建筑干混砂浆生产工艺设计

绪论

　　近年来，我国政府大力推广建筑干混砂浆的生产及应用技术，出台了干混砂浆逐步取代传统现场搅拌砂浆的一系列政策文件,即将迎来干混砂浆生产线的建设高潮。目前，国内具有一定规模水平的生产线几乎全部引进国外技术和设备，工厂建设投资大，不利于我国干混砂浆的推广应用,借鉴国外先进技术，实现我国干混砂浆生产技术的国产化迫在眉睫。

　　干混砂浆与传统现场搅拌砂浆相比，其突出的优点符合环境保护、建设节约型社会的政策。这一新型建筑材料得到我国政府的大力倡导，成立了“中国散协干混砂浆专业委员会”，预示着政府对干混砂浆发展的重视，预示着我国干混砂浆的发展应用将逐步走向规范化、科学化。干混砂浆的推广应用是一个系统工程，它涉及产品的生产、质量标准的制定、施工技术规程等多方面，是我国建筑史上一次重大革新。目前，国际知名的几大干混砂浆成套设备技术供应商都将目光聚焦中国市场。芬兰劳特干混料有限公司、德国m-tec公司、奥地利筑霸王公司在中国都设有办事处，国内已有几条引进他们技术装备的生产线，这为国内干混砂浆的生产起到了示范作用，缩短了我国干混砂浆生产技术与国际先进技术的差距，但从国外引进技术设备必将加大工程建设投资，这些生产线的投资都在几千万到上亿元，不适宜我国干混砂浆的推广应用。逐步实现生产技术装备的国产化是我国干混砂浆推广应用的必由之路。

　　干混砂浆的生产在干混砂浆的推广应用中起着先导作用，政府提倡建设干混砂浆示范线，引导企业对干混砂浆生产线建设的正确决策。避免盲目投资引进和低水平重复建设。特别是普通干混砂浆的推广应用还需较长的过程，现阶段普通干混砂浆和特种干混砂浆生产线分别建设为好，这样可以做到建设投资经济，生产规模适度，生产线的控制管理水平合理，能确保产品质量的稳定。我院在1999年～2002年,先后设计了生产工艺及设备完全国产化的干混砂浆生产线，这在全国也是走在前面的。通过设计实践，我对干混砂浆生产工艺及其生产线的建设有一些认识和体会，随着我国干混砂浆推广应用进程的推进，对原有设计也有一些新的认识，在这里对干混砂浆生产线国产化设计进行阐述。

1.干混砂浆产品及生产工序

　　1.1干混砂浆产品

　　干混砂浆是指由专业生产厂家生产的，经干燥筛分处理的骨料、无机胶凝材料和功能性外加剂按一定比例混合而成的一种颗粒状或粉状混合物，它可采用包装或散装形式运至工地，按规定比例加水拌和后即可直接使用。相对于传统现场拌制的砂浆，干混砂浆具有品质优异、品种丰富、使用方便、绿色环保、施工文明、工效提高等众多优点。

　　干混砂浆种类非常丰富，远远超出了传统意义上砂浆的概念范畴。一般分可分为普通干混砂浆、特种干混砂浆两大类。普通干混砂浆主要有普通砌筑砂浆、普通抹灰砂浆、普通地面砂浆；特种干混砂浆指对性能有特殊要求的专用建筑、装饰类干混砂浆，主要包括防水砂浆、界面处理砂浆、瓷砖粘结剂、填缝剂、内外墙腻子、装饰砂浆、保温砂浆、地面自流平砂浆等。

　　1.2生产工序及特点

　　干混砂浆生产工序主要有：骨料预处理、原料提升和储存、配料计量、混合搅拌、成品包装储存或散装发送。干混砂浆的生产工序并不复杂，但其具有以下特点：

　　（1）砂浆是一种在建筑中普遍使用的大宗建筑材料，干混砂浆的种类很多，普通砂浆和特种砂浆的差异性大，一次性用量也各不相同。生产线的建设应考虑砂浆产品多样化的特性，工艺流程及生产设备应适应产品多样性的要求。

　　（2）为满足不同的基体和建筑施工要求，在砂浆生产中掺配各种功能性外加剂，外加剂的种类繁多，掺配比例在千分之几，万分之几，高精度的计量配料系统是必需的。

　　（3)干混砂浆中骨料的掺量在60%～80%，并且容重较大。外加剂的掺量很小、容重小。如何将他们在短时间内混合均匀是至关重要的，混合搅拌设备及混合工艺是干混砂浆生产工序的关键。

