半干法石膏空心砌块的工业化生产.docx
《半干法石膏空心砌块的工业化生产.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《半干法石膏空心砌块的工业化生产.docx（11页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
半干法石膏空心砌块的工业化生产
半干法石膏空心砌块的工业化生产
安徽森科新材料有限公司
教授级高工、董事长张庚福
一、石膏砌块浇注法
目前国际上和中国国内石膏砌块的生产工艺均为：
以建筑石膏为主要原料（亦可加入轻集料）、纤维增强材料、发泡剂等辅助材料，经加水搅拌、浇注成型和干燥而制成的块状轻质建筑石膏制品，其生产设备除部分手工式外，大部分为机械成型，即“立模成型、液压顶升”。
建筑石膏粉（磷石膏和脱硫石膏等）未粉碎的颗粒级配不好，颗粒分布比较集中，比表面积小，20-200μm的颗粒高达60%，导致石膏粉加水后的流变性差，颗粒离析、内摩擦角大、分层现象严重。
为使石膏胶凝材料的流动性，现有石膏砌块的成型方法，不论手工式或机械式均为浇注法，为确保建筑石膏粉等与水的混合物的流动性，提出了石膏的标准稠度需水量，一般在左右，而实际生产中的水膏比远大于“标稠”，即：
，德国石膏砌块生产的水膏比在左右，某些石膏（如钛石膏）的水与石膏的比甚至达到110-120：
100。
而建筑石膏水化反应结晶的需水量仅为%（理论值），多余的自由水（60-70%）需要干燥（人工或自然）后方可出厂。
自然干燥要求堆场大（年产100万平米石膏砌块堆场约需60-80亩地），干燥时间一般在30天左右，如遇雨天和湿度大的天气，干燥时间更长，且需人工搬运码垛，增加工时费等，且破碎率高。
人工干燥（即热源烘干），烘干窑投入成本大（一般100万平米/年产），约需300万元左右，耗能成本一般在8元/㎡左右。
浇注法石膏砌块由于水膏比大，除去结晶水%（理论值），多余的60-70%的水存在石膏硬化体中，干燥后形成孔隙，孔隙率约在60%左右，其晶体形貌图如下（磷石膏）：
浇注法磷石膏砌块2000倍SEM照片
从晶体形貌看，晶体结构细长不粗壮，且端头尖细、毛刺，排列不规则，孔隙率大，其物理力学性能：
抗折一般在左右，软化系数小于，物理力学性能比现有市场墙材差，搬运过程破碎率较高，密度轻（一般小于1050kg/m3）。
为降低水膏比，国内在石膏砌块生产和实验中，采用如下方法：
1、手工浇注：
由于手工生产，石膏浆体的流动性要求小，其水膏比可大大降低，一般在：
左右，降低了干燥压力。
2、高效减水剂，国内不少助剂厂在探索用减水剂来降低水膏比，据说可降低水膏比10-20%，但生产中至今未遇到真实的减水剂，同时价格昂贵，生产实用价值不高。
3、球磨粉碎，通过球磨处理，可改变颗粒级配和形貌，增加石膏胶体流动度，降低水膏比约10%（实验室实验），但生产实践上未见。
4、在石膏胶凝材料中增加改性剂，增加流动度，这是很好的途径，笔者经过长期实践，其水膏比也仅降低10%左右，未能彻底改变水膏比多的现状。
由于石膏砌块干燥压力大（堆场大、烘干成本高，生产周期长），不能形成工业化生产。
长期以来，为解决高水膏比的干燥问题，业内石膏砌块企业从生产实践中总结出如干燥下方法：
1）芯孔水平放置法：
利用风的水平方向流动的特点，把砌块芯孔水平放置，便于通风，加快干燥速度；
2）建干燥楼，把砌块放到楼房上，增加高度，增加风力，因高度增加，高开湿度大的地面，便于去湿。
3）建干燥窑，通过加热干燥。
上述干燥方法虽有一定效果，但未根本解决石膏砌块的干燥瓶颈，且成本高，占地面积大，搬运成本高，由于物理力学性能差，破碎率高，虽然是绿色建材，但严重的制约了石膏砌块的发展。
二、半干法石膏砌块的提出
应用研究是为生产第一线服务的，市场的需求是应用研究的方向，石膏砌块浇注法多余自由水的干燥制约了其发展，能否有一种半干法石膏砌块的生产工艺彻底解决其发展瓶颈问题。
为此，依据对石膏材性的多年研究和其工艺实践，我们提出了半干法石膏砌块的研究课题。
