半干法石膏空心砌塊的工業(yè)化生產(chǎn)

1、半干法石膏空心砌塊的工業(yè)化生產(chǎn) 安徽森科新材料有限公司 教授級(jí)高工、董事長(zhǎng) 張庚福一、石膏砌塊澆注法目前國(guó)際上和中國(guó)國(guó)內(nèi)石膏砌塊的生產(chǎn)工藝均為：以建筑石膏為主要原料（亦可加入輕集料）、纖維增強(qiáng)材料、發(fā)泡劑等輔助材料，經(jīng)加水?dāng)嚢?、澆注成型和干燥而制成的塊狀輕質(zhì)建筑石膏制品，其生產(chǎn)設(shè)備除部分手工式外，大部分為機(jī)械成型，即“立模成型、液壓頂升”。建筑石膏粉（磷石膏和脫硫石膏等）未粉碎的顆粒級(jí)配不好，顆粒分布比較集中，比表面積小，20-200m的顆粒高達(dá)60%，導(dǎo)致石膏粉加水后的流變性差，顆粒離析、內(nèi)摩擦角大、分層現(xiàn)象嚴(yán)重。為使石膏膠凝材料的流動(dòng)性，現(xiàn)有石膏砌塊的成型方法，不論手工式或機(jī)械式均為澆注法

2、，為確保建筑石膏粉等與水的混合物的流動(dòng)性，提出了石膏的標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量，一般在0.7左右，而實(shí)際生產(chǎn)中的水膏比遠(yuǎn)大于“標(biāo)稠”，即0.8-0.9：1.0，德國(guó)石膏砌塊生產(chǎn)的水膏比在0.9左右，某些石膏（如鈦石膏）的水與石膏的比甚至達(dá)到110-120：100。而建筑石膏水化反應(yīng)結(jié)晶的需水量?jī)H為18.62%（理論值），多余的自由水（60-70%）需要干燥（人工或自然）后方可出廠。自然干燥要求堆場(chǎng)大（年產(chǎn)100萬(wàn)平米石膏砌塊堆場(chǎng)約需60-80畝地），干燥時(shí)間一般在30天左右，如遇雨天和濕度大的天氣，干燥時(shí)間更長(zhǎng)，且需人工搬運(yùn)碼垛，增加工時(shí)費(fèi)等，且破碎率高。人工干燥（即熱源烘干），烘干窯投入成本大（一般1

3、00萬(wàn)平米/年產(chǎn)），約需300萬(wàn)元左右，耗能成本一般在8元/左右。澆注法石膏砌塊由于水膏比大，除去結(jié)晶水18.62%（理論值），多余的60-70%的水存在石膏硬化體中，干燥后形成孔隙，孔隙率約在60%左右，其晶體形貌圖如下（磷石膏）：澆注法磷石膏砌塊2000倍SEM照片從晶體形貌看，晶體結(jié)構(gòu)細(xì)長(zhǎng)不粗壯，且端頭尖細(xì)、毛刺，排列不規(guī)則，孔隙率大，其物理力學(xué)性能：抗折一般在2.00MPa左右，軟化系數(shù)小于0.6，物理力學(xué)性能比現(xiàn)有市場(chǎng)墻材差，搬運(yùn)過(guò)程破碎率較高，密度輕（一般小于1050kg/m3）。為降低水膏比，國(guó)內(nèi)在石膏砌塊生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)中，采用如下方法：1、 手工澆注：由于手工生產(chǎn)，石膏漿體的流動(dòng)性

4、要求小， 其水膏比可大大降低，一般在0.6：1.0左右，降低了干燥壓力。2、 高效減水劑，國(guó)內(nèi)不少助劑廠在探索用減水劑來(lái)降低水膏比，據(jù)說(shuō)可降低水膏比10-20%，但生產(chǎn)中至今未遇到真實(shí)的減水劑，同時(shí)價(jià)格昂貴，生產(chǎn)實(shí)用價(jià)值不高。3、 球磨粉碎，通過(guò)球磨處理，可改變顆粒級(jí)配和形貌，增加石膏膠體流動(dòng)度，降低水膏比約10%（實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)），但生產(chǎn)實(shí)踐上未見(jiàn)。4、 在石膏膠凝材料中增加改性劑，增加流動(dòng)度，這是很好的途徑，筆者經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期實(shí)踐，其水膏比也僅降低10%左右，未能徹底改變水膏比多的現(xiàn)狀。由于石膏砌塊干燥壓力大（堆場(chǎng)大、烘干成本高，生產(chǎn)周期長(zhǎng)），不能形成工業(yè)化生產(chǎn)。長(zhǎng)期以來(lái)，為解決高水膏比的干燥問(wèn)題，

