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最新專利-煤矸石燒結復合保溫砌塊(磚)   發布時間: 2013 . 1 . 10 點擊人氣 10642 次

煤矸石燒結復合保溫砌塊(磚)
技 術 報 告

一、 產品要符合政策和實際要求
我國推廣建筑節能是在節能大的節能減排政策要求下開展,由于政策性強,但在推進中也出現了一些問題,內保溫效果不好,減少建筑的使用面積、易脫落;外墻保溫防火性能差、壽命較短,15-25年,不透氣,防火性能差、易剝離脫落等,施工難度大,施工周期長,成本高;單一自保溫墻體材料(如加氣混凝土砌塊)質量不穩定,熱惰性較差,蓄熱高,使用戶住在里面不舒適,防水差,室內墻面易發霉,耐候性差,易粉化剝落,且調質量的產品在數量上又不能滿足、保障建筑市場要求,同時加氣混凝土砌塊對施工工序要求嚴格,施工單位為趕工期或降低成本,很難按規程要求施工,使用加氣混凝土砌塊的建筑后期出現開裂等質量問題,又進一步限制了加氣混凝土砌塊的進一步發展。
燒結制品以其優異的耐候性、穩定性、熱惰性、透氣性,是其他材料所不能比擬的,同時燒結制品對施工的要求不高,建設、施工單位容易接受,生產達到節能標準要求的煤矸石燒結復合保溫砌塊,在建筑墻體厚度小于250mm、不用配合其他任何保溫措施的情況下,在本地區范圍內實現建筑節能65%的目標。符合政策和實際需要,才是新型節能墻材和推廣節能建筑的發展方向。
1、精心設計產品塊型。
煤矸石燒結復合保溫砌塊(磚)墻體自身能夠達到建筑節能要求,首先要解決塊型的設計、保溫材料的選擇,使生產的產品的砌體熱工指標能達到要求。
關于塊型的設計,首先要滿足建筑模數要求,其次要盡可能地提高熱工值,便于施工操作,墻體總厚度小于300mm的原則指導下,結合我省、我市實際最終選定尺寸為240mm×290mm×190mm砌塊、240mm×240mm×190mm砌塊、240mm×190mm×190mm砌塊,形狀如圖一所示:
 


                                                圖一    煤矸石燒結復合保溫砌塊(磚)坯體
就單皮墻而言,在墻體中水平和垂直灰縫約占墻體表面積的10%以上,灰縫就是10%的冷橋,提高塊材的熱阻值的同時,也要解決灰縫的冷橋問題。為此在砌塊中間上、側砂漿鋪設面處水平方向和一側長出塊體10mm隔熱帶,這樣在砌筑中就可以有效的隔斷水平和垂直灰縫所產生的“熱橋”,從而可以使墻體的保溫性能大大提高。如圖二所示:
 


                                                    圖二,保溫砌塊保溫隔熱帶示意圖
2、保溫材料的選擇和復合方法
目前在建筑上使用的保溫材料主要是EPS、XPS、巖棉、聚氨酯以及無機保溫漿料等。如果像非燒結符合砌塊一樣使有EPS或XPS板,那我們只能是把它們加工成小塊,然后在空心砌塊成品中手工插入,這樣存在的主要問題是:
砌塊的生產數量很大,人工手插,難以滿足規模的需要;采用機械插板,由于砌塊本身就存在一定的尺寸偏差也很難實現。且保溫材料是在砌塊燒成后插入的,兩者之間必然存在一定的尺寸配合公差,而且永遠是保溫材料的外形尺寸要小于塊孔的尺寸,這就使得保溫材料在搬運、施工過程中會有脫落的現象發生,且從實際情況來看,我省插板保溫砌塊到工地后保溫材料脫落大半,施工人員又不將掉落的板子重新插入,保溫功能喪失,墻體也達到節能標準要求。
如果使用聚氨酯來做保溫材料,保溫效果好,但是成本過高難以讓市場所接受,而且聚氨酯在發泡過程中會在塊孔的上面形成一個“面包頭”,為了便于運輸和施工,這個“面包頭”必須在工廠予以切除,無形中又增加了產品的成本。如果使用無機的保溫砂漿,與有機保溫材料相比保溫性能相差甚大,就算可以滿足建筑節能的要求,無疑也會使砌塊孔中保溫漿料的總量增大,從而使產品的成本增加;另外,使用無機保溫漿料很難做到灰縫隔斷,這將使墻體的熱工性能大打折扣。
保溫材料的復合方式、具體的生產工藝及工藝參數。EPS的優點在于成本相對較低,聚氨酯和保溫漿料的優點在于可以澆注,那么能不能將兩者合起來呢?也就是說我們是夠可以在砌塊孔中注入預發的EPS顆粒并使之成型呢?通過實驗結果,告訴我們這種方式是可行的,所以我們最終確定本項目走砌塊孔中,通過自動化機械,定量注入預發的EPS顆粒,經發泡成型的生產工藝。
二、原材料的選擇與要求
煤矸石燒結復合保溫砌塊是在燒成的煤矸石燒結砌塊中注入預發的EPS顆粒,再經高溫發泡成型,因此,煤矸石燒結砌塊可視作復合保溫砌塊的原材料。