半干法石膏砌块的研究的基本原则是：
1、半干法石膏砌块的各项指标仍执行JC/T698-2010；
2、半干法石膏砌块的水化与浇注法一法，只是加水量大大减少，即熟石膏（半水石膏）2H20+水→水化反应（空气中）→二水石膏（CaSO4.2H20）；
3、半干法石膏砌块的机械化生产仍是模腔成型，但工艺流程与浇注法不同，浇注改为布料。
研究表明，半干法石膏砌块与浇注法石膏砌块的结晶理论基本一致，但水化过程和水化反应速率大不一样。
从溶解析晶理论看，建筑石膏浇注法在高水膏比时初始水化反应快，但晶体产生后，由于水包裹晶核，阻碍了晶体的析晶和晶体结构的生成，延缓了水化、析晶过程（实践中，水膏比的高低可调节石膏的初终凝时间），由于多余自由水在晶体中的存在，使晶体结构致密性差，空隙率大，晶体结构形貌不粗壮，凝结硬化体力学性能差。
而半干法在低水膏比的时候，由于无多余自由水迟缓水化反应，其晶核产生，晶体形成反应速率快，其水化热高于浇注法5-10℃（初终凝时间远短于浇注法），由于无多余自由水，再加上添加SK半干法石膏助剂，晶体结构粗壮，致密，硬化密度大，力学性能高，由于配方中除供给结晶的需水量外，还有多余的少量的自由水，可确保完全水化反应，只是生产中最好水化反应一致，不要因水与石膏粉的界面接触不均匀而影响同步水化，因此加入分散剂非常重要。
通过大量实验，半干法石膏砌块有如下技术问题需解决：
1、由于水膏比低，水化反应激烈，一般水化热高出浇注法5-10℃，某些建筑石膏粉甚至高出10℃，由于反应激烈，易造成硬化体产生细微裂缝；
2、初终凝时间比浇注法缩短1-2min；
3、在水膏比低的情况下如何确保水与石膏的完全结合，完全水化；
4、密度大，如何降低密度以满足标准要求；
5、半干法石膏胶凝材料粘性极大，选择好不粘的界面材料；
6、半干法石膏胶凝材料对环境温度、水温、粉体温度等敏感性极强，其配方如何满足生产要求；
7、同类石膏，但不同品质，不同类石膏其配方均不一致，其工业化生产时候通过大量的实验以最终确定其配方；
8、调整好初终凝时间与现有浇注法基本一致，使石膏砌块高生产效力保持；
在解决好上述技术问题后，与其配套的机械设备设计必须满足如下技术要求：
1、浇注法石膏砌块是在静态的状态下水化、硬化，而半干法石膏砌块是在动态的状态下水化、硬化，其动态的应力、速率应不破坏其水化时晶体结构；
2、在配方中分散剂的配合下，如何确保水与石膏粉体的充分结合；
3、机械工艺流程时段必须与石膏胶凝体的初终凝时间一致；
4、满足石膏砌块标准控制尺寸时，芯孔率的最大化与石膏胶凝材料添加轻质材料协同，满足表观密度的要求；
5、半干法石膏砌块的石膏浆体敏感性极强，其机械生产的自动控制和动力等如何适应其要求；
6、模腔布料均匀，成型砌块硬化体力学性能一致。
7、如何确保上榫口光滑标准。
8、配料精准，无废料。
三、半干法石膏砌块工业化生产的成功
半干法石膏砌块提出后，得到现有石膏砌块企业和即将上该项目的仁人志士的广泛认同，给了我们研究的力量和动力。
经过近两年来的研发、小试、中试、工业化生产终于成功，现将相关情况介绍如下：
经过小试、中试半干法石膏砌块的基本配方已研制成功，即SK半干法石膏砌块助剂，其功能包含：
调晶、调凝、分散、增粘、防潮等功效，针对不同的石膏适度调整其组合以满足生产和性能要求。
半干法磷石膏（庐江锦龙新型环保建材有限公司）小试的典型配方各项性能测试表如下：
2h干法石膏砌块各项参数测试表（样块160*40*40mm）
水膏比
抗折
抗压
软化系数
表观密度
1095
1184
1273
1318
1362
1407
1451
——
——
——
——
1、水膏比、、较大，水膏比因水太小无法成型，
2、因水膏比小，初凝时间非常短，多次反复试验选择调凝剂、调晶剂、分散剂、粘结剂等后方可满足工艺要求。
由上表可知，水膏比时干法石膏砌块2h抗折、抗压及软化系数最高，但表观密度也是最高，需加入适当的轻质材料进行填充才可降低其表观密度。
小结：
1、干法石膏在水膏比左右各项指标最好，远高于水膏比.
