干混砂漿原材料特性和計量混合系統(tǒng)設(shè)計要求-

1、干混砂漿原材料特性和計量稱重混合系統(tǒng)設(shè)計要求蔡冰摘要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 干混砂漿技術(shù)干混砂漿技術(shù)是將最初級的砂,經(jīng)烘干篩選后加上少量的膠結(jié)材(水泥,石膏和微量高科技添加劑按經(jīng)驗(yàn)科學(xué)配方加工而成的均勻粉狀混合物.按照德國工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DIN18557的定義,工業(yè)(商品建筑干粉為一種由多種原材料組成的均勻的混合物,在工地僅僅加水調(diào)和即可使用.這些原材料主要指骨料(如干砂,石灰石粉和膠結(jié)材料(主要是如水泥或硬石膏,填料(石粉等以及化學(xué)添加劑,有時還要顏料.這些原料根據(jù)不

4、同使用要求,按一定的配方在工廠干拌加工制成的均勻混合物料,就象日常生活中的速溶咖啡一樣與水混合立即可以使用.表一提供了干混砂漿的基本配方成分. 針對不同的要求, 可按照不同的配方,配置出不同用途的干混砂漿產(chǎn)品.干混砂漿產(chǎn)品主要分類為:砌筑砂漿(普通砌筑砂漿,混凝土砌塊專用薄床砌筑砂漿,保溫砌筑砂漿等抹灰砂漿包括內(nèi)外墻壁打底抹灰, 膩?zhàn)?內(nèi)外墻壁彩色裝飾,隔熱砂漿地平砂漿(普通地平砂漿,自流平砂漿粘結(jié)砂漿(瓷板粘結(jié)劑,溝縫, 隔熱復(fù)合系統(tǒng)專用粘結(jié)砂漿特殊砂漿(修復(fù)砂漿,防水砂漿,硬化粉等等表一. 建筑干粉基本配方膠結(jié)材 集 料 添加劑 參和料· 水泥· 消石灰粉 ·

5、 細(xì)白石灰粉 · 石膏· 硬石膏 ·砂/粗砂(集料·填料·輕集料·引氣劑·增厚劑·保水劑·防水劑·超塑化劑·消泡劑·速凝劑·緩凝劑·粘結(jié)劑·顏料·超細(xì)礦物粉料·纖維濕砂漿施工性能如可塑性,加速和推遲凝固,稠度,溶解度,發(fā)泡性等最終產(chǎn)品如強(qiáng)度,耐腐蝕,不褪色,密封性等2 散體物料的特性散體物料是指粉狀,顆粒狀松散堆積的材料. 在建筑材料干混砂漿中常用的顆粒直徑為0-5毫米. 散體物料的物理特性由散體物料力學(xué)來描述. 主要的特性有

6、:-流動性-流化性-密度-顆粒大小分布-顆粒的形狀這些特性決定著在干混砂漿生產(chǎn)工藝流程及方案的設(shè)計,設(shè)備的選型,比如干砂機(jī),篩分機(jī)的選型,物料的輸送,料倉卸料是否順利,結(jié)橋如何處理,計量裝置中如何考慮解決時壓效應(yīng)給計量精度帶來的負(fù)作用.除此之外, 考慮干混砂漿中常常加入纖維如何分散, 包裝機(jī)的選型等等. 不均勻流化 c不均勻流化時的計量a 均勻流化 b圖一. 流化狀態(tài)原材料對干粉砂漿的質(zhì)量有至關(guān)重要的影響.按使用要求不同,需要哪些原材料和對這些原材料的要求也有所不同. 為提高設(shè)備的可靠性建議儲料倉采用必要的助卸料裝置, 如流化,振動等.首先談?wù)勗牧现械墓橇现坏纳笆?大多數(shù)砂漿產(chǎn)品其含砂量達(dá)

7、70%至80%,所以它來源和成分以及物理特性不但對最終產(chǎn)品的質(zhì)量是否符合規(guī)定合要求,同時對生產(chǎn)設(shè)備的設(shè)計和選型和施工機(jī)器如磨損,壓力均有不可低估的影響.砂石骨料主要是石英砂,河砂,破碎的石灰石等.在使用前必須檢驗(yàn)其雜質(zhì)含量及顆粒大小分布,含雜質(zhì)的砂必須沖洗烘干;其最后的濕度必須小于0.5%.砂的顆粒形狀也影響建筑干粉的強(qiáng)度以及施工工地的輸送,機(jī)器水灰均混和噴涂.所以,砂石的預(yù)先加工和篩分工藝是建筑干粉生產(chǎn)中的關(guān)鍵一環(huán)。在作配方試驗(yàn)應(yīng)檢驗(yàn)其粒徑分布曲線,而且盡可能使用生產(chǎn)設(shè)備中篩分機(jī)篩分的砂石,避免配方誤差.其次是膠結(jié)材料.它的作用是將砂之內(nèi)顆粒粘在一起,凝固后產(chǎn)生一定的強(qiáng)度。如表一所列舉的膠結(jié)