5、業(yè)內(nèi)石膏砌塊企業(yè)從生產(chǎn)實(shí)踐中總結(jié)出如干燥下方法：1) 芯孔水平放置法：利用風(fēng)的水平方向流動(dòng)的特點(diǎn)，把砌塊芯孔水平放置，便于通風(fēng)，加快干燥速度；2) 建干燥樓，把砌塊放到樓房上，增加高度，增加風(fēng)力，因高度增加，高開(kāi)濕度大的地面，便于去濕。3) 建干燥窯，通過(guò)加熱干燥。上述干燥方法雖有一定效果，但未根本解決石膏砌塊的干燥瓶頸，且成本高，占地面積大，搬運(yùn)成本高，由于物理力學(xué)性能差，破碎率高，雖然是綠色建材，但嚴(yán)重的制約了石膏砌塊的發(fā)展。二、半干法石膏砌塊的提出應(yīng)用研究是為生產(chǎn)第一線服務(wù)的，市場(chǎng)的需求是應(yīng)用研究的方向，石膏砌塊澆注法多余自由水的干燥制約了其發(fā)展，能否有一種半干法石膏砌塊的生產(chǎn)工藝徹底解

6、決其發(fā)展瓶頸問(wèn)題。為此，依據(jù)對(duì)石膏材性的多年研究和其工藝實(shí)踐，我們提出了半干法石膏砌塊的研究課題。半干法石膏砌塊的研究的基本原則是：1、 半干法石膏砌塊的各項(xiàng)指標(biāo)仍執(zhí)行JC/T698-2010；2、 半干法石膏砌塊的水化與澆注法一法，只是加水量大大減少，即熟石膏（半水石膏）CaSO4.1/2H20+水水化反應(yīng)（空氣中）二水石膏（CaSO4. 2H20）；3、 半干法石膏砌塊的機(jī)械化生產(chǎn)仍是模腔成型，但工藝流程與澆注法不同，澆注改為布料。研究表明，半干法石膏砌塊與澆注法石膏砌塊的結(jié)晶理論基本一致，但水化過(guò)程和水化反應(yīng)速率大不一樣。從溶解析晶理論看，建筑石膏澆注法在高水膏比時(shí)初始水化反應(yīng)快，但晶體

7、產(chǎn)生后，由于水包裹晶核，阻礙了晶體的析晶和晶體結(jié)構(gòu)的生成，延緩了水化、析晶過(guò)程（實(shí)踐中，水膏比的高低可調(diào)節(jié)石膏的初終凝時(shí)間），由于多余自由水在晶體中的存在，使晶體結(jié)構(gòu)致密性差，空隙率大，晶體結(jié)構(gòu)形貌不粗壯，凝結(jié)硬化體力學(xué)性能差。而半干法在低水膏比的時(shí)候，由于無(wú)多余自由水遲緩水化反應(yīng)，其晶核產(chǎn)生，晶體形成反應(yīng)速率快，其水化熱高于澆注法5-10（初終凝時(shí)間遠(yuǎn)短于澆注法），由于無(wú)多余自由水，再加上添加SK半干法石膏助劑，晶體結(jié)構(gòu)粗壯，致密，硬化密度大，力學(xué)性能高，由于配方中除供給結(jié)晶的需水量外，還有多余的少量的自由水，可確保完全水化反應(yīng)，只是生產(chǎn)中最好水化反應(yīng)一致，不要因水與石膏粉的界面接觸不均勻而

8、影響同步水化，因此加入分散劑非常重要。通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)，半干法石膏砌塊有如下技術(shù)問(wèn)題需解決：1、 由于水膏比低，水化反應(yīng)激烈，一般水化熱高出澆注法5-10，某些建筑石膏粉甚至高出10，由于反應(yīng)激烈，易造成硬化體產(chǎn)生細(xì)微裂縫；2、 初終凝時(shí)間比澆注法縮短1-2min；3、 在水膏比低的情況下如何確保水與石膏的完全結(jié)合，完全水化；4、 密度大，如何降低密度以滿足標(biāo)準(zhǔn)要求；5、 半干法石膏膠凝材料粘性極大，選擇好不粘的界面材料；6、 半干法石膏膠凝材料對(duì)環(huán)境溫度、水溫、粉體溫度等敏感性極強(qiáng)，其配方如何滿足生產(chǎn)要求；7、 同類石膏，但不同品質(zhì)，不同類石膏其配方均不一致，其工業(yè)化生產(chǎn)時(shí)候通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)以最終

