品适应做保温,而对其强度要求就低一些,而强度高、重量轻的产品则适合做兼有保温效果的砌块,如果对其耐高温有要求,则其配方就应该是以耐高温为目标。根据不同的性能要求进行工艺配方设计才能满足不同的使用要求,只有不同的工艺和配方,才能生产出不同应用的产品。由于不同的工艺与配方对设备的工艺适配能力就有了不同的要求,所以发泡混凝土的应用最终不仅要有不同的工艺和配方,更要有能实现这种工艺的设备和技术措施。由于发泡水泥目前处于发展推广阶段,因此对设备的完善和开发存在较大的依赖性,选购设备的施工企业必须明确提出自己的应用目标与性能要求,才能推动设备生产厂家在现有条件下尽力提供能够满足产品开发应用的设备,同时也能推动发泡水泥产品的发展。

        发泡混凝土的广泛应用,不仅是其性能指标问题,还存在应用创新和多项技术改革问题,如果一种新材料的使用以旧材料工艺为依据参照使用,会阻碍创新的发展,只有根据不同新材料的性质在应用于新领域的同时制定出新工艺,才能发挥出新材料的优越性,发泡水泥尤其如此,它需要使用过程中不断开发完善新工艺,创造性的去发掘应用,相信这种材料必将在节能环保建材领域里大放异彩。

        四、            生产泡沫混凝土保温砖可行性分析

         

        发泡轻质保温隔热建材市场机遇

        2006年七月一日国家颁布建筑保温节能有关技术标准和法规要求,这是我国建筑保温节能产品的一次大整合,对于一些优质产品是一个良好机遇,而对于一些劣质产品将是一次考验。为了达到国家建筑节能60% 的目标要求,目前各地均已启动旧房节能改造和新房节能设计工作。这将需要大量的保温隔热性能好的轻质材料,如屋面保温设计用的保温砖、保温板、现浇泡沫混凝土屋面;墙面保温设计用的保温板、保温砖、保温文化石;墙体保温设计用的轻质砌块、现浇保温墙体、泡沫混凝土隔墙板;地面保温设计用的保温泡沫混凝土地砖、现浇泡沫混凝土地面等。新的建筑节能法规给这些保温产品均带来了千载难逢的市场机遇,一个巨大的节能环保建材市场正在形成,特别是低密度,低导热系数产品十分畅销,无论是建筑业内还是业外人士,建筑环保节能创造的这一市场良机不可错过,尽快地找到切入点,抢占市场先机,必然会获得成功,20083月份北京已成立首家“发泡混凝土保温产品研究中心”,主要从事泡沫混凝土保温材料在建筑领域的产品应用开发,以适应和满足市场的需求。

        这里和大家探讨一种新型泡沫混凝土保温材料,该材料性能优越、应用广泛,是一种能满足目前和未来环保节能保温的理想材料。我公司在以往的几年中已成功的在地面、屋面施工几十万平米,效果良好,预测在未来将会有更大的市场。最近我国有一项调查表明我国以往的建筑有99%达不到新的建筑节能要求,这里我们重点对发泡混凝土的开发应用进行一些可行性探讨。

        (一)、泡沫混凝土的优越性:

        实现建筑节能60 %的目标,需要对建筑屋面、墙面、墙体、地面全都实行保温隔热处理,需采用导热系数很低的节能型保温隔热材料。目前,符合建筑节能技术要求的四大材料为:聚胺脂制品(MDI),发泡聚苯颗粒(EPS)及其衍生产品、加气混凝土、泡沫混凝土。其中,聚胺脂成本太高,一立方一千多元,苯板造价也高,每平方墙体外贴苯板加抹面处理总造价约60-140 元,开发商难以承受,不能大面积推广;加气混凝土墙体价低但由于保温系数大,节能效果一般,只能用于砌筑墙体,不能用于旧房墙面处理,也不能用于新旧房屋的屋面地面处理,还不能现场施工。而且,加气混凝土投资大难度大。泡沫混凝土性能比加气混凝土优越,(设备简单,材料普及)投资远低于加气砖的投资,很容易生产,规模不限,可大可小,作业灵活,而且既可生产泡沫砌块、墙板、贴面板,屋面板或砖、墙面砖和文化石,又可现浇泡沫墙体、屋面、地面,应用范围包括屋面、墙体、地面、墙体、公路、护坡、矿井回填等涵盖了建筑领域的所有工程。它是四大轻质保温隔热材料中用途最广、投资最小、产品最多、市场最大的一种材料。其优点如下:

