浅析干混砂浆生产设备的选型

郑欣

正式会员
#1
由于社会分工和专业化,在混凝土实现商品化后,预拌砂浆的应用在国内悄然兴起。但由于干混砂浆在国内依然是新生事物,其生产设备选型及应用技术均处于探索、实践阶段。干混砂浆分为普通和特种两个大类,普通型需求量大,对设备计量精度要求相对较低,但要求大规模、自动化生产;特种型需求量小,对设备计量精度要求较高。本文主要研究不同投资情况下,普通干混砂浆大规模生产设备的选型。1 干混砂浆目前在国内的应用情况我国推广干混砂浆始于上个世纪九十年代,蓬勃发展则始于本世纪初。为了控制大气污染,降低粉尘排放,减少雾霾天气,全国各地市级城市大部分已出台相关措施,鼓励发展干混砂浆,禁止城区内的施工现场搅拌砂浆。此举推动了我国干混砂浆应用技术水平和生产设备规模的快速提升。以天津市为例,截止到2013 年 9 月,已备案的干混砂浆生产企业 29 家、生产线 34 条,年实际生产能力约 400 万吨。2 干混砂浆生产设备的选型国内目前有众多干混砂浆生产线制造商,生产线实际建成数量较多的有南方路机、三一重工、天地重工、新乡北海等。不同厂家的生产线设计各具特点,可总结为以下三类:(1)塔式生产线其特点是投资高、产能大、占地小。设备垂直式、紧凑式布置。塔式生产线适用于大规模生产袋装和散装砂浆。设备的垂直式布置,可大量使用溜管而非螺旋机作为物料输送管道,最大限度地减少了生产和维护成本,同时提高生产效率,设备的生产能力最高可达200 吨/小时。但是由于设备高度在 40~50 米,导致物料下落高度过大,容易导致离析;其次,设备的检修难度、风险加大。(2)水平阶梯式生产线其特点为投资少、产能较低、占地较大。设备为阶梯式布置,高度较低。当规划部门对建筑高度有限制时,该生产线可以满足要求。该生产线的生产能力可达50 吨/小时。由于高度限制,大多物料需要水平螺旋输送,干砂计量完毕后需要二次提升。设备的增多导致维修量加大,输送、计量较慢,导致生产效率降低。(3)塔式、阶梯结合式生产线该类生产线集合塔式、阶梯式的优点,将阶梯式生产线的部分干砂仓设置在计量层之上,用溜管替代输送螺旋,缩短配料时间、提高了生产效率,最大生产能力可达100 吨/每小时。其投资、产能、占地、高度介于塔式及阶梯式之间。3 干混砂浆各主要生产设备的性能干混砂浆的生产涉及烘干、筛选、提升、计量、搅拌、仓储、运输等过程,下面分工序介绍各种关键生产设备。3.1 烘干由于混合机的生产能力大于烘干系统的生产能力,因此烘干系统产能应较基准指标提高25%~30%。烘干设备目前主要是沸腾炉和机械滚筒式干燥机。沸腾炉的燃料为热量为 4000~5000 大卡的燃煤。沸腾炉燃烧效率较高、维修率低。除沸腾炉外设备商一般还会提供煤粉炉、燃气炉。煤粉炉燃烧率高,但维修量大,不适合大型生产线。燃气炉成本低、维修量小,但燃料贵,一般建在化工区的企业可考虑采用。机械滚筒式干燥机分为双滚筒分开干燥冷却式、单滚筒干燥强制风冷却式。单滚筒干燥强制风冷却式又分为两回程、三回程干燥冷却式等两种类型。目前国内应用较多的是单滚筒两回程式,烘干能力每小时20~100 吨。3.2 筛选干砂筛分机有圆形筛、投影式筛分机和传统的水平式筛分机等。圆形筛及水平式筛分机筛余率高、废料排放不方便、产量较低,不适用于大规模工业化生产。目前国内选用的多是投影式筛分机,该型号设备采用概率筛分原理,通过合理选择筛网孔径和筛面倾角使物料迅速过筛,筛分效率高。3.3 提升物料提升过程主要使用斗式提升机,包括环链式、板链式两种。环链式抛射角大,适合煤、湿砂等物料的提升,但其提升效率较低、维修量大;板链式适用于成品砂浆、干砂等干燥物料的提升,提升效率高、维修量小。3.4 计量干粉砂浆的计量装置一般使用梅特勒·托利多公司的 S 型拉式数字重量传感器,能够保证计量精度。3.5 搅拌混合搅拌是干混砂浆生产工艺过程中极为重要的一道工序。高质量的砂浆是将胶凝材料、功能外加剂均匀地分布在骨料的表面。要达到此要求,必须将各组分搅拌均匀。主要混合设备有无重力双轴桨叶混合机、卧式螺带混合机、犁刀式混合机三种机型。目前国内厂商配备的大多是单轴犁刀式混合机,品牌有意大利WAM、德国罗帝格等。在保证分散率的前提下选用较大的混合机有利于提高产能。由于下料高度低,可有效降低砂浆在下落过程的离析问题。3.6 仓储干混砂浆可以根据实际需求选择筒仓数量,一般配备四个储存仓,单仓容量为90m³ 左右。3.7 运输目前国内使用的运输车是在散装水泥运输车的基础上改造而来。一般车载罐体体积为25m³。3.8 施工现场存储干混砂浆企业会在施工现场配备一定数量的储存罐,每个专用储存罐体积为23m³,约储存干混砂浆 35 吨。由于干混砂浆使用期一般为 3 至 6 个月,导致储存罐有不可避免的闲置情况,因此储存罐的数量大于实际使用量。