干混砂浆原材料特性和计量混合系统设计要求

摘要：干混砂浆是由许许多多不同组分材料按照一定的配方组成的一类混合物。由于该类材料的特殊性，其组分材料的化学和物理性能（特别是流动性，磨损性)、颗粒大小以及形状变化等，往往会给生产中的进料、料仓的下料、计量、输送、混合、包装等带来干扰。针对这些不同组分的散体材料的特性和实际生产要求，其计量称重和混合系统应采用相应的合理设计，从而提高系统的精度和可靠性。在此就这些组分材料的特性来阐述其对于计量称重及混合系统的要求、计量精度和混合均匀度的统计进行描述。 

关键词：干混砂浆 计量混合系统 

干混砂浆技术

　　随着化学科技的迅速，给建筑干混砂浆带来了巨大进步，使得许多胶状产品能够以干粉状态生产出来，以前不能做到或不能达规定要求的产品通过添加微量的化学粉末也得以实现。化学添加剂在干混砂浆技术中的使用，极大地提高了最终产品的性能以及扩大了应用范围：
　　湿砂浆施工性能。如可塑性，加速或推迟凝固、稠度、溶解度，发泡性等最终产品的强度、耐腐蚀、不褪色、密封性等。
　　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，其物理特性主要有流动性、密度、颗粒大小分布、颗粒的形状。这些特性决定着干混砂浆生产工艺流程、方案的设计及设备的选型。
　　流化性是散体物料的最重要的特性之一。不是所有的物料都能均匀流化，而且均匀流化状态也需要一定的时间才能达到，不均匀流化的坏处是密度不均匀。可导致通过计量器的物料的量随时间波动大(即计量一致性差)，在这种情形下机械的分散作用往往是必要的。
　　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。首先谈谈原材料中骨料之一的砂石，大多数砂浆产品中的含砂量达70％至80％。砂石骨料主要是石英砂、河砂、破碎的石灰石等，使用前必须检验其杂质含量及颗粒大小，含杂质的砂必须冲洗烘干，其湿度心须小于0．5％。砂的颗粒形状也影响着建筑干混的强度以及施工工地的输送、机器水灰均混和喷涂等。所以，砂石的预先加工和筛分工艺是建筑干混生产中的关键，应尽可能使用筛分机筛分的砂石，避免配方误差。其次是胶结材料，它的作用是将砂颗粒粘在一起。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。还有高效化学添加剂，这些材料均以微量加入，必须均匀分散。除粉状化学添加剂之外，市面上还有液体的。另外，市场上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，在配制这些砂浆时主要使用对人体无害，的矿物颜料粉末。颜料粉末颗粒吸附在一起，必须使用特殊的搅拌方法使之均匀分散在其他骨料颗粒上，形成鲜艳的色彩。这些性能和配方，是与原材料，生产过程以及施工密切相关的。

计量输送、计量称重系统

　　计量有多种方式。最广泛的是数螺旋输送原理，精密螺旋输送计量称重系统的计量一致性高（输出密度或重量随时间变动小)，可调范围大（1：30）。螺旋计量输出量的大小和转子的转速成线性关系，几乎适用于所有的物料。另一种为滑板阀或蝶阀计量，它只适用于流动性好的物料，比如大于1毫米颗粒干燥河砂，由于受最小开口度限制，故其流量可调范围很小，仅为1：5，而且其流量和控制阀门开口量(阀位移或转角)是非线性关系。

几种常用的计量形式

　　计量输送螺旋：适应几乎所有的物料，无脉动，控制量(粗细范围)1：30，计量流量的波动±1—5％；
　　振动输送计量器：适应易流动的粉颗粒料，碎片，控制量(粗细范围)1：10，计量流量的波动±>±10％；
　　计量输送皮带机：适应易流动的粉颗粒料，不适合碎片，控制量(粗细范围)1：20，计量流量的波动±1-5％；
　　旋转闸阀喂料机：适应有限制地用于易变形的颗粒，有脉动，控制量(粗细范围)1：10，计量流量的波动±2-10％；
　　计量闸阀：适应适合易流动的粉料，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，控制量(粗细范围) 1：10，计量流量的波动>±5％；
　　计量蝶阀：适应和闸阀基本相同，控制量(粗细范围) 1：10，计量流量的波动>±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)，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。计量系统的误差主要和以下因素有关： 
　　环境的影响：外界的振动、冲击、温度、空气流动等；
　　静态称的精度：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；
　　计量喂料精度：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。
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：适合于几乎所有的物料、可调范围大、通过螺旋叶片的设计满足输送物料的要求、计量精度高、耐磨损（改进设计和材料）、维修简单，运行费用低(无需流化用压缩空气)。混合系统的要求

　　混合机是干混砂浆生产中最关键的一环，也是工厂的“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，了解混合的一般机理非常有帮助。混合过程中有两种主要的机理：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；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。
　　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颗粒大小或者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时，轻质的聚苯颗粒必能会浮向表面。故人们只在施工现场将两种材料和水混合，施工中由于颗粒大小不一定或比重不同的颗粒在空气中沉降速度不同，因此会在物料的筒仓进料、卸料、输送均产生不同程度的离析。
　　混合机的类型。混合机的原理有多种，粉体材料中常用的是重力混合、强制式动力混合、气力混合。干混砂浆的混合技术是建立在相似力学和试验的基础上。考虑干混砂浆中组分特性的差异，强制式的动力混合原理得以进一步应用，一些具有很强附着力粉体材料如颜料需要足够的剪切力方能分散，使得微细颜料颗粒通过分散混合附着在其他颗粒外表而形成鲜艳的色泽，高速分散还能混合短纤维及难混合的材料。而选择混合机是一项艰难的工作，必须考虑到所用物料的特性，产品的市场质量要求，性和可靠性等等，同时还要进行设备整体布置，考虑综合成本等。

　　因此，正确的生产工艺是保证生产的可靠性和提高计量精度以及产品最终质量的基础。除精确计量和均匀混合系统外，整体系统的可靠性及设备耐用直接关系到生产的成本。也影响到销售盈利。所以干混砂浆生产线的系统工程设计和制造非常关键。