        1、轻质,保温隔热优异它的密度为200 600 ㎏,导热系数仅0.065 0.125w/m·k),(加气混凝土导热系数0.15——0.22W/m.k),

        2、强度好,可满足建筑各部分使用的强度要求200 600 /m³产品抗压强度为0.8 6.5mpa, 与加气混凝土相当,完全能满足使用要求。

        3、防火性能优异耐火极限可在4 小时以上,达A 级防火标准,克服苯板易燃,和其他材料高温老化的不足,用于建筑更安全。

        4、使用成本低用于墙体保温,苯板造价140/m ²,泡沫混凝土仅60 /m²。用于屋面地面保温,聚苯颗粒水泥砖总造价25 45 /m²,而本泡沫混凝土仅24 30 /m²。用于墙体加气混凝土20cm 厚总造价(含外粉刷)50 100 元,而装饰泡沫混凝土仅25 35 /m²

        5、隔音好,发泡水泥墙体、地面屋面均有良好的隔音性能,近几年已有一些大型商场采用发泡水泥做地面垫层用于隔音,效果良好。

        6、环保抗老化,发泡水泥无毒,是理想的环保材料,由于其性质是和水泥相同,因此其抗老化性优于其他材料。

         

        (二)、泡沫混凝土砖的优点及应用前景:

         泡沫混凝土砖的应用前景十分可观,其主要原因是它与目前的加气砖及其它砖比有以下几点优势;

        1、  容重低强度高,其它砖其容重一般高于800公斤,而泡沫混凝土低于600公斤,目前我公司做的泡沫混凝土砖可控制在300—580公斤范围,其强度500公斤的容重能达到800公斤加气砖的强度。

        2、  保温系数低,目前市场使用的加气砖保温系数一般在0.15—0.17W,而泡沫混凝土的保温系数一般在0.08—0.125W之间,可作为一种保温材料直接用于墙体施工,而加气砖和其它砖还需进行内外墙保温。

        3、  生产工艺比加气砖简单,能耗低,(见流程图)

         

        发泡混凝土工艺流程:

        原工艺流程

         

        从图中可以看出两种工艺区别较大。

        1、  两种砖的生产周期差别较大,加气混凝土单班生产周期为18小时,发泡混凝土砖单班生产周期是11小时,因此发泡混凝土可组织两班生产,加气砖每天只能组织一斑生产,如果以发泡工艺改造加气砖工艺其产量可增加50%以上。

        2、  发泡混凝土砖生产成本低于加气砖的生产成本,其主要区别在于发泡混凝土的骨料要比加气砖要求低一些,骨料来源广一些。

        3、  发泡混凝土生产能耗低,单日用电能耗较加气砖低于50%,断季生产可转于半自然养护,能耗更低。

        4、  加气砖只作为一种轻质材料用于墙体砌块,发泡混凝土不仅具备加气砖的所有功能,还具有良好的保温隔音性能,仅保温性能的价值已远超出加气砖的市场价值,是目前国家极力推广的新型建材,如果用于新建墙体自保温体系,他将会引起中国建筑墙体的一场革命。

        (三)、发泡混凝土砖生产可行性:

           发泡混凝土砖的专业化生产已成为现实,烟台汇福节能保温技术有限公司用三年的时间,做了大量的研究实验自200711月份完成了成套技术、设备、工艺、材料、配方等全部项目的开发工作,特别在工艺方面的研究已走在全国的前面,由于工艺的超前也推动了设备的进步,目前公司的发泡水泥设备已形成系列化,能满足市场的各种需求,新的工艺设备还可以对市场已有的加气砖生产线进行更新改造,改造后的生产线能耗下降50%,产量可增加40%---100%,简化工艺流程节省劳力,由于成本降低产量翻番经济效益是显而易见的。

             目前发泡混凝土砖的所有生产设备可分成两个系列;一是原来已有的成套设备,根据需要进行选购即可,二是新研发的专用设备,这部分设备的比例只占全套设备的六分之一或十分之一,所以无论是对旧设备进行改造还是建设一套新的生产线,其投资额都会远低于加气砖的设备投入,到目前为止发泡混凝土砖的生产已完全具备规模化专业化条件。