9、確定其配方；8、 調(diào)整好初終凝時(shí)間與現(xiàn)有澆注法基本一致，使石膏砌塊高生產(chǎn)效力保持；在解決好上述技術(shù)問(wèn)題后，與其配套的機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)必須滿足如下技術(shù)要求：1、 澆注法石膏砌塊是在靜態(tài)的狀態(tài)下水化、硬化，而半干法石膏砌塊是在動(dòng)態(tài)的狀態(tài)下水化、硬化，其動(dòng)態(tài)的應(yīng)力、速率應(yīng)不破壞其水化時(shí)晶體結(jié)構(gòu)；2、 在配方中分散劑的配合下，如何確保水與石膏粉體的充分結(jié)合；3、 機(jī)械工藝流程時(shí)段必須與石膏膠凝體的初終凝時(shí)間一致；4、 滿足石膏砌塊標(biāo)準(zhǔn)控制尺寸時(shí)，芯孔率的最大化與石膏膠凝材料添加輕質(zhì)材料協(xié)同，滿足表觀密度的要求；5、 半干法石膏砌塊的石膏漿體敏感性極強(qiáng)，其機(jī)械生產(chǎn)的自動(dòng)控制和動(dòng)力等如何適應(yīng)其要求；6、 模腔

10、布料均勻，成型砌塊硬化體力學(xué)性能一致。7、 如何確保上榫口光滑標(biāo)準(zhǔn)。8、 配料精準(zhǔn)，無(wú)廢料。三、半干法石膏砌塊工業(yè)化生產(chǎn)的成功半干法石膏砌塊提出后，得到現(xiàn)有石膏砌塊企業(yè)和即將上該項(xiàng)目的仁人志士的廣泛認(rèn)同，給了我們研究的力量和動(dòng)力。經(jīng)過(guò)近兩年來(lái)的研發(fā)、小試、中試、工業(yè)化生產(chǎn)終于成功，現(xiàn)將相關(guān)情況介紹如下：經(jīng)過(guò)小試、中試半干法石膏砌塊的基本配方已研制成功，即SK半干法石膏砌塊助劑，其功能包含：調(diào)晶、調(diào)凝、分散、增粘、防潮等功效，針對(duì)不同的石膏適度調(diào)整其組合以滿足生產(chǎn)和性能要求。半干法磷石膏（廬江錦龍新型環(huán)保建材有限公司）小試的典型配方各項(xiàng)性能測(cè)試表如下：2h干法石膏砌塊各項(xiàng)參數(shù)測(cè)試表（樣塊160*

11、40*40mm）水膏比抗折抗壓軟化系數(shù)表觀密度0.71.653.230.6110950.62.134.580.6711840.52.625.930.7212730.452.866.600.7513180.43.107.270.7813620.353.347.950.8014070.33.588.620.8314510.251、水膏比0.5、0.45、0.4較大，水膏比0.25因水太小無(wú)法成型，2、因水膏比小，初凝時(shí)間非常短，多次反復(fù)試驗(yàn)選擇調(diào)凝劑、調(diào)晶劑、分散劑、粘結(jié)劑等后方可滿足工藝要求。由上表可知，水膏比0.3時(shí)干法石膏砌塊2h抗折、抗壓及軟化系數(shù)最高，但表觀密度也是最高，需加入適當(dāng)?shù)妮p質(zhì)

12、材料進(jìn)行填充才可降低其表觀密度。小結(jié)：1、干法石膏在水膏比0.3左右各項(xiàng)指標(biāo)最好，遠(yuǎn)高于水膏比0.7. 2、干法石膏水膏比0.3的密度最大，超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)要求； 3、干法石膏水膏比0.3的軟化系數(shù)最佳，遠(yuǎn)大于水膏比0.7；結(jié)論： 干法石膏水膏比在0.3左右通過(guò)添加調(diào)凝劑、調(diào)晶劑、分散劑、粘結(jié)劑等助劑的協(xié)同作用，通過(guò)外力是可以成型石膏硬化體，且力學(xué)性能與防水性能大大提高。掃描電鏡其晶體結(jié)構(gòu)形貌，水膏比0.3時(shí)晶體排列致密，粗狀。10000倍電鏡SEM照片干法石膏空心砌塊中試及成果1、 構(gòu)思、設(shè)計(jì)、制造：石膏砌塊單模腔（666*500*150mm）立式試驗(yàn)平臺(tái)；主要包括：成型、攪拌、計(jì)量、配料，分料等。

