半干法石膏空心砌塊工業(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高工、董事長 張庚福一、石膏砌塊澆注法目前國際上和中國國內(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?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）未粉碎的顆粒級配不好，顆粒分布比較集中，比表面積小，20-200卩m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性，現(xiàn)有石膏砌塊的成型方法，不論手工式或機(jī) 械式均

2、為澆注法，為確保建筑石膏粉等與水的混合物的流動性，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)晶的需水量僅 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。自然干燥要求堆場大 （年產(chǎn) 100萬平米石膏砌塊堆場約需 60-80 畝地），干 燥時間一般在 30 天左右，如遇雨天和濕度大的天氣， 干燥時間更長， 且需人工 搬運碼垛，增加工時費等，

3、且破碎率高。人工干燥（即熱源烘干） ，烘干窯投入成本大（一般 100萬平米/ 年產(chǎn)），約需300萬兀左右，耗能成本一般在 8兀/川左右。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%r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)有市場墻材差，搬運過程破碎率較高，密度輕（一般小于 1050kg/m3）。為降低水膏比，國內(nèi)在

4、石膏砌塊生產(chǎn)和實驗中，采用如下方法：1、 手工澆注：由于手工生產(chǎn)，石膏漿體的流動性要求小，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，國內(nèi)不少助劑廠在探索用減水劑來降低水膏比，據(jù)說可 降低水膏比10-20%,但生產(chǎn)中至今未遇到真實的減水劑，同時價格昂 貴，生產(chǎn)實用價值不高。3、球磨粉碎，通過球磨處理，可改變顆粒級配和形貌，增加石膏膠體流動度，降低水膏比約10%（實驗室實驗），但生產(chǎn)實踐上未見。4、在石膏膠凝材料中增加改性劑，增加流動度，這是很好的途徑，筆者經(jīng)過長期實踐，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（堆場大、

5、烘干成本高，生產(chǎn)周期長），不能 形成工業(yè)化生產(chǎn)。長期以來，為解決高水膏比的干燥問題，業(yè)內(nèi)石膏砌塊企業(yè)從生產(chǎn)實 踐中總結(jié)出如干燥下方法：1）芯孔水平放置法：利用風(fēng)的水平方向流動的特點，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 力口，高開濕度大的地面，便于去濕。3）建干燥窯，通過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，市場的需求是應(yīng)用研究的方向，

6、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)工藝徹底解決其發(fā)展瓶頸問題。為此，依據(jù)對石膏材性的多年研究和其工藝實踐，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）CaSOl/2H20+水-水化反應(yīng)（空氣中）-二 水石膏（CaSO 2 H20）;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

7、水 化過程和水化反應(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初始水化反應(yīng)快，但晶 體產(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、析晶過程（實踐中，水膏比的高低可調(diào)節(jié)石膏的初終凝時間） ，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候，由于無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 C （初終凝時間遠(yuǎn)短于澆 注法），由于無多余自由水，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

8、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影響同步水化， 因此加入分散劑非常重要。通過大量實驗，半干法石膏砌塊有如下技術(shù)問題需解決：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 C,某些 建筑石膏粉甚至高出10C，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環(huán)境溫度、

9、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) 時候通過大量的實驗以最終確定其配方；8、調(diào)整好初終凝時間與現(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)問題后，與其配套的機(jī)械設(shè)備設(shè)計必須滿足如下技術(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 在動態(tài)的狀態(tài)下水化、硬化，其動態(tài)的應(yīng)力、速率應(yīng)不破壞其水化時 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)械工藝流程時段必須與石膏膠凝體的初終凝時間一致；4、滿足石膏砌塊標(biāo)準(zhǔn)控制尺寸時，芯孔率的最大化與石膏

10、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)的自動控制和動 力等如何適應(yīng)其要求；6、模腔布料均勻，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)和即將上該項目的仁人志 士的廣泛認(rèn)同，給了我們研究的力量和動力。經(jīng)過近兩年來的研發(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，針對不同的 石膏適度調(diào)整其組

11、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性能測試表如下：2h干法石膏砌塊各項參數(shù)測試表（樣塊160*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因水太小無法成型，2、因水膏比小，初凝時間非常短，多次反復(fù)試驗選擇調(diào)凝劑、調(diào)

12、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)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時晶體排列致密，粗狀。10000倍電鏡SEM

13、W片干法石膏空心砌塊中試及成果1、構(gòu)思、設(shè)計、制造：石膏砌塊單模腔（666*500*150mn）立式試驗平臺；主要包括：成型、攪拌、計量、配料，分料等。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、普通自來水；b）以水膏比0.3為基點，向上、向下調(diào)整水膏比；c）磷石膏粉加料量從10kg開始，延增至25-30kg，經(jīng)過數(shù)百次試驗，得出各項測試數(shù)據(jù)如下：干法石膏砌塊各階段測試記錄（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.

