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工業事產石膏資源綜合利用

半幹法石膏

反應機理:

 

半幹法石膏砌塊與澆注法石膏砌塊均為水化反應,但水膏比隻有0.3。為使水化反應充分。優選SK助劑,其綜合性能是:1調晶,2分散,3調凝,4調密,5防水。根據不同建築石膏粉的材性,選擇不同的SK助劑,以滿足技術質量要求。砌塊經檢測各項指標達到或超過符合國標及歐洲標準要求。

功效:


半幹法石膏砌塊水化熱高,一般每5-6分鍾一模。出模水化冷卻2小時後即可打包。生產功效高,無需烘幹。


優勢:


綜合生產成本和能耗遠低於澆注法。成型至多1天後就達標可送至工地砌築。砌塊握裹力強,可直接釘釘子,有木質感,防水。高密度1200kg/m3或以上。隔聲好、強度高。

適用性:

 

適用於半幹法石膏係列製品。如標磚、砌塊、條板、隔牆板、天花、紙麵石膏板、裝飾板等。目前國際和國內石膏砌塊的生產工藝均為澆注法,水膏比一般為0.8-0.9,除去石膏水化結晶的需水量16%左右,多餘的自由水(60-70%)需要人工或自然幹燥,延長出廠時間,增加生產成本,製約了石膏砌塊的發展。

一、澆注法石膏膠凝材料

 

目前國際上和中國國內石膏砌塊的生產工藝均為:以建築石膏(α或β)為主要原料(亦可加入輕集料)、纖維增強材料、發泡劑等輔助材料,經加水攪拌、在流體狀態下澆注成型,經過幹燥(自然晾曬和烘幹)製成的塊狀、板狀的輕質建築石膏製品,如:石膏砌塊、石膏條板、紙麵石膏板、抗靜電地板石膏基材、石膏模盒等。

理論上半水石膏水化的需水量為18.62%,而實際製作石膏製品時其需水量都大大超過它,一般在0.7左右(α石膏在0.35-0.4左右),β石膏實際生產中的水膏比遠遠大於“標稠”,即0.8-0.9,甚至達到1.0,除去石膏水化結晶的需水量,多餘的自由水(60-70%)需要幹燥(人工或自然)延長出廠時間,增,由於自由水占據了石膏硬化體內大量空間,石膏硬化體密度雖輕,但硬度小,強度低,搬運破碎率高、市場認同底低,製約了石膏膠凝材料的發展。

 

二、半幹法石膏砌塊的提出

 

應用研究是為生產第一線服務的,市場的需求是應用研究的方向,石膏砌塊澆注法多餘自由水的幹燥製約了其發展,能否有一種半幹法石膏砌塊的生產工藝徹底解決其發展瓶頸問題。

為此,依據對石膏材性的多年研究和其工藝實踐,我們提出了半幹法石膏砌塊的研究課題。半幹法石膏砌塊的研究的基本原則是:

半幹法石膏砌塊的各項指標執行T/CBMF36-2018;
半幹法石膏砌塊與澆注法一樣,隻是加水量大大減少,但必須百分百即熟石膏(半水石膏)CaSO4.1/2H20→水化反應(空氣中)→二水石膏(CaSO4. 2H20);
半幹法石膏砌塊的機械化生產仍是模腔成型,但工藝流程與澆注法不同。

研究表明,半幹法石膏砌塊與澆注法石膏砌塊的結晶理論基本一致,但水化過程和水化反應速率大不一樣。

半幹法在低水膏比的時候,由於無多餘自由水遲緩水化反應,其晶核產生,晶體形成反應速率快,其水化熱高於澆注法5-10℃(初終凝時間遠短於澆注法),由於無多餘自由水,再加上添加SK半幹法石膏助劑,晶體結構粗壯,致密,硬化密度大,力學性能高,由於配方中除供給結晶的需水量外,還有多餘的少量的自由水,可確保完全水化反應,隻是生產中最好水化反應一致,不要因水與石膏粉的界麵接觸不均勻而影響同步水化,因此加入分散劑非常重要。

通過大量實驗,半幹法石膏砌塊有如下技術問題需解決:

由於水膏比低,水化反應激烈,一般水化熱高出澆注法5-10℃,某些建築石膏粉甚至高出10℃,由於反應激烈,易造成硬化體產生細微裂縫;
初終凝時間比澆注法縮短1-2min;
在水膏比低的情況下如何確保水與石膏的完全結合,完全水化;
密度大,如何降低密度以滿足標準要求;
半幹法石膏膠凝材料粘性極大,選擇好不粘的界麵材料;
半幹法石膏膠凝材料對環境溫度、水溫、粉體溫度等敏感性極強,其配方如何滿足生產要求;
同類石膏,但不同品質,不同類石膏其配方均不一致,其工業化生產時候通過大量的實驗以最終確定其配方;
調整好初終凝時間與現有澆注法基本一致,使石膏砌塊高生產效力保持;

在解決好上述技術問題後,與其配套的機械設備設計必須滿足如下技術要求:

澆注法石膏砌塊是在靜態的狀態下水化、硬化,而半幹法石膏砌塊是在動態的狀態下水化、硬化,其動態的應力、速率應不破壞其水化時晶體結構;
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合;
機械工藝流程時段必須與石膏膠凝體的初終凝時間一致;
滿足石膏砌塊標準控製尺寸時,芯孔率的最大化與石膏膠凝材料添加輕質材料協同,滿足表觀密度的要求;
半幹法石膏砌塊的石膏漿體敏感性極強,其機械生產的自動控製和動力等如何適應其要求;
模腔布料均勻,成型砌塊硬化體力學性能一致。
如何確保上榫口光滑標準。
配料精準,無廢料。