　　（4）混合均匀的成品在储存、运输过程中容易产生离析，对装卸设备及运输设备有特殊要求。

[Page]

2.干混砂浆生产线的国产化设计

　　在我国建筑干混砂浆推广之际，我院根据国产设备情况，国内原料供应现状，借鉴效仿国外生产工艺，先后设计了完全国产化的干混砂浆生产线，为国产化干混砂浆生产线的设计提供了基础。下面我将通过生产线设计实践，谈谈干混砂浆生产线主要环节的设计。

　　2.1骨料预处理系统

　　干混砂浆中骨料通常占到配料的60%～80%，骨料主要采用河砂、石英砂、机制砂。干混砂浆对砂的含水率、含泥量、颗粒级配有严格要求。用于配料的干砂应满足：含水率：<0.4%；含泥量<1%；颗粒级配范围为0～4mm。干砂可以从市场购进成品砂，也可以购进原砂，再对原砂进行干燥和筛分。

　　当项目建设厂址离砂源地较近，应该采用原砂，配套砂烘干和筛分系统，如果厂址离砂源地较远，燃料供应、建设场地有局限性、环保要求不允许时，应考虑直接采购成品砂。当购进筛分好的成品砂时，不同粒径的砂应分别堆放，只需筛出砂中混入的杂质就可以直接送入各砂仓储存，当购进混合成品砂时，要设多级筛分机。

　　国外典型的砂筛分工艺是将干砂提升至混合配料塔顶部的多层筛分机，分级后的砂直接进入不同的砂仓中储存，少量的筛上物回到地面。国内筛分设备可选用概率筛、圆形筛、直线振动筛。概率筛体积相对较小，筛分效率高，直线筛体积较大，震动较大。

　　设计中，针对国内干砂供应情况和国产筛分机性能，生产线自动化程度，可以采用将筛分机布置在搅拌塔下部，将筛分后不同级配的砂提升至塔顶部，送入各砂仓的方案。这种方案有以下优点：

　　（1）容易控制料仓空满程度，避免造成漫仓。

　　干混砂浆的品种繁多，实际生产中，各种品种的生产安排是受市场需要随时变化的，混合砂的颗粒级配是波动的，将筛分机布置在配料塔顶，筛分后的砂直接送入各砂仓，会造成砂仓空满程度的不一致，调节不好，会造成漫仓现象，过多的砂还需重新回到地面。

　　（2）便于筛分机的检修和筛上物的处理。

　　同样能力的国产筛分机和引进筛分机相比，外形尺寸大，电机功率高，筛分机布置在地面，利于检修和筛网的更换，也减少了筛分机对配料塔楼的震动影响。

　　2.2物料提升、储存系统

　　在生产线设计中，我们采用了塔式布置工艺模式，所有的物料提升至配料塔顶部。骨料砂提升采用斗式提升机最适宜，经济、稳妥。

　　粘结材料和掺和料采用气力输送。在我国，虽然水泥散装率在逐年提高，但袋装水泥仍占据市场一定份额，石膏粉及掺和料市场供应更是袋装为主。在设计中要考虑袋装粘结材料的拆袋、气力提升设备，压缩空气系统及除尘设备的配套设计。

　　外加剂的提升通常采用电动葫芦。在设计中我们选用了一部小型杂货梯，将外加剂送到外加剂仓楼层和混合机楼层。它的作用不仅限于提升物料，还便于检修设备、工具的运送。

　　料仓的数量与产品方案有密切关系，以生产普通干混砂浆为主的生产线，原料和外加剂仓的数目可少一些，仓容大一些。生产特种砂浆为主的生产线，原料和外加剂仓的数目要多一些，仓容不需要太大。

　　砂仓的数量不应少于3个，不同粒径的砂分别储存。仓容积在60m3～80m3为宜。粘结材料和掺和料仓的数目不应少于3个，仓容积在50m3～80m3为宜。外加剂储仓的数量不应少于6个，容积一般为1.5m3～3m3。各料仓设高低料位计，料位信号送到中控室，显示、控制仓内物料的多少。

[Page]

　　2.3配料计量、混合搅拌系统

　　配料计量、混合搅拌系统是干混砂浆设备的核心部分。高精确的配料及高均匀度的混合要求，是干混砂浆与传统现场搅拌砂浆的最大区别。配料计量、混合系统的设计，是我国干混砂浆生产技术完全国产化的关键，在设计中我们做了大胆的尝试。