        (四)、发泡混凝土砖的经营可行性;

             发泡混凝土砖的市场前景已象前面所讲,应该说发泡混凝土砖的诞生已滞后于市场的需求,特别国家确立的建筑节能目标对各地来说是一项十分艰巨的任务,目前市场已用的保温材料基本满足不了目标的要求,鉴于发泡混凝土砖各方面优越的性能和其生产成本低下及工艺的可行性马上即可进入建材市场,特别是原加气砖的成本因涨价因素已超过120/每立方,而我们开发的发泡混凝土砖的生产成本已低于120/每立方米,但是发泡混凝土砖保温系数低于0.1W/mk,加气砖的保温系数大于0.14W/mk,发泡混凝土砖的使用价值远大于加气砖,另外在不改变两砖的使用环境的情况下可以互相代用其轻质建材的功能,而用发泡混凝土砖砌的墙体再不需进行外墙内外保温,这就比原来需进行外墙外保温的墙体成本大幅度降低(约每平米节省30多元),实质发泡混凝土砖是加气砖的换代产品,因此发泡混凝土砖是已经成熟的产品,而且投资少见效快,完全具备了经营的可行性,并且有着十分良好的市场前景,不久它将成为建筑节能的主要材料。

        (五)、设备投资:

        1、锅炉;3吨一台

        2、  蒸养釜;3

        3、  钢模;3立方12

        4、  切割机;钢丝锯一套(包括吊车一套)

        5、  搅拌机;3—9立方一台

        6、  发泡机;大于60立方/每小时

        7、  上料机;与上料组分配套(包括皮带运送机)

        8、  内料场;够两个班时用料

        9、  养护场;根据产量而定,一般不小于5000平米

        10、            生产车间;2000平米

        11、            附属厂房;300平米

        12、            水电设施;水量:每班大于240吨,电量:80千瓦,

        (六)、工艺组织方案:

             自然养护生产方案;

                自然养护是指发泡水泥砖在生产全过程中是靠水泥自身的水化反映进行初凝、初硬,这种工艺的优点是;

            1一次投入成本低,

        2工艺简单适合创业初期开发,

            3自然养护的产品后期强度增长期长,强度高,

        缺点是;

        1、  生产养护场地大,

        2、  生产周期长,

        3、  质量不稳定,破碎率高。

             B  组合养护生产方案;

                组合养护生产是指在生产过程中采用两种以上的养护措施,对影响生产质量、产量的工序进行改进,如对开模前进行促凝措施以缩短开模切割期,而在切割后进行促硬措施(蒸养、温室养护),待达到可搬运强度时即转于自然养护场地进行自然养护。这种养护生产方案的优点是;

        1、  综合投资成本低(设备和场地)。

        2、  生产周期:车间生产周期比任何方式都短,外养护周期小于自然养护期。

        3、  班产量高,适合大生产。

        4、  产品质量稳定,强度稳定性好。

        缺点是:

        1、  外养护场地占地大于蒸养生产。

        2、  养护期较蒸养、蒸压期长。

        蒸压养护生产方案:

        蒸压养护生产是指其生产全过程采用蒸养、蒸压养护措施,工艺流程紧凑,生产能力强,生产周期短,适合组织大生产。

        其优点是:

        1、  工艺规范,机械化程度高。

        2、  生产周期短,产量高。

        3、  产品质量稳定,

             缺点是:

        1、  一次投资大,

        2、  生产成本高,

        3、  设备管理、维修难度大,故障率高。

        综以上几种方案,用户可根据自身的环境情况选用,比较其综合性能笔者认为b方案是目前可行性较高的方案,该方案一次性投资较原加气轻质砖的投资低50%左右,特别是后期养护措施可视投资条件而定,另外该工艺对原料配方的适应性较强,所以具有很高的产品开发功能,由于不同地区、不同配方都有一些区别,因此其设备的配置会有所差异,其价格也有所区别。每一个项目只有在考察设计后方可提出具体方案。参考;加气混凝土生产工艺流程。

                                                              本文未完,下篇请详见<发泡水泥的制作工艺及其应用(2)>

                                                                                            

                             烟台驰龙建筑节能科技有限公司

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