13、2、選擇各種助劑：調(diào)凝劑、調(diào)晶劑、分散劑、粘結(jié)劑、玻璃纖維、膨脹珍珠巖等：a）選擇廬江錦龍新型建材有限公司建筑磷石膏粉、普通自來(lái)水；b）以水膏比0.3為基點(diǎn)，向上、向下調(diào)整水膏比；c）磷石膏粉加料量從10kg開(kāi)始，延增至25-30kg，經(jīng)過(guò)數(shù)百次試驗(yàn)，得出各項(xiàng)測(cè)試數(shù)據(jù)如下：干法石膏砌塊各階段測(cè)試記錄（樣塊666*500*150mm）水膏比磷石膏粉%水%玻璃纖維%分散劑%調(diào)晶劑%粘結(jié)劑%緩凝劑%抗折（MPa）抗壓（MPa）軟化系數(shù)0.2598.89250.50.0250.0350.050.53.027.270.690.2698.89260.50.0250.0350.050.53.127.520.

14、710.2798.89270.50.0250.0350.050.53.237.780.730.2898.89280.50.0250.0350.050.53.348.050.750.2998.89290.50.0250.0350.050.53.468.330.770.3098.89300.50.0250.0350.050.53.588.620.790.3198.89310.50.0250.0350.050.53.378.110.750.3298.89320.50.0250.0350.050.53.177.640.720.3398.89330.50.0250.0350.050.52.997.190

15、.680.3498.89340.50.0250.0350.050.52.816.770.650.3598.89350.50.0250.0350.050.52.656.370.620.3099.14300.50.0250.0350.050.253.157.570.640.3099.09300.50.0250.0350.050.33.237.780.690.3099.04300.50.0250.0350.050.353.327.990.720.3098.99300.50.0250.0350.050.43.408.190.730.3098.94300.50.0250.0350.050.453.498

16、.400.780.3098.89300.50.0250.0350.050.53.588.620.790.3098.84300.50.0250.0350.050.553.418.210.760.3098.29300.50.0250.0350.050.63.257.820.690.3098.04300.50.0250.0350.050.653.097.450.670.3098.89300.50.0250.0350.050.72.957.090.650.3098.885300.50.0250.0350.050.752.816.760.630.3098.88300.50.0250.0100.050.5

17、2.896.950.680.3098.9300.50.0250.0150.050.53.027.260.730.3098.85300.50.0250.0200.050.53.157.580.760.3098.8300.50.0250.0250.050.53.287.910.780.3098.75300.50.0250.0300.050.53.438.260.780.3098.7300.50.0250.0350.050.53.588.620.790.3098.6300.50.0250.0400.050.53.297.920.750.3098.55300.50.0250.0450.050.53.0

18、27.280.720.3098.7300.50.0250.0550.050.52.786.690.670.3098.55300.50.0250.0600.050.52.556.140.640.3098.55300.50.0250.0650.050.52.345.650.62由上表可知，水膏比0.3其物理力學(xué)性能最高。電鏡對(duì)比(SEM)對(duì)比 澆注法磷石膏砌塊2000倍 干法磷石膏砌塊5000倍干法石膏砌塊（水膏比0.3）與澆注法石膏砌塊（水膏比0.8）從掃描電鏡上看：干法石膏砌塊晶體結(jié)構(gòu)粗短、排列致密，晶體大小不等。澆注法石膏砌塊晶體結(jié)構(gòu)細(xì)長(zhǎng)，且端頭細(xì)小，毛糙空隙大，水化均勻；中試小結(jié)：1、 通

19、過(guò)中試，原設(shè)計(jì)的工藝流程和技術(shù)配方是可行的，完全可以實(shí)現(xiàn)干法石膏砌塊工業(yè)化生產(chǎn)；2、 干法石膏對(duì)環(huán)境溫度、粉體溫度、水溫、大氣溫度敏感性很強(qiáng)，要總結(jié)其規(guī)律；3、 不同石膏粉體、不同粒徑分布石膏粉其水膏比皆不一致；4、 助劑添加量的選擇至關(guān)重要，否則會(huì)產(chǎn)生開(kāi)裂、表面結(jié)粉、水化不均勻等現(xiàn)象；5、 成型設(shè)備的系統(tǒng)協(xié)調(diào)工況非常重要，一定要滿足石膏初、終凝時(shí)間要求，外力大小和速度要符合石膏粉體水化均勻要求。干法石膏空心砌塊工業(yè)化生產(chǎn)干法石膏砌塊照片 干法石膏砌塊照片1 干法石膏砌塊照片2砌塊一般規(guī)格為：厚80、100、120、150、180、200mm，長(zhǎng)500、600、666mm，高度：235、245