　　2.3.1配料计量系统

　　在生产线设计中，针对螺旋喂料设备、计量设备和自动化控制水平，我们从下面几方面保证了配料计量的精度。

　　（1）喂料设备采用大小螺旋输送机配合的形式，大螺旋输送机主要起到快速加料作用、小螺旋输送机配变频电机，主要起到准确调节喂料量的作用。

　　（2）配比多和配比小的料分设两个秤斗。将配比大、容重相对较大的物料采用一个大料斗秤计量，配比小、容重相对小的外加剂采用小料斗秤计量，确保配料精度。

　　（3）料仓的均匀下料对配料精度有密切的关系，料仓锥体部分设计成足够大的溜角外，沿锥体圆周均匀设吹气板，防止物料结拱，确保下料顺畅。

　　2.3.2混合搅拌系统

　　由于干混砂浆的原料性能差异大，掺量也很悬殊，不同混合设备和混合制度会直接影响到不同产品的性能指标。国外有专业设备厂家提供用于干混砂浆生产的混合机，犁刀式混合机混合时间为120～180秒钟。立式强力混合机的混合时间更短，可达到60～90秒，甚至可以达到1∶100,000的极限混合比，有很高的混和精度，极大地提高了混合机的使用效率，同时有效避免返混和克服离析现象的发生。

　　国内生产混合机的厂家很多，主要用于食品、饲料、颜料等行业。干混砂浆引入我国后，也用于生产干混砂浆，但存在磨损大、混合不均等问题。混合机按其工作原理不同，种类也很多。常用的有双锥螺旋混合机、犁刀混合机和无重力混合机等多种形式，虽然其设备性能不能与国外一些知名混合机媲美，但其性能价格比有明显的优势。

　　掺量悬殊、原料性能差异大的不同物料用国产混合设备能达到预期混合效果吗？混合时间如何定？这些都是设计中的难题。在设计中，我们走访了国内多个设备厂家，通过小型混合试验初步确定了混合时间。在第一条生产线设计中，我们选用了两台6m3的双锥螺旋混合机。实践证明双锥螺旋混合机存在混合时间长，卸料不干净，螺旋磨损快，检修维护量大的缺点；在第二条生产线设计中我们选用了无重力混合机，并借鉴国外混合机原理，要求厂家在无重力混合机筒体两侧各配两把飞刀，飞刀速度为1500转/分。高速旋转的飞刀可以快速分散大团物料及纤维，一个批次的物料混合时间在3～5分钟。实践证明与双锥螺旋混合机相比，混合时间短，混合均匀度高，物料经底部气动阀门能在短时间内一次卸空，缩短了混合周期。

　　针对国内混合设备发展现状，我们在工艺上也采取了措施，增加了小料预混工艺。掺量小的几种外加剂经台秤单独计量后，与混合料或部分粘结料经过一个小型混合机预混，预混后进入大的混合机，这样易于小料的分散更均匀。

　　2.4成品包装储存和散装运输

　　混合搅拌均匀的干混砂浆可以采用袋装形式出厂，也可以采用散装形式出厂。散装运输与现场施工机具相结合，形成了科学的物流系统；一次施工用量小的特种砂浆通常采用包装形式，袋装的规格为10Kg/袋～40Kg/袋，考虑成品进入家装超市的便捷。

　　国内传统的多嘴水泥包装机可以用于包装骨料较细的干混砂浆。包装骨料较粗的干混砂浆时，物料磨琢性大，对设备磨损严重，包装精度差，应采用气吹式包装机。

　　我国干混砂浆的散装输送需要经历一个过程，但干混砂浆散装输送是必然的。在干混砂浆工厂设计时应考虑散装功能，考虑散装料仓、散装车的装料位置及厂内运输道路。

[Page]

3.通过生产线的设计而引发的思考

　　3.1现阶段特种砂浆和普通砂浆生产线分别建设为宜

　　国外干混砂浆生产厂的规模一般都很大，自动化程度高，生产线的功能齐全，即能生产普通干混砂浆，又能生产各种特种干混砂浆。成品即可散装又可包装，散装形式又分为汽车散装和流动料仓储存。袋装又分为小袋和大袋包装。

　　就目前我国干混砂浆的推广应用进程和设备装备水平而言，我认为目前我国干混砂浆生产线的规模不应求大求全，特种砂浆生产线和普通砂浆生产线分别建设为宜。理由如下：

　　（1）我国普通干混砂浆和特种干混砂浆的发展不同步。普通干混砂浆因其价格、施工机具、施工工艺等因素，推广应用还需要较长的进程；特种干混砂浆虽然已在工程中得到了应用，但品种远不如欧洲国家那样丰富，产品处于生命周期中的导入期。目前，建设大规模的生产线势必造成生产线的开工不足。这两种砂浆生产线应分别建设，可以根据市场需求来确定各自适宜的生产规模，使投入和产出更加合理。

