干混砂浆原材料特性和计量混合系统设计要求-

1、干混砂浆原材料特性和计量称重混合系统设计要求蔡冰摘要Dry mortar is a mixture made of different kind of bulk materials according certain recipes, the properties such as flow ability, abrasives, particle size and shape maybe totally different. These different properties can influence the production process like material feeding

2、, silo discharging, dosing, weighing, conveying, mixing, packaging etc. According to the different bulk materials and its final product requirements the dosing and mixing system have to be designed accordingly, in order to increase the reliability and the precision of the systems. Herewith the requi

3、rement and performance by using statistical measurement of dosing and mixing systems will be described.1 干混砂浆技术干混砂浆技术是将最初级的砂,经烘干筛选后加上少量的胶结材(水泥,石膏和微量高科技添加剂按经验科学配方加工而成的均匀粉状混合物.按照德国工业标准DIN18557的定义,工业(商品建筑干粉为一种由多种原材料组成的均匀的混合物,在工地仅仅加水调和即可使用.这些原材料主要指骨料(如干砂,石灰石粉和胶结材料(主要是如水泥或硬石膏,填料(石粉等以及化学添加剂,有时还要颜料.这些原料根据不

4、同使用要求,按一定的配方在工厂干拌加工制成的均匀混合物料,就象日常生活中的速溶咖啡一样与水混合立即可以使用.表一提供了干混砂浆的基本配方成分. 针对不同的要求, 可按照不同的配方,配置出不同用途的干混砂浆产品.干混砂浆产品主要分类为:砌筑砂浆(普通砌筑砂浆,混凝土砌块专用薄床砌筑砂浆,保温砌筑砂浆等抹灰砂浆包括内外墙壁打底抹灰, 腻子,内外墙壁彩色装饰,隔热砂浆地平砂浆(普通地平砂浆,自流平砂浆粘结砂浆(瓷板粘结剂,沟缝, 隔热复合系统专用粘结砂浆特殊砂浆(修复砂浆,防水砂浆,硬化粉等等表一. 建筑干粉基本配方胶结材 集 料 添加剂 参和料· 水泥· 消石灰粉 ·

5、 细白石灰粉 · 石膏· 硬石膏 ·砂/粗砂(集料·填料·轻集料·引气剂·增厚剂·保水剂·防水剂·超塑化剂·消泡剂·速凝剂·缓凝剂·粘结剂·颜料·超细矿物粉料·纤维湿砂浆施工性能如可塑性,加速和推迟凝固,稠度,溶解度,发泡性等最终产品如强度,耐腐蚀,不褪色,密封性等2 散体物料的特性散体物料是指粉状,颗粒状松散堆积的材料. 在建筑材料干混砂浆中常用的颗粒直径为0-5毫米. 散体物料的物理特性由散体物料力学来描述. 主要的特性有

6、:-流动性-流化性-密度-颗粒大小分布-颗粒的形状这些特性决定着在干混砂浆生产工艺流程及方案的设计,设备的选型,比如干砂机,筛分机的选型,物料的输送,料仓卸料是否顺利,结桥如何处理,计量装置中如何考虑解决时压效应给计量精度带来的负作用.除此之外, 考虑干混砂浆中常常加入纤维如何分散, 包装机的选型等等. 不均匀流化 c不均匀流化时的计量a 均匀流化 b图一. 流化状态原材料对干粉砂浆的质量有至关重要的影响.按使用要求不同,需要哪些原材料和对这些原材料的要求也有所不同. 为提高设备的可靠性建议储料仓采用必要的助卸料装置, 如流化,振动等.首先谈谈原材料中的骨料之一的砂石,大多数砂浆产品其含砂量达

7、70%至80%,所以它来源和成分以及物理特性不但对最终产品的质量是否符合规定合要求,同时对生产设备的设计和选型和施工机器如磨损,压力均有不可低估的影响.砂石骨料主要是石英砂,河砂,破碎的石灰石等.在使用前必须检验其杂质含量及颗粒大小分布,含杂质的砂必须冲洗烘干;其最后的湿度必须小于0.5%.砂的颗粒形状也影响建筑干粉的强度以及施工工地的输送,机器水灰均混和喷涂.所以,砂石的预先加工和筛分工艺是建筑干粉生产中的关键一环。在作配方试验应检验其粒径分布曲线,而且尽可能使用生产设备中筛分机筛分的砂石,避免配方误差.其次是胶结材料.它的作用是将砂之内颗粒粘在一起,凝固后产生一定的强度。如表一所列举的胶结

8、材料主要有水泥,石膏,石灰等。其颗粒粒经远小于1,0毫米.使用不同胶结材料会直接影响成品的性能如防水,收缩,强度等.所以,对其品质必须进行进厂检验,以保证和在实验室所作配方要求一致.我们所看见的那些绚丽多彩,富有个性建筑物还需要用到彩色装饰砂浆.在配制这些干粉砂对最终产品干混砂浆对以下性能的要求:鲜浆硬化浆体- 施工的和易性, 有时在给定的时间里具有泵送和喷涂能力- 足够的保水性- 抗压,抗拉强度- 剪切强度- 黏结强度- 弹性模量(压力拉力 - 切向变形模量- 导热性- 抗冻溶阻力这些性能和配方,原材料,生产过程以及施工密切相关.3 计量输送计量称重系统表二. 几种常用的计量形式计量形式适应

9、范围控制量(粗细范围计量流量的波动 % 计量输送螺旋几乎所有的物料, 无脉动 1:30 ±1-5振动输送计量器易流动的粉颗粒料, 碎片 1:10 >±10计量输送皮带机易流动的粉颗粒料, 不适合碎片1:20 ±1-5旋转闸阀喂料机有限制地用于易变形的颗粒,有脉动1:10 ±2-10计量闸阀适合易流动的粉料, 不适合粘附和不流化的粉料, 可用于硬和易碎颗粒, 不适合易变形和碎片料1:10 >±5计量蝶阀(和闸阀基本相同 1:10 >±5以螺旋计量称重为例, 来分析过程的系统误差. 该系统有螺旋给料机(暂不考虑进料的影响

