加氣混凝土制造技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展

張海進(jìn)，劉朝霞

(江蘇省科學(xué)技術(shù)廳，江蘇 南京 210008)

加氣混凝土制造技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展

張海進(jìn)，劉朝霞

(江蘇省科學(xué)技術(shù)廳，江蘇 南京 210008)

加氣混凝土作為一種以粉煤灰為原料，綜合利用工業(yè)廢渣的新型建材，具有輕質(zhì)、保溫、隔音的特點(diǎn), 是代替實(shí)心粘土磚理想的墻體材料，正受到世界各國的重視。介紹了加氣混凝土的國內(nèi)外發(fā)展情況，在分析加氣混凝土生產(chǎn)線組成及工藝流程基礎(chǔ)上，重點(diǎn)探討了加氣混凝土生產(chǎn)的坯體靜停硬化、坯體切割、坯體養(yǎng)護(hù)等工藝及加工設(shè)備、技術(shù)，提出了中國加氣混凝土產(chǎn)業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展的對策。

加氣混凝土；靜停硬化工藝；坯體切割；坯體養(yǎng)護(hù)

加氣混凝土是一種輕質(zhì)、多孔的新型建筑材料,被廣泛應(yīng)用于建筑中。我國是產(chǎn)煤大國，隨著電力工業(yè)的快速發(fā)展，帶來了粉煤灰排放量的急劇增加。加氣混凝土作為一種以粉煤灰為原料、綜合利用工業(yè)廢渣的新型建材，具有輕質(zhì)、保溫、隔音和可加工等優(yōu)點(diǎn)，主要用于建筑結(jié)構(gòu)的填充，是一種代替實(shí)心粘土磚理想的墻體材料，正受到世界各國的重視[1]。我國是工業(yè)大國，生產(chǎn)加氣混凝土的原料豐富。目前加氣混凝土制造已經(jīng)成為新型產(chǎn)業(yè)，不僅能夠治理環(huán)境污染，保護(hù)耕地，而且可以滿足國家的建筑標(biāo)準(zhǔn)要求。

1 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

隨著建筑材料市場競爭的加劇，為了提高加氣混凝土的市場競爭力，歐洲開發(fā)了表面平滑的、不需要抹灰找平的板材制品。20世紀(jì)80年代英國建筑保溫標(biāo)準(zhǔn)制訂后，加氣混凝土成為主要建筑保溫材料，配筋加氣混凝土板材的應(yīng)用量也逐年增加[2]。20 世紀(jì)90 年代中期以后，加氣混凝土行業(yè)又開始了新一輪的技術(shù)創(chuàng)新，加氣混凝土制品種類也顯著增加。德國Hebel公司進(jìn)入澳大利亞市場后，開發(fā)了CSR加氣混凝土系統(tǒng)[3]。

德國威翰公司自2003年進(jìn)入中國市場以來，憑借其先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)得到快速的發(fā)展[4]。2014年最新投產(chǎn)的年產(chǎn)600 000m3superSMART型加氣混凝土生產(chǎn)線，通過改進(jìn)模具寬度，使得年產(chǎn)量大大提高。另外，威翰公司通過改進(jìn)切割裝置，解決了坯體養(yǎng)護(hù)時(shí)產(chǎn)生的粘連問題。

隨著國家相關(guān)政策的出臺，我國加氣混凝土生產(chǎn)線得到飛速發(fā)展。上海伊通、廣東科達(dá)、南京旭建等企業(yè)在不斷引進(jìn)國外先進(jìn)設(shè)備和學(xué)習(xí)國外先進(jìn)工藝的基礎(chǔ)上，通過對設(shè)備、工藝分析改進(jìn)，研發(fā)了符合我國市場需求的加氣混凝土生產(chǎn)線，使我國加氣混凝土的應(yīng)用得到快速的發(fā)展[5]。