　　（2）特种干混砂浆与普通干混砂浆相比，市场用量相对少，产品种类多。对砂的细度及颗粒级配要求不一样，外加剂的种类多、掺量小，计量混合精度要求高，自动化控制水平要求高。就目前我国干混砂浆的设备制造水平、生产自动化控制水平而言，特种砂浆生产线和普通砂浆生产线分别建设有利于产品质量的保证，有利于生产工艺的控制管理。

　　3.2二次提升工艺也适宜现阶段我国干混砂浆的生产

　　国外干混砂浆生产工艺流程大多采用塔式布置，即将各种原料一次提升至配料塔的顶端，原料借助重力，依次进行计量、混合搅拌、成品包装、散装发送的布置模式。这种工艺流程具有物料被提升的次数少，物料输送能耗低，生产线结构紧凑，占地面积小的突出优点。但同时也具有投资大，对自动化水平要求高的缺点。

　　在国产线的设计中，我们采用了塔式布置工艺流程，但配料塔结构设计的问题成为一个难题。配料塔的高度约37米，所有的物料提升至塔顶的料仓中储存。物料重量在1000吨以上，加之料仓的仓满、仓空变化的无规律性，整个配料塔楼的荷载分布很不均衡，有“头重脚轻”的感觉。国外已有成熟的设计经验，配料塔主体采用钢结构形式，外挂彩板维护。国外型钢材质也比国内好，能够做到用钢量合理、经济。国内没有这种形式配料塔的设计经验，我院结构设计师采用了钢筋混凝土结构，虽然也能满足生产和结构安全、抗震要求，但混凝土梁的断面过大，土建投资也不小，不是很好的设计方案。

　　结合国情，我认为不一定采用塔式工艺流程，采用物料二次提升的工艺流程也未尝不可。尤其是对于特种砂浆生产线二次提升工艺最适宜。二次提升工艺即：原料经第一次提升后送至各自的料仓中储存，经过配料计量后，再通过二次提升送入混合机内，混合搅拌后的物料直接进入成品包装储存、散装运输环节。二次提升工艺虽然较一次提升工艺，增加了提升设备，增加了占地面积，自动化管理水平降低了，但有其突出的优点：

　　（1）降低了配料塔楼高度，料仓可直接布置在地面上，降低了钢结构设计的难度，节省了土建投资。

　　（2）配料塔楼高度的降低，有利于散装水泥的泵送和物料的提升。我国水泥散装车的合理泵送高度在30米以下，超过30米的高度，物料的流量变小。采用二次提升工艺，料仓入口的高度降低了10米左右，适宜国内水泥散装车的合理泵送高度。

　　（3）我国劳动力充足，劳动力价格相对西方国家较低，采用二次提升工艺，虽然增加了输送设备，降低了生产线自动化程度，但这些输送设备在我国已很成熟，生产线自动化程度与目前我国国情相适应。

　　3.3干混砂浆生产装备水平制约着干混砂浆生产工艺的发展

　　干混砂浆生产工艺技术的发展离不开产品配方研发和设备配套水平提高。随着国内干混砂浆的大力推广，国内也出现了不少干混砂浆生产线设计及制造厂家，其水平差异较大。具有一定规模的有无锡江加、南方路机、泉州海特公司等厂家。其设备价格比国外产品便宜很多，但是其实际的生产能力和效率都要比国外相应产品逊色不少，提高现有设备的性能及自动化水平，加强关键设备的开发研制力度，才能带动我国干混砂浆生产技术整体水平的提高。干混砂浆生产线的完全国产化，是降低干混砂浆产品价格的主要措施之一，生产线装备水平的提高，是国产化干混砂浆生产工艺技术提高的基础。

[Page]

结论

　　采用国产设备和技术，根据原材料供应情况，选用合理的工艺流程，完全能生产出高质量的干混砂浆。普通干混砂浆已经大面积推广应用。散装物流技术、施工机具及施工工艺处在研究开发阶段。干混砂浆生产线的设计不应求大求全，普通砂浆与特种砂浆的生产线分别建设更适合国情。工艺流程模式不一定全部采用塔式布置工艺模式，二次提升工艺也适宜我国干混砂浆的生产，尤其是特种干混砂浆生产线更适宜采用二次提升工艺。

　　干混砂浆生产工艺的国产化水平与配方研发，材料研究及国内设备装备水平密不可分的。提高现有设备的性能及自动化水平，以带动我国干混砂浆生产技术的整体水平的提高，形成适合我国干混砂浆行业发展的生产技术。