8、材料主要有水泥,石膏,石灰等。其顆粒粒經(jīng)遠(yuǎn)小于1,0毫米.使用不同膠結(jié)材料會直接影響成品的性能如防水,收縮,強(qiáng)度等.所以,對其品質(zhì)必須進(jìn)行進(jìn)廠檢驗(yàn),以保證和在實(shí)驗(yàn)室所作配方要求一致.我們所看見的那些絢麗多彩,富有個性建筑物還需要用到彩色裝飾砂漿.在配制這些干粉砂對最終產(chǎn)品干混砂漿對以下性能的要求:鮮漿硬化漿體- 施工的和易性, 有時在給定的時間里具有泵送和噴涂能力- 足夠的保水性- 抗壓,抗拉強(qiáng)度- 剪切強(qiáng)度- 黏結(jié)強(qiáng)度- 彈性模量(壓力拉力 - 切向變形模量- 導(dǎo)熱性- 抗凍溶阻力這些性能和配方,原材料,生產(chǎn)過程以及施工密切相關(guān).3 計量輸送計量稱重系統(tǒng)表二. 幾種常用的計量形式計量形式適應(yīng)

9、范圍控制量(粗細(xì)范圍計量流量的波動 % 計量輸送螺旋幾乎所有的物料, 無脈動 1:30 ±1-5振動輸送計量器易流動的粉顆粒料, 碎片 1:10 >±10計量輸送皮帶機(jī)易流動的粉顆粒料, 不適合碎片1:20 ±1-5旋轉(zhuǎn)閘閥喂料機(jī)有限制地用于易變形的顆粒,有脈動1:10 ±2-10計量閘閥適合易流動的粉料, 不適合粘附和不流化的粉料, 可用于硬和易碎顆粒, 不適合易變形和碎片料1:10 >±5計量蝶閥(和閘閥基本相同 1:10 >±5以螺旋計量稱重為例, 來分析過程的系統(tǒng)誤差. 該系統(tǒng)有螺旋給料機(jī)(暫不考慮進(jìn)料的影響

10、, 稱斗配傳感器和支持結(jié)構(gòu), 蝶閥和控制器組成. 給料的控制有變頻馬達(dá)控制螺旋機(jī)的轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn). 給料控制分粗流量和小流量計量. W圖二. 螺旋計量稱重系統(tǒng)由圖所示, 計量的精度是一喂料和稱重的相互系統(tǒng)描述. 該系統(tǒng)是一反饋控制系統(tǒng). 計量系統(tǒng)的誤差主要和以下因素有關(guān): 環(huán)境的影響 靜態(tài)稱的精度 計量喂料精度- 外界的振動, 沖擊 - 溫度 - 空氣流動等- 機(jī)械機(jī)構(gòu)誤差(支撐系統(tǒng)- 傳感器的精度 - 控制和傳輸誤差 - 不同連接如電纜, 氣管,補(bǔ)償結(jié)點(diǎn)等- 停啟開關(guān)誤差- 遲后殘留誤差 - 開關(guān)閥的關(guān)閉時間- 卸料殘留誤差 系統(tǒng)的誤差為所有誤差的平方和: 22221.n f f f F +&#

11、177;=人們常用的計量精度表示是在最大稱量值時的相對誤差, 以0/00千分?jǐn)?shù)來表示. 完整和可靠的檢測是統(tǒng)計學(xué)的方差分析. 因此,按照生產(chǎn)干混砂漿的實(shí)際要求在整個計量過程中使用絕對誤差. 必須注意, 每個稱都有最大和最小稱量, 否則低于最小稱量的相對誤差太大不能滿足實(shí)際要求. 所以在稱量不同材料和量的時候, 按照質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求使用不同稱量范圍的計量稱重. 目前廣泛使用精密螺旋輸送計量稱重系統(tǒng)有以下主要優(yōu)點(diǎn):1 適合于幾乎所有的物料2 可調(diào)范圍大3 通過螺旋葉片的設(shè)計滿足輸送物料的要求4 計量精度高.5 耐磨損(改進(jìn)設(shè)計和材料6 維修簡單,費(fèi)用低7 運(yùn)行費(fèi)用低(無需流化用壓縮空氣4 混合系統(tǒng)的要