2 加氣混凝土生產(chǎn)線組成及流程

2.1加氣混凝土生產(chǎn)線組成

加氣混凝土生產(chǎn)線如圖1所示，主要由制漿/制粉系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)、稱重?cái)嚢杩刂葡到y(tǒng)、翻轉(zhuǎn)吊裝系統(tǒng)、切割系統(tǒng)、掰板去底皮系統(tǒng)、蒸壓養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)、包裝線系統(tǒng)等8部分組成。

a.制漿和制粉系統(tǒng)。

制漿和制粉系統(tǒng)主要是將粉煤灰以及石灰磨細(xì)后進(jìn)行配置儲存。該系統(tǒng)包括帶式輸送機(jī)、球磨機(jī)、砂漿提升機(jī)、砂漿罐、打漿池、斗式提升機(jī)、石灰倉、水泥倉、除塵器等主要設(shè)備。生產(chǎn)時(shí)，砂漿罐中的砂漿送入打漿池?cái)嚢杈鶆蚝筇嵘搅蠞{計(jì)量罐中。

b.輸送系統(tǒng)。

輸送系統(tǒng)用于生產(chǎn)過程中原材料以及坯體的運(yùn)輸。原材料通常采用帶式輸送機(jī)、螺旋輸送機(jī)和斗式提升機(jī)進(jìn)行輸送，坯體的運(yùn)輸通常采用變頻托坯小車。

圖1 加氣混凝土生產(chǎn)線

c.稱重?cái)嚢杩刂葡到y(tǒng)。

稱重?cái)嚢杩刂葡到y(tǒng)包括物料計(jì)量罐、稱重傳感器、溫度傳感器、澆注攪拌機(jī)等，是整個控制系統(tǒng)的核心。配料系統(tǒng)將原材料按照一定比例混合，制成混合料漿。原材料通過物料計(jì)量罐進(jìn)行精確計(jì)量，整個過程采用PLC自動控制。稱重?cái)嚢杩刂葡到y(tǒng)的配料精度直接影響加氣混凝土成品的合格率。

d.翻轉(zhuǎn)吊裝系統(tǒng)。

翻轉(zhuǎn)吊裝系統(tǒng)包括翻轉(zhuǎn)吊具、坯體夾具、行走小車、模具等設(shè)備，主要作用是實(shí)現(xiàn)坯體的90°翻轉(zhuǎn)。翻轉(zhuǎn)吊具將坯體連同模具翻轉(zhuǎn)90°，放置于行走小車上，進(jìn)行開模、脫模；然后將空模具與底板重新組合后放入指定軌道，進(jìn)行清理、涂油等。

e.翻轉(zhuǎn)切割系統(tǒng)。

翻轉(zhuǎn)切割系統(tǒng)分為兩個部分：橫切和縱切。切割機(jī)是翻轉(zhuǎn)分步式切割機(jī)，變頻托坯小車將完成開模、脫模工序的坯體運(yùn)至縱向切割機(jī)，縱向切割采用行走切割方式切割，小車行至橫切位置停止。橫向切割采用定位切割，切割方式為鋼絲震動切割。

f.掰板去底皮系統(tǒng)。

掰板去底皮系統(tǒng)包括翻轉(zhuǎn)平臺和掰板機(jī)。在坯體切割后，由托坯吊具將坯體連同模具側(cè)板放置到翻轉(zhuǎn)平臺上，翻轉(zhuǎn)平臺將坯體連同側(cè)板翻轉(zhuǎn)90°，去除底層廢料后翻轉(zhuǎn)平臺再次翻回初始位置，托坯吊具將坯體連同側(cè)板吊至釜前蒸養(yǎng)小車上。加氣混凝土在蒸養(yǎng)完成后，坯體會產(chǎn)生一定的粘連，使用掰板機(jī)能夠機(jī)械化地將切割后的成型混凝土砌塊沿切縫分開，并重新疊放在一起，在打包或者搬運(yùn)時(shí)不易損傷砌塊，提高成品合格率。

g.蒸壓養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)對坯體進(jìn)行蒸壓養(yǎng)護(hù)。

h.包裝線系統(tǒng)對加氣混凝土進(jìn)行成品打包，堆場存放。

2.2加氣混凝土生產(chǎn)線工藝流程

加氣混凝土的原料為水泥、石灰、粉煤灰以及石膏鋁粉添加劑等。加氣混凝土生產(chǎn)工藝流程主要包括原材料儲存及處理、配料、澆注攪拌、靜養(yǎng)、切割、蒸養(yǎng)及成品包裝等，具體工藝流程如圖2所示。