20、、255mm。規(guī)格也可依據(jù)用戶要求設(shè)計(jì)。半干法與澆注法石膏砌塊指標(biāo)對(duì)比項(xiàng)目半干法澆注法國(guó)標(biāo)歐標(biāo)1原料建筑石膏1.8-2.5mpa1.8mpa2水膏比28-3460-903抗壓強(qiáng)度mpa10-253-54抗折強(qiáng)度KN8-122-42.01.7-4.05自然干燥時(shí)間1d-3d20d-30d含水率8%含水率6-8%6表觀密度空心800-100實(shí)心110-1400空心800實(shí)心1000空心800實(shí)心110015007軟化系數(shù)0.80.60.6 半干法石膏砌塊工業(yè)化生產(chǎn)的試產(chǎn)成功，顛覆了傳統(tǒng)的澆注法生產(chǎn)工藝，表現(xiàn)了其眾多優(yōu)點(diǎn)： 1、水膏比在0.3左右，遠(yuǎn)低于澆注法，砌塊成型后1-2天即可出廠，無(wú)需干燥，

21、節(jié)約大量堆場(chǎng)； 2、砌塊成型速度快，澆注法8-10min，半干法僅需5-6分鐘，效率高； 3、砌塊的各項(xiàng)性能：抗折、抗壓、軟化系數(shù)、隔音、硬度、吸水率優(yōu)于澆注法； 4、上榫口不用刮槽，壓制成型，無(wú)廢料產(chǎn)生； 5、無(wú)需烘干，節(jié)能； 6、由于其某些性能已達(dá)到a石膏的水平，可代替部分a石膏制品； 7、生產(chǎn)過(guò)程無(wú)灰塵，環(huán)保； 8、生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)單，節(jié)省投資； 9、由于其力學(xué)性能大大提高，而某些雜質(zhì)含量高的工業(yè)副產(chǎn)石膏（如磷、鈦等）經(jīng)煅燒可提高其使用量。.半干法石膏制品的發(fā)展與展望 由于考慮其生產(chǎn)工藝的流動(dòng)性，a和石膏制品（板、塊、條、模型等）均用澆注法，強(qiáng)度低（抗折、抗壓）硬度低，相關(guān)指標(biāo)（防潮性、吸

22、水率等）均低，制約了其應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展空間，而石膏采用半干法生產(chǎn)后，其各項(xiàng)性能均達(dá)到或接近a澆注法，且成本低，為石膏拓展了新的發(fā)展空間。 如近期發(fā)現(xiàn)，半干法石膏制品技術(shù)可于如下領(lǐng)域應(yīng)用： 1、各類標(biāo)磚240×115×53，其抗壓強(qiáng)度要求15mpa，而半干法石膏砌塊的抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)大于15mpa，密度又低，且成型后無(wú)需煅燒與蒸氧，生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)單； 2、各類空心砌塊390×190×190，抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn)要求，密度小，且成型后無(wú)需煅燒與蒸氧，生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)單； 3、抗靜電地板芯材等：半干法石膏力學(xué)性能基本達(dá)到a石膏的水平，經(jīng)過(guò)改性可代替鋁基、鋼基、復(fù)合基等做抗靜電地板及其它高強(qiáng)板材，且價(jià)格低廉； 4、組合式條板：現(xiàn)在條板規(guī)格（寬600，長(zhǎng)2800-3000，厚900、1200、2000），大多為模具成型（組合式，七塊），也有平鋪式，由于板長(zhǎng)，運(yùn)輸和垂直吊運(yùn)、安裝方便； 5、防火板：石膏的二水占20.0%，是很好的無(wú)機(jī)防火材料； 6、紙面石膏板：現(xiàn)有紙面石膏板生產(chǎn)全部采用澆注法，水膏比0.65-0.7，如采用半干法生產(chǎn)，水膏比按0.3計(jì)算，有0.35-0.4的水無(wú)需烘干，如按年產(chǎn)5000萬(wàn)平米紙面石膏板計(jì)算，可省煤36萬(wàn)噸，費(fèi)用1.8億元，省電1600萬(wàn)度，可大幅度降低紙面石膏板生產(chǎn)線烘干設(shè)備投資。.半干法石膏制