14、89250.50.0250.0350.050.53.027.270.690.2698.89260.50.0250.0350.050.53.127.520.710.2798.89270.50.0250.0350.050.53.237.780.730.2898.89280.50.0250.0350.050.53.348.050.750.2998.89290.50.0250.0350.050.53.468.330.770.3098.89300.50.0250.0350.050.53.588.620.790.3198.89310.50.0250.0350.050.53.378.110.750.3298

15、.89320.50.0250.0350.050.53.177.640.720.3398.89330.50.0250.0350.050.52.997.190.680.3498.89340.50.0250.0350.050.52.816.770.650.3598.89350.50.0250.0350.050.52.656.370.620.3099.14300.50.0250.0350.050.253.157.570.640.3099.09300.50.0250.0350.050.33.237.780.690.3099.04300.50.0250.0350.050.353.327.990.720.3

16、098.99300.50.0250.0350.050.43.408.190.730.3098.94300.50.0250.0350.050.453.498.400.780.3098.89300.50.0250.0350.050.53.588.620.790.3098.84300.50.0250.0350.050.553.418.210.760.3098.29300.50.0250.0350.050.63.257.820.690.3098.04300.50.0250.0350.050.653.097.450.670.3098.89300.50.0250.0350.050.72.957.090.6

17、50.3098.885300.50.0250.0350.050.752.816.760.630.3098.88300.50.0250.0100.050.52.896.950.680.3098.9300.50.0250.0150.050.53.027.260.730.3098.85300.50.0250.0200.050.53.157.580.760.3098.8300.50.0250.0250.050.53.287.910.780.3098.75300.50.0250.0300.050.53.438.260.780.3098.7300.50.0250.0350.050.53.588.620.7

18、90.3098.6300.50.0250.0400.050.53.297.920.750.3098.55300.50.0250.0450.050.53.027.280.720.3098.7300.50.0250.0550.050.52.786.690.670.3098.55300.50.0250.0600.050.52.556.140.640.3098.55300.50.0250.0650.050.52.345.650.62由上表可知，水膏比 0.3其物理力學(xué)性能最高。電鏡對比（SEM對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

19、.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，且端頭細(xì)小，毛糙空隙大，水化均勻;中試小結(jié)：1、通過中試，原設(shè)計的工藝流程和技術(shù)配方是可行的，完全可以實現(xiàn)干法石膏砌塊工業(yè)化生產(chǎn)；2、干法石膏對環(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，否則會產(chǎn)生開裂、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

20、照片1干法石膏砌塊照片2砌塊一般規(guī)格為：厚80、100、120、高度：235、245、255mm規(guī)格也可依據(jù)用戶要求設(shè)計。150、180、200mrp 長 500、600、666mrp半干法與澆注法石膏砌塊指標(biāo)對比項目半干法澆注法國標(biāo)歐標(biāo)1原料建筑石膏B1.8-2.5mpa 1.8mpa2水膏比28-3460-903抗壓強(qiáng)度mpa10-253-54抗折強(qiáng)度KN8-122-4仝2.01.7-4.05自然干燥時間1d-3d20d-30d含水率v 8%含水率6-8%6表觀密度空心 800-100實心 110-1400空心三800實心三1000空心三800實心三1100三 15007軟化系數(shù) 0.8三

21、0.6 0.6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：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，無需干 燥，節(jié)約大量堆場；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，無廢料產(chǎn)生；5 、無需烘干，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)過程無灰塵，環(huán)保；8 、生產(chǎn)工藝流程簡單，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

22、 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)工藝的流動性，a和B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、吸水率等）均 低，制約了其應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展空間，而B石膏采用半干法生產(chǎn)后，其各項性能 均達(dá)到或接近a澆注法，且成本低，為B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240x 115X 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，且成型后無需煅燒與蒸氧，生產(chǎn)工藝流程 簡單；2 、各類空心砌塊 390x 190x 190，抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn)

23、要求，密度小，且成 型后無需煅燒與蒸氧，生產(chǎn)工藝流程簡單；3、抗靜電地板芯材等：半干法B石膏力學(xué)性能基本達(dá)到 a石膏的水平，經(jīng)過改性可代替鋁基、 鋼基、 復(fù)合基等做抗靜電地板及其它高強(qiáng)板材， 且價格低廉；4 、組合式條板： 現(xiàn)在條板規(guī)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,由于板長,運輸和垂直吊運、安裝方便；5 、防火板：石膏的二水占 20.0%，是很好的無機(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 計算，有 0.35-0.4 的水無需烘干， 如按年產(chǎn) 5000 萬平米紙面石膏板計算，可省煤 36萬噸，費用 1.8 億元，省電 1600 萬 度，可大幅度降低紙面石膏板生產(chǎn)線烘干設(shè)備投資。. 半干法石膏制品的技術(shù)進(jìn)步技術(shù)的進(jìn)步是永恒的，半干法石膏制品雖已突破了澆注法膠體流動、水化、