3 加氣混凝土生產(chǎn)工藝分析

歐洲現(xiàn)有的加氣混凝土主要生產(chǎn)工藝及設(shè)備生產(chǎn)商如圖3所示[6]。先進(jìn)工藝與傳統(tǒng)工藝的差異主要是在蒸養(yǎng)后不必對白色制品采用后加工工序。但每種工藝都有其各自的合理性和優(yōu)缺點(diǎn)。

在國內(nèi)，加氣混凝土行業(yè)是在引進(jìn)西方先進(jìn)設(shè)備與工藝的基礎(chǔ)上，通過仿制、改進(jìn)逐步發(fā)展起來的，因此國內(nèi)加氣混凝土生產(chǎn)工藝的主要差異也是在切割、靜停和蒸壓養(yǎng)護(hù)方式上。

3.1坯體靜停硬化

坯體的靜停就是靜置坯體以待其硬化，靜停質(zhì)量的好壞，除了影響靜停時(shí)間的長短繼而影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行外，還影響下道工序切割的成敗,所以靜停在加氣混凝土砌塊生產(chǎn)過程中至關(guān)重要。

坯體靜停有以下兩種環(huán)境：一是在澆注成型車間室溫下靜停硬化，這種方法溫度上升較慢，不利于坯體硬化，同時(shí)當(dāng)環(huán)境溫度過低時(shí)，坯體熱損失較大，造成坯體內(nèi)外硬化不均勻，有可能產(chǎn)生裂紋；二是在40℃～60℃的熱室中靜停硬化，可加快坯體硬化、縮短靜停時(shí)間、減少坯體內(nèi)外溫差、加速模具周轉(zhuǎn)等，但是要控制好升溫時(shí)間，防止坯體脫水。目前國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)主要采用后一種方法，并采取保濕措施，防止坯體脫水，同時(shí)改進(jìn)模具行走方式，避免因振動而引起坍塌。

3.2坯體切割工藝

加氣混凝土生產(chǎn)線的切割方式將決定整條線配套設(shè)備的選擇和工藝布置，對項(xiàng)目實(shí)施至關(guān)重要。切割機(jī)分為空中翻轉(zhuǎn)式切割機(jī)和地面翻轉(zhuǎn)式切割機(jī)2種。它們的生產(chǎn)工藝不同，設(shè)備配置不同，但切割工藝相同。

圖2 加氣混凝土生產(chǎn)工藝流程

圖3 坯體加工工藝

a.地翻切割工藝。

地翻切割工藝是國內(nèi)流行的切割方式，如圖4所示。加氣混凝土坯體連同底板放入翻轉(zhuǎn)臺后，向切割機(jī)方向移動至小滑臺，90°翻轉(zhuǎn)后由小滑臺將坯體移動到切割位置，先對坯體進(jìn)行四面水平切割，再進(jìn)行縱向切割。切割后的坯體再由小滑臺移動至翻轉(zhuǎn)臺，將坯體反方向90°翻轉(zhuǎn)到翻轉(zhuǎn)臺上。地面翻轉(zhuǎn)切割機(jī)結(jié)構(gòu)簡單緊湊，制品不發(fā)生粘連，對廢料能全部進(jìn)行回收，不產(chǎn)生二次污；橫切采用絲杠傳動，解決了液壓傳動的不同步問題。但是由于這種切割方式去底皮會損壞制品表面精度，并且切割自動化程度不高，因此這種切割方式目前主要應(yīng)用在小型加氣混凝土生產(chǎn)線上。

圖4 地翻切割工藝生產(chǎn)線

b.空翻切割工藝。

空翻切割是國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)采用的另一種主要切割方式，如圖5所示。目前我國灰砂加氣混凝土設(shè)備生產(chǎn)線中主要采用這種切割技術(shù)，代表了我國灰砂加氣混凝土設(shè)備行業(yè)的最高工藝水平。翻轉(zhuǎn)吊具把模具及坯體一起空中翻轉(zhuǎn)90°放置在切割機(jī)小車上，脫模后把坯體連同側(cè)板放在切割小車上，通過縱切裝置完成縱向切割；切割小車?yán)^續(xù)行走至橫切裝置中間停止，完成橫向切割。該切割過程分別在不同工位完成，而且切割、行走控制在不同位置，因此加氣混凝土制造過程得到簡化，同時(shí)設(shè)備操作保養(yǎng)也很方便。但是空翻切割的缺點(diǎn)是制品容易粘連、無法去底皮，造成材料浪費(fèi)。