根据天津生产企业的统计分析,平均年销售1 万吨干混砂浆建议配备 10 个储存罐。4 影响干混砂浆生产设备选型的技术问题干混砂浆是由多组分构成,且各组分比重相差很大,各组分间通过表面吸附作用混合在一起,容易发生相对运动,导致离析,影响产品质量,且高温对产品质量亦有明显影响。因此在设备选型时,应注意以下几个方面:4.1 仓储过程中的离析问题干混砂浆由混合机混合均匀后经斗提机提升至成品仓顶。物料在入仓过程中,胶凝材料等粉料由于颗粒细小、比表面积大,受到的空气阻力大,所以下落缓慢;而作为骨料的砂等材料,颗粒较大、比表面积较小,受到的空气阻力小,下落较快。大量物料的下落导致筒仓内气流向上运动,加剧了粉料的漂浮,导致粉料、骨料分离,砂浆离析。一般采用的储存仓容量 90m³、仓体直径 3.0m、仓体高13m。以物料中各组分所占比例超出配合比±2% 为离析标准。以仓体出料口为基点,在仓体内没有物料的情况下生产至满仓。基点 5m 以内,产品均有不同程度的离析。目前解决该问题的最有效措施是取消成品储存。物料由混合机混合均匀后直接进入运输车辆,因此在管理规范、维修保障率高的企业,可以不设置成品储存仓,减少离析的发生。4.2 高温对砂浆性能的影响干混砂浆的主要特征是采用烘干后的砂子作为骨料,而目前的热源主要采用天然气、煤燃烧产生的热气将滚筒内的湿砂烘干。根据实际生产中得到的数据,为保证砂烘干后的含水率在0.5% 以下,其出滚筒温度一般控制在 65℃ 以上。砂入干砂仓后温度降低较慢,很难在使用前降温到 50℃ 以下。由于干混砂浆的主要外加剂——纤维素醚,随着温度的升高粘度降低,失去增稠作用,严重影响砂浆性能,因此,采用多回程滚筒及入仓前通风强制降温有助于保证产品质量。5 目前干混砂浆设备选型中存在的误区通常设备商所称的年生产能力,是按照式(1) 计算而来:年生产能力= (烘干系统小时生产能力×16小时× 300 个有效工作日)/0.80* (1)注:*0.80 为砂子在干混砂浆中所占比例的平均值。如果砂浆生产企业根据式 (1) 来选定生产设备,将进入严重的误区,影响投资回收。以设备商所称20 万吨生产线为例,配套的烘干系统生产能力为 30t/h。根据式 (1) 可得到烘干系统的生产能力约为 33t/h,两者相当,理论上可行。问题是占据干混砂浆用量80% 以上的住宅建筑,砌筑、抹灰工作通常集中在春季和秋季集中进行,因此砂浆生产企业应能够保证在 200 个工作日,生产全年产量 80% 的产品。通过“三班”24小时生产的方案,能够解决产能问题,但考虑到仓储、运输设备的投资、设备的维护及非施工季节时人工成本的增加,此方案并不可行。因此在设备选型时,应仔细调查本地区的建筑业施工情况,以保证产品供应。6 干混砂浆生产设备的选用组合及选用原则6.1 生产设备的选用组合针对设备的关键指数,根据企业投资情况、产能要求的不同,可参考表1 选择相应设备。表 1 设备选用组合表设备投资额(万) 年生产能力*(万吨) 烘干系统能力 干砂仓储容量 (m³) 混合机 提升机 (t/h) 运输车 (辆) 储存罐 (个)
t/h 型号 容量 (L) 数量 (台)
1000 5 20 滚筒 200 2000 1 80 5 80
1500 10 40 滚筒 400 2000 1 120 7 120
2000 15 60 滚筒 600 2000 2 120 10 160
2500 20 80 滚筒 800 3000 2 160 15 200
*按照下列公式计算:年生产能力=烘干系统小时生产能力×16 小时×200 个有效工作日/1.25。6.2 生产设备的选型原则(1)准确定位。设备选型前应充分考察当地建筑市场,对当地建筑业的发展前景及问题要有充分的认识,当地政府部门是否有“禁止现场搅拌砂浆”的规定,以此确定产品类型及所需产能。(2)按需配置。在根据市场考察的情况确定生产类型及所需产能后,应按产能需求确定各个系统的生产能力。以混合机生产能力为基准指标,烘干系统等上游工序具备仓储功能,产能应较基准指标提高25%~30%;提升系统等下游工序产能与基准指标等同即可。(3)类型兼顾。设备应保证普通砂浆与特种砂浆均可生产;散装产品与袋装产品均能够保证供应。7 结语干混砂浆目前在国的应用逐渐兴起,作为一种新型、环保、节能的建筑材料,干混砂浆的发展面临着各种机遇与挑战。由于起步阶段的推广困难,及砂浆产品本身的技术问题,导致大多数砂浆厂设备运转率较低,而干混砂浆设备的选型工作决定了干混砂浆生产企业的生产能力、未来的发展空间等一系列问题。因此,企业在投资前应仔细研究该行业在当地的发展形势,充分做好可行性研究,本着准确定位、按需配置、类型兼顾的原则进行设备选型及市场开发,从企业优化管理方面入手,提高效益,不可盲目追求规模,以免影响投资回收。