 

三、半幹法石膏砌塊工業化生產的成功

 

經過多年的研發、小試、中試,工業化生產已經應用。

我們的SK半幹法石膏砌塊助劑,其功能包含:調晶、調凝、分散、增粘、防潮等功效,針對不同的石膏適度調整其組合以滿足生產和性能要求。

工業化生產時的水膏比一般在0.3左右,去除水化結晶需水18.62%,規範允許砌塊內存在自由水不大於8%,生產時水化熱排水約2%,成型後多餘水約1.38%,1至2天完全可以自然蒸發。

某脫硫石膏澆注法與幹法生產測試對比如下:

某脫硫石膏澆注法與幹法生產測試對比如下:

 

注:1、如做成空心砌塊,空心率和添加輕質材料表觀密度完全小於標準800kg/m3;

       2、實心砌塊密度可調至1200kg/m3。

半幹法石膏膠凝材料製備技術

幹法石膏砌塊照片1 

 

  幹法石膏砌塊照片2

 

砌塊一般規格為:厚80、100、120、150、180、200mm,長500、600、666mm,高度:235、245、255mm。

規格也可依據用戶要求設計。

半幹法與澆注法石膏砌塊指標對比

 

半幹法工藝的優點:

 

  1、水膏比在0.3左右,遠低於澆注法,砌塊成型後1-2天即可出廠,無需幹燥,節約大量堆場;

  2、砌塊成型速度快,澆注法8-10min,半幹法僅需5-6分鍾,效率高;

  3、砌塊的各項性能:抗折、抗壓、軟化係數、隔音、硬度、吸水率優於澆注法;

  4、上榫口不用刮槽,壓製成型,無廢料產生;

  5、無需烘幹,節能;

  6、由於其某些性能已達到a石膏的水平,可代替部分a石膏製品;

  7、生產過程無灰塵,環保;

  8、生產工藝流程簡單,節省堆場,節省投資;

  9、由於其力學性能大大提高,而某些雜質含量高的工業副產石膏(如磷、鈦等)經煆燒可提高其使用量;

  10、不粘模腔;

  11、空心砌塊芯孔為長園孔,成牆穿電線時無需開槽;

  12、砌塊握裹力強,可直接釘釘子。

 

可發展如下產品:

 

  1、各類標磚240×115×53,其抗壓強度要求>15mpa,而半幹法石膏砌塊的抗壓強度遠大於15mpa,密度又低,且成型後無需煆燒與蒸氧,生產工藝流程簡單;

  2、各類空心砌塊390×190×190,抗壓強度遠大於標準要求,密度小,且成型後無需煆燒與蒸氧,生產工藝流程簡單;

  3、組合式條板:現在條板規格(寬600,長2800-3000,厚900、1200、2000),大多為模具成型(組合式,七塊),也有平鋪式,由於板長,運輸和垂直吊運、安裝方便;

  4、防火板:石膏的二水占20.0%,是很好的無機防火材料;

  5、紙麵石膏板:現有紙麵石膏板生產全部采用澆注法,水膏比0.65-0.7,如采用半幹法生產,水膏比按0.3計算,有0.35-0.4的水無需烘幹,如按年產5000萬平米紙麵石膏板計算,可省煤36萬噸,,費用1.8億元,省電1600萬度,可大幅度降低紙麵石膏板生產線烘幹設備投資。

20萬立方/年產能牆材成本對比

 

說明:1、半幹法石膏砌塊生產線設備投資包含:粉體儲料倉、碼垛、打包機械手全套。
          2、石膏砌塊成型2小時後即可出廠。
          3、生產無SO3、CO2排放,清潔生產。

石膏砌塊生產成本綜合對比表

 

備注: 
1、人工工資參照重慶、成都、合肥等企業實際價,半幹法砌塊成型後至打包均為自動式和機械手,用工極少; 
2、電費按0.8元/度計,水費2元/m2,烘幹費(煤)按烘幹去水量理論計算,500元/噸煤計; 
3、租場地費:重慶:人工澆注年產10萬m2,租地20畝,每畝租金1500元計,0.3元/m2,場地硬化待攤費0.12元/m2,合計:0.42元/m2; 
機械澆注年產100萬m2,租地100畝,每畝租金1200元計,0.12元/m2,場地硬化待攤費0.112元/m2,合計:0.24元/m2; 
半幹法年產100萬m2,租地20畝,每畝租金1200元計,0.024元/m2,合計:0.036元/m2; 
4、庫存資金待攤費:為確保供貨和庫存規模給潛在客戶顯現實力,需庫存大量現成砌塊,而半幹法根據需要邊生產邊出廠,無需大量晾曬堆場。 
5、石膏粉價按200元/噸計,石膏粉需要量:人工澆注:45.5kg,機械澆注:63kg,半幹法:68kg; 
6、半幹法與機械澆注相比:a、自然幹燥生產成本貴0.54元/m2;b、烘幹便宜7.36元/m2,且至今無成功案例,c、自然幹燥出廠時間較長(一般為1-2個月),嚴重影響產能;d、半幹法石膏用