圖5 空翻切割工藝生產(chǎn)線

空翻和地翻切割工藝各有利弊，在實(shí)際應(yīng)用中可以結(jié)合兩種切割工藝的優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)廠區(qū)規(guī)模、成本等具體因素來考慮采用何種切割工藝。對于空翻切割工藝中的底皮問題，可以通過在生產(chǎn)線中增加翻轉(zhuǎn)臺在蒸壓養(yǎng)護(hù)之前去除掉，制品的粘連問題可以通過增加掰板機(jī)或者調(diào)整配料配方等方式來消除。地翻切割工藝中胚體斷裂可通過加強(qiáng)原料管理等手段使之減少[7-8]。

3.3坯體養(yǎng)護(hù)

坯體養(yǎng)護(hù)是加氣混凝土成型的最后一步，是滿足強(qiáng)度要求的關(guān)鍵一步。目前坯體養(yǎng)護(hù)主要區(qū)別在于坯體進(jìn)釜方式，有坯體側(cè)立養(yǎng)護(hù)和坯體平放養(yǎng)護(hù)。

a.坯體側(cè)立養(yǎng)護(hù)。

如圖6所示，側(cè)立養(yǎng)護(hù)是加氣混凝土在側(cè)立狀態(tài)下入釜養(yǎng)護(hù)[9]。蒸養(yǎng)完成后，會產(chǎn)生一定的粘連。目前，在一些設(shè)備條件落后的地方，常采取敲打的方式將成品分開，但這樣會增加勞動力從而增加成本，也會影響成品的表面光潔度，損壞邊角，從而增加廢品率。國內(nèi)先進(jìn)的企業(yè)采用掰板機(jī)將切割后的成型混凝土沿切縫分開，并重新疊放在一起，這樣不影響產(chǎn)品的表面精度，在打包或者搬運(yùn)時(shí)不易損傷砌塊，提高了成品合格率。因此，所有采用側(cè)立養(yǎng)護(hù)制品的企業(yè)都應(yīng)該配備掰板機(jī)。德國威漢翻轉(zhuǎn)側(cè)立切割工藝就采用側(cè)立養(yǎng)護(hù)。

圖6 坯體側(cè)立養(yǎng)護(hù)示意

b.坯體平放養(yǎng)護(hù)。

平放養(yǎng)護(hù)如圖7所示，它是按坯體在模中發(fā)氣膨脹后的狀態(tài)進(jìn)行切割并送進(jìn)蒸養(yǎng)釜進(jìn)行蒸壓養(yǎng)護(hù)，或坯體經(jīng)翻轉(zhuǎn)90°側(cè)立進(jìn)行切割，切割后再翻回原狀送進(jìn)蒸壓釜養(yǎng)護(hù)。蒸養(yǎng)完成后，由于切縫是垂直的，因此切縫處不會粘連。但如果是側(cè)立切割水平養(yǎng)護(hù)，切割完之后需要翻轉(zhuǎn)90°，此時(shí)坯體的強(qiáng)度不高，可能會損壞坯體，影響成品率。

圖7 坯體平放養(yǎng)護(hù)示意

目前，兩種養(yǎng)護(hù)方式均有廣泛的應(yīng)用，企業(yè)應(yīng)該在考慮切割、翻轉(zhuǎn)、蒸養(yǎng)工藝的基礎(chǔ)上，綜合考慮，選取合適的養(yǎng)護(hù)方式。

4 加氣混凝土產(chǎn)業(yè)的發(fā)展對策

隨著城市舊城改造的快速推進(jìn)、生態(tài)宜居的現(xiàn)代化小區(qū)的興建，不可再生的土地資源越來越寶貴，對框架結(jié)構(gòu)的高層建筑需求越來越多，這為輕質(zhì)、環(huán)保、隔熱保溫、隔音、抗震性能好且符合《國家新型墻體材料目錄》的加氣混凝土產(chǎn)品提供了廣闊的應(yīng)用空間。雖然加氣混凝土行業(yè)近年來取得了快速發(fā)展和進(jìn)步，但在發(fā)展中還存在相當(dāng)多的問題和矛盾，如不能有針對性地研究解決，勢必會影響整個加氣混凝土產(chǎn)業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展。