2、干法石膏水膏比的密度最大，超过标准要求；
3、干法石膏水膏比的软化系数最佳，远大于水膏比；
结论：
①干法石膏水膏比在左右通过添加调凝剂、调晶剂、分散剂、粘结剂等助剂的协同作用，通过外力是可以成型石膏硬化体，且力学性能与防水性能大大提高。
②扫描电镜其晶体结构形貌，水膏比时晶体排列致密，粗状。
10000倍电镜SEM照片
干法石膏空心砌块中试及成果
1、构思、设计、制造：
石膏砌块单模腔（666*500*150mm）立式试验平台；
主要包括：
成型、搅拌、计量、配料，分料等。
2、选择各种助剂：
调凝剂、调晶剂、分散剂、粘结剂、玻璃纤维、膨胀珍珠岩等：
a）选择庐江锦龙新型建材有限公司建筑磷石膏粉、普通自来水；
b）以水膏比为基点，向上、向下调整水膏比；
c）磷石膏粉加料量从10kg开始，延增至25-30kg，经过数百次试验，得出各项测试数据如下：
干法石膏砌块各阶段测试记录（样块666*500*150mm）
水膏比
磷石膏粉%
水%
玻璃
纤维%
分散剂%
调晶剂%
粘结剂%
缓凝剂%
抗折（MPa）
抗压（MPa）
软化
系数
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
30
30
30
30
30
30
30
30
30
30
30
30
30
30
30
30
30
30
30
30
30
30
由上表可知，水膏比其物理力学性能最高。
电镜对比（SEM）对比
浇注法磷石膏砌块2000倍干法磷石膏砌块5000倍
干法石膏砌块（水膏比）与浇注法石膏砌块（水膏比）
从扫描电镜上看：
干法石膏砌块晶体结构粗短、排列致密，晶体大小不等。
浇注法石膏砌块晶体结构细长，且端头细小，毛糙空隙大，水化均匀；
中试小结：
1、通过中试，原设计的工艺流程和技术配方是可行的，完全可以实现干法石膏砌块工业化生产；
2、干法石膏对环境温度、粉体温度、水温、大气温度敏感性很强，要总结其规律；
3、不同石膏粉体、不同粒径分布石膏粉其水膏比皆不一致；
4、助剂添加量的选择至关重要，否则会产生开裂、表面结粉、水化不均匀等现象；
5、成型设备的系统协调工况非常重要，一定要满足石膏初、终凝时间要求，外力大小和速度要符合石膏粉体水化均匀要求。
干法石膏空心砌块工业化生产
干法石膏砌块照片
干法石膏砌块照片1干法石膏砌块照片2
砌块一般规格为：
厚80、100、120、150、180、200mm，长500、600、666mm，高度：
235、245、255mm。
规格也可依据用户要求设计。
半干法与浇注法石膏砌块指标对比
项目
半干法
浇注法
国标
欧标
1
原料
建筑石膏β
水膏比
28-34
60-90
3
抗压强度mpa
10-25
3-5
4
抗折强度KN
8-12
2-4
≧
自然干燥时间
1d-3d
20d-30d
含水率＜8%
含水率6-8%
6
表观密度
空心800-100
实心110-1400
空心≦800
实心≦1000
空心≦800
实心≦1100
≦1500
7
软化系数
＞
≦
＞
半干法石膏砌块工业化生产的试产成功，颠覆了传统的浇注法生产工艺，表现了其众多优点：
1、水膏比在左右，远低于浇注法，砌块成型后1-2天即可出厂，无需干燥，节约大量堆场；
2、砌块成型速度快，浇注法8-10min，半干法仅需5-6分钟，效率高；
3、砌块的各项性能：
抗折、抗压、软化系数、隔音、硬度、吸水率优于浇注法；
4、上榫口不用刮槽，压制成型，无废料产生；
5、无需烘干，节能；
6、由于其某些性能已达到a石膏的水平，可代替部分a石膏制品；