12、求和混合均勻過程描述混合機(jī)是干混砂漿生產(chǎn)中最關(guān)鍵的一環(huán),也即是工廠的"心臟".數(shù)十年來人們針對不同的物料特性和產(chǎn)品要求通過試驗(yàn)研究開發(fā)和應(yīng)用了不同混合原理及設(shè)計.對于干混砂漿廣泛認(rèn)為高效的混合技術(shù)的基本要求是1 盡可能只有一個攪拌區(qū),混合時間短 40-120秒鐘.2 卸料時殘余量少,容易或不用清理3 卸料速度快10-15秒鐘4 能耗低5 配有高速刀片,能高效混合纖維和顏料.6 整體耐磨損設(shè)計7 維修保養(yǎng)方便,費(fèi)用低8 備品備件庫存少.為了達(dá)到適當(dāng)?shù)脑O(shè)計, 分析了解混合的一般機(jī)理非常有幫助. 混合的定義較廣, 這里僅限于干混砂漿生產(chǎn)中的混合過程. 混合的目的是降低物料中的溶度

13、,溫度,密度等的不同性或梯度. 圖三: 完全離析和均勻混合狀態(tài) 混合過程的機(jī)理有宏觀和微觀過程. 在干混合中有兩種主要的機(jī)理:1 對流混合是在機(jī)械外力作用下產(chǎn)生的剪切運(yùn)動. 大塊物料團(tuán)互相剪切交換而達(dá)到均勻混合目的. 2 分散運(yùn)動是隨著大塊物料團(tuán)的運(yùn)動而產(chǎn)生的紊流使物料顆粒產(chǎn)生交換運(yùn)動. 分散混合 對流混合 圖四. 干混砂漿混合機(jī)理 為了能夠檢測所要求的混合質(zhì)量, 必須確定以下情況:1 重要的產(chǎn)品特性E 和特征表述X 如質(zhì)量溶度c M ,密度等.2 混合好壞(均勻度的檢測度M (例如標(biāo)準(zhǔn)方差s 和平均值M c 的比值得到方差系數(shù). M c s/V =3 取樣值 M p (取樣質(zhì)量或取樣體積4

14、要求的混合均勻度 F5 能夠達(dá)到的混合均勻度 Z (和顆粒大小有關(guān)6 取樣數(shù)量 k (k 決定了檢測的安全性混合均勻性的描述:k 個取樣的質(zhì)量溶度波動的經(jīng)驗(yàn)方差s=2M i M,2c (c 1k 1s其中平均值為=i M,M c k1c 和真正的方差2是有區(qū)別的, 因?yàn)? 僅用到了有限取樣數(shù)k < k . 統(tǒng)計學(xué)表明在測量的標(biāo)準(zhǔn)方差s 其方差落在一定的區(qū)間范圍, 取樣數(shù)k值越大, 該區(qū)間越小. 實(shí)際中常采用t-分布來處理取樣數(shù)據(jù). 隨機(jī)混合均勻性 混合過程是有效的, 當(dāng)混合均勻度的方差隨時間收斂. 也就是, 隨著混合時間, 方差越來越小趨向一固定區(qū)間. 完全理想的混合過程. 其方差應(yīng)趨于

15、零. 實(shí)際中我們只能達(dá)到一個較小的值, 即隨機(jī)混合過程. 一個一致的隨機(jī)混合過程出現(xiàn), 當(dāng)一個混合元素在任何一個所觀測的空間 的部分區(qū)間出現(xiàn)的概率在任何時間點(diǎn)對于所有的相同部分區(qū)間都相同時. 故實(shí)際的混合均勻度方差為為混合過程的方差M以及隨機(jī)混合過程的方差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 圖五. 混合均勻度方差曲線 通過方差的曲線可以確定所需的混合時間. 通常, 混合系統(tǒng)應(yīng)具備在線取樣裝置. 特殊配方的 混合時間通過混合試驗(yàn)測定. 離析現(xiàn)象的分析 粉體材料混合后通過運(yùn)動可能會產(chǎn)生離析現(xiàn)象. 它對干混砂漿的生產(chǎn)工藝設(shè)計和產(chǎn)品的物流 (儲存,運(yùn)輸,工地的氣力輸送等以及施工都有重要的影響. 當(dāng)混合物中的組分在 a 顆粒大小 b比重有差異時均可能產(chǎn)生離析. 比如保溫砂漿中的粉體黏結(jié)劑和聚苯顆粒在受到振動等運(yùn) 動是, 輕質(zhì)的聚苯顆粒必能會浮向表面, 所謂的浮起現(xiàn)象. 故人們只在施工現(xiàn)場將兩種材料和 水混合, 在施工. 由于顆粒大小不一或比重不同的顆粒的空氣中沉降速度不同, 因此, 在物料 的筒倉進(jìn)料, 卸料, 輸送均產(chǎn)生不同程度的離析. 當(dāng)然, 離析給產(chǎn)品質(zhì)量的影響需通過取樣檢