一是要加強(qiáng)質(zhì)量監(jiān)管，規(guī)范準(zhǔn)入條件。經(jīng)過幾十年的努力，加氣混凝土行業(yè)飛速發(fā)展，但對于制品的質(zhì)量監(jiān)管仍需加強(qiáng)。切割精度、抗壓強(qiáng)度、收縮率等是制約加氣混凝土發(fā)展的主要因素，對于這些問題要嚴(yán)格把關(guān)，制定相關(guān)規(guī)范，保證建材行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。另外，必須規(guī)范“準(zhǔn)入條件”，投產(chǎn)的加氣混凝土砌塊生產(chǎn)線最低產(chǎn)能為150 000m3，杜絕部分地區(qū)盲目建廠的現(xiàn)象[10]。

二是要加大研發(fā)投入，提高加氣混凝土行業(yè)的生產(chǎn)工藝水平。目前，國內(nèi)的許多企業(yè)缺少研發(fā)投入，仍然處于仿制的階段。建材設(shè)備主要局限在能用上，而沒有向好用的方向發(fā)展，一味地追求成本的最小化，而忽視了設(shè)備的技術(shù)革新。企業(yè)不應(yīng)照搬國外的工藝設(shè)備，而應(yīng)該在吸收先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，攻克技術(shù)上的難題，走出一條屬于自己的路。德國威翰公司正是如此，在吸收了德國伊通翻轉(zhuǎn)切割與側(cè)立養(yǎng)護(hù)技術(shù)的基礎(chǔ)上，對翻轉(zhuǎn)方式及切割小車行走方式進(jìn)行改進(jìn)，使得設(shè)備運(yùn)行更加穩(wěn)定。

三是要增加制品的多樣性，擴(kuò)大加氣混凝土的應(yīng)用范圍。在國外，制品種類比較多，不僅僅局限于砌塊，還有板材、異型塊、裝飾塊和裝飾板等，應(yīng)用范圍廣，有利于加氣混凝土行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。另外，國外還生產(chǎn)特殊用途的制品，極大地豐富了制品的多樣性，并盡可能取代更多的產(chǎn)品。而我國的制品種類少，規(guī)格比較單一，極大地限制了產(chǎn)品的推廣應(yīng)用。

在我國，加氣混凝土這一新興產(chǎn)業(yè)已經(jīng)得到快速的發(fā)展。但目前國內(nèi)的加氣混凝土生產(chǎn)線水平與國外仍有差距，因此要加大研發(fā)力度，解決加氣混凝土生產(chǎn)線的設(shè)備、工藝中存在的問題，加快標(biāo)準(zhǔn)制定，加強(qiáng)質(zhì)量監(jiān)管，保證加氣混凝土制品的質(zhì)量，加氣混凝土產(chǎn)業(yè)才會有巨大的發(fā)展前景。

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Thepresentsituationanddevelopmentofaeratedconcreteinmanufacturingtechnology

ZHANG Haijin, LIU Zhaoxia

(Jiangsu Provincial Department of Science and Technology, Jiangsu Nanjing, 210008, China)

As a new type of building material, the aerated concrete has features of light weight, thermal insulation and noise absorption. Concerned by all the countries, the aerated concrete is an ideal substitute of solid clay brick, which is produced by using fly ash and industrial waste residue. This paper introduces the development of aerated concrete at home and abroad, analyzes the composites of line and technological process, shows the detail about process of hardening, green body cutting, and green body maintenance. In the end, it presents some proposals on the sustainable and healthy development of domestic aerated concrete industry.

aerated concrete; hardening process; green body cutting; green body maintenance

10.3969/j.issn.2095-509X.2014.12.002

2014-11-28

張海進(jìn)(1965—)，男，江蘇海安人，江蘇省科學(xué)技術(shù)廳，主要研究方向?yàn)榭萍脊芾砼c無機(jī)非金屬材料。

TU522.3+2

A

2095-509X(2014)12-0006-05