7、生产过程无灰尘，环保；
8、生产工艺流程简单，节省投资；
9、由于其力学性能大大提高，而某些杂质含量高的工业副产石膏（如磷、钛等）经煅烧可提高其使用量。
.半干法石膏制品的发展与展望
由于考虑其生产工艺的流动性，a和β石膏制品（板、块、条、模型等）均用浇注法，强度低（抗折、抗压）硬度低，相关指标（防潮性、吸水率等）均低，制约了其应用领域和发展空间，而β石膏采用半干法生产后，其各项性能均达到或接近a浇注法，且成本低，为β石膏拓展了新的发展空间。
如近期发现，半干法石膏制品技术可于如下领域应用：
1、各类标砖240×115×53，其抗压强度要求＞15mpa，而半干法石膏砌块的抗压强度远大于15mpa，密度又低，且成型后无需煅烧与蒸氧，生产工艺流程简单；
2、各类空心砌块390×190×190，抗压强度远大于标准要求，密度小，且成型后无需煅烧与蒸氧，生产工艺流程简单；
3、抗静电地板芯材等：
半干法β石膏力学性能基本达到a石膏的水平，经过改性可代替铝基、钢基、复合基等做抗静电地板及其它高强板材，且价格低廉；
4、组合式条板：
现在条板规格（宽600，长2800-3000，厚900、1200、2000），大多为模具成型（组合式，七块），也有平铺式，由于板长，运输和垂直吊运、安装方便；
5、防火板：
石膏的二水占%，是很好的无机防火材料；
6、纸面石膏板：
现有纸面石膏板生产全部采用浇注法，水膏比，如采用半干法生产，水膏比按计算，有的水无需烘干，如按年产5000万平米纸面石膏板计算，可省煤36万吨，，费用亿元，省电1600万度，可大幅度降低纸面石膏板生产线烘干设备投资。
.半干法石膏制品的技术进步
技术的进步是永恒的，半干法石膏制品虽已突破了浇注法胶体流动、水化、硬化机理，无“标准稠度”需水量的概念，但形成半干法的技术机理应予总结，形成规律，指导生产；
①不同β石膏最佳水膏比与其强度、抗折、防潮、吸水率、密度、干缩值、防水、保温、隔音等规律关系；
②不同β石膏最佳水膏比与其设备的规律关系；
③不同β石膏最佳水膏比与各助剂（调凝、调晶、分散等）规律关系；
④不同β石膏最佳水膏比的规律定量和实验方法；
⑸选择调整密度的最佳规律和助剂。
.投资概况
以年产100万平米石膏砌块（10mm计），半干法和浇注法主要投资成本对比：
一、浇注法：
（露天晾晒）
1、土地：
80亩（53360㎡），每亩地平均20万，1600万元；
2、土地硬化与道路：
200元/㎡*53360＝万元；
3、成品厂房或简易防雨措施：
200万元；
4、土地购置税（年）
5、围墙：
1300m，120元/m*1300＝万元；
6、成型设备费：
300万元（建筑石膏粉外购）；
7、附属设备：
储料罐、输送设备、运输设备：
150万元；
8、附属设施：
配电、供水、通讯、试验室等：
50万元；
9、不可预见费：
50万元；
10、合计：
万元。
二、半干法：
1、土地：
15亩（10005㎡），每亩地平均20万，300万元；
2、土地硬化与道路：
200元/㎡*10005＝200万元；
3、成品厂房：
150万元；
4、土地购置税（年）
5、围墙：
500m，120元/m*500＝6万元；
6、成型设备费：
400万元（建筑石膏粉外购）；
7、附属设备：
储料罐、输送设备、运输设备：
150万元；
8、附属设施：
配电、供水、通讯、试验室等：
50万元；
9、不可预见费：
50万元；
10、合计：
1306万元。
四、结束语
半干法石膏砌块的工业化生产终于试产成功，技术进步是永恒的，我们一定会在其基础上，不断进取，不断提高。
升级会员 