10、, 称斗配传感器和支持结构, 蝶阀和控制器组成. 给料的控制有变频马达控制螺旋机的转速来实现. 给料控制分粗流量和小流量计量. W图二. 螺旋计量称重系统由图所示, 计量的精度是一喂料和称重的相互系统描述. 该系统是一反馈控制系统. 计量系统的误差主要和以下因素有关: 环境的影响 静态称的精度 计量喂料精度- 外界的振动, 冲击 - 温度 - 空气流动等- 机械机构误差(支撑系统- 传感器的精度 - 控制和传输误差 - 不同连接如电缆, 气管,补偿结点等- 停启开关误差- 迟后残留误差 - 开关阀的关闭时间- 卸料残留误差 系统的误差为所有误差的平方和: 22221.n f f f F +&#

11、177;=人们常用的计量精度表示是在最大称量值时的相对误差, 以0/00千分数来表示. 完整和可靠的检测是统计学的方差分析. 因此,按照生产干混砂浆的实际要求在整个计量过程中使用绝对误差. 必须注意, 每个称都有最大和最小称量, 否则低于最小称量的相对误差太大不能满足实际要求. 所以在称量不同材料和量的时候, 按照质量标准要求使用不同称量范围的计量称重. 目前广泛使用精密螺旋输送计量称重系统有以下主要优点:1 适合于几乎所有的物料2 可调范围大3 通过螺旋叶片的设计满足输送物料的要求4 计量精度高.5 耐磨损(改进设计和材料6 维修简单,费用低7 运行费用低(无需流化用压缩空气4 混合系统的要

12、求和混合均匀过程描述混合机是干混砂浆生产中最关键的一环,也即是工厂的"心脏".数十年来人们针对不同的物料特性和产品要求通过试验研究开发和应用了不同混合原理及设计.对于干混砂浆广泛认为高效的混合技术的基本要求是1 尽可能只有一个搅拌区,混合时间短 40-120秒钟.2 卸料时残余量少,容易或不用清理3 卸料速度快10-15秒钟4 能耗低5 配有高速刀片,能高效混合纤维和颜料.6 整体耐磨损设计7 维修保养方便,费用低8 备品备件库存少.为了达到适当的设计, 分析了解混合的一般机理非常有帮助. 混合的定义较广, 这里仅限于干混砂浆生产中的混合过程. 混合的目的是降低物料中的溶度

13、,温度,密度等的不同性或梯度. 图三: 完全离析和均匀混合状态 混合过程的机理有宏观和微观过程. 在干混合中有两种主要的机理:1 对流混合是在机械外力作用下产生的剪切运动. 大块物料团互相剪切交换而达到均匀混合目的. 2 分散运动是随着大块物料团的运动而产生的紊流使物料颗粒产生交换运动. 分散混合 对流混合 图四. 干混砂浆混合机理 为了能够检测所要求的混合质量, 必须确定以下情况:1 重要的产品特性E 和特征表述X 如质量溶度c M ,密度等.2 混合好坏(均匀度的检测度M (例如标准方差s 和平均值M c 的比值得到方差系数. M c s/V =3 取样值 M p (取样质量或取样体积4

14、要求的混合均匀度 F5 能够达到的混合均匀度 Z (和颗粒大小有关6 取样数量 k (k 决定了检测的安全性混合均匀性的描述:k 个取样的质量溶度波动的经验方差s=2M i M,2c (c 1k 1s其中平均值为=i M,M c k1c 和真正的方差2是有区别的, 因为, 仅用到了有限取样数k < k . 统计学表明在测量的标准方差s 其方差落在一定的区间范围, 取样数k值越大, 该区间越小. 实际中常采用t-分布来处理取样数据. 随机混合均匀性 混合过程是有效的, 当混合均匀度的方差随时间收敛. 也就是, 随着混合时间, 方差越来越小趋向一固定区间. 完全理想的混合过程. 其方差应趋于

15、零. 实际中我们只能达到一个较小的值, 即随机混合过程. 一个一致的随机混合过程出现, 当一个混合元素在任何一个所观测的空间 的部分区间出现的概率在任何时间点对于所有的相同部分区间都相同时. 故实际的混合均匀度方差为为混合过程的方差M以及随机混合过程的方差z和: 2 2 = M + z2 Mixing time is defined as the time, in which the experimental variances of random samples variances fall in the confidence interval of the stationary end c

16、ondition. Variance of random samples ² confidence interval mixing time mixing duration 图五. 混合均匀度方差曲线 通过方差的曲线可以确定所需的混合时间. 通常, 混合系统应具备在线取样装置. 特殊配方的 混合时间通过混合试验测定. 离析现象的分析 粉体材料混合后通过运动可能会产生离析现象. 它对干混砂浆的生产工艺设计和产品的物流 (储存,运输,工地的气力输送等以及施工都有重要的影响. 当混合物中的组分在 a 颗粒大小 b比重有差异时均可能产生离析. 比如保温砂浆中的粉体黏结剂和聚苯颗粒在受到振动等运 动是, 轻质的聚苯颗粒必能会浮向表面, 所谓的浮起现象. 故人们只在施工现场将两种材料和 水混合, 在施工. 由于颗粒大小不一或比重不同的颗粒的空气中沉降速度不同, 因此, 在物料 的筒仓进料, 卸料, 输送均产生不同程度的离析. 当然, 离析给产品质量的影响需通过取样检