1、煤矸石燒結空心砌塊
煤矸石燒結空心砌塊是“煤矸石燒結復合保溫砌塊”的半成品,是作為圍護結構的主要墻材,在“煤矸石燒結復合保溫砌塊”的生產過程中,它起到了強度骨架和模板的作用,要承受裝入預先發好的EPS顆粒和充入的高壓蒸汽的壓力,所以要求燒制的空心砌塊各項技術指標必須達到國家標準《燒結空心磚和空心砌塊》(GB1354—2003)和《煤矸石燒結復合保溫砌塊(磚)》(Q/320301 XHJ 001-2011)企業標準的要求。
2、可發性聚苯乙烯(EPS)
EPS要求為阻燃型,各項技術指標滿足國家標準《隔熱用聚苯乙烯泡沫塑料》(GB10801—2003)的要求。
三、技術的可行性研究
我們根據《民用建筑熱工設計規范》(GB10176—93)“附錄二 建筑熱工設計計算公式及參數”對選出的磚型及它們的組合進行了相關的熱工驗算。
根據GB50176—93的規定:由兩種材料組成的、兩項非均質維護結構,其平均傳熱阻就按下列公式計算:
 
     ∮——修正系數
根據國家標準《隔熱用聚苯乙烯泡沫塑料》(GB10801—2003)的規定,表觀密度為15kg/m³的EPS導熱系數為0.04W/m.K。
根據上述原則和條件,我們對砌體進行了熱工計算。
按使用普通水泥砂漿的墻體計算,根據《新型建筑材料施工手冊》上的介紹,普通水泥砂漿的導熱系數為0.93w/m.k。同時根據GB50176—93的規定,當λ2/λ1在040—0.69時,修正系數∮取0.69。
按照設計外墻墻體由外到內20厚水泥砂漿;240厚煤矸石燒結復合保溫砌塊;20厚混合砂漿
計算R1=0.22㎡.K/W
     R2=2.250㎡.K/W
     R3=0.023㎡.K/W
     R=R1+R2+R3=2.335㎡.K/W
     Ri=0.11㎡.K/W
     Re=0.04㎡.K/W
     R0=Ri+R+Re=2.485㎡.K/W
         K=1/R0=0.402W/(㎡.K)
其后,經有關部門檢測,240mm×240mm×190mm煤矸石燒結砌塊體的導熱系數為0.60w/m.K,復合保溫砌塊經徐州市建設工程檢測中心檢測,實測砌體總比熱阻Ru=2.250(㎡.k/w),當量導熱系數為0.114w/(m.k); 江蘇省建筑工程質量監督檢測中心檢測240×240×190煤矸石燒結復合保溫砌塊砌體熱阻為2.08(㎡.k/w),當量導熱系數為0.115 w/(m.k),密度等級范圍為779Kg/m³。
根據江蘇省居住建筑圍護結構傳熱系數K限值規定:寒冷地區節65%墻體傳熱阻限值建筑層數大于12層時,R0 為1.55(㎡.K/W ),建筑層數小于3層時R0為2.22( k.M2/W) 。所以根據檢測結果,外墻使用240*240*190mm煤矸石燒結復合保溫砌塊,能夠完全滿足江蘇各地區建筑節能65%對墻體熱阻的需求,通過計算和檢測結果,證明項目可行。
四、復合保溫砌塊生產工藝要求
1、煤矸石燒結砌塊質量的影響:煤矸石燒結砌塊的強度和幾何尺寸,是煤矸石燒結復合保溫砌塊成型過程中注入聚苯乙烯泡沫微珠和沖入高壓蒸汽的必要條件,空心砌塊的強度要能承受0. 4Mpa 的蒸汽壓力,使成型后的保溫砌塊不產生裂紋和變形,煤矸石燒結砌塊的幾何尺寸要滿足底模、套模、上模正常的機械運作,還要保證泡沫微珠準確注入和高壓蒸汽的沖入效能,以使泡沫微珠充分膨脹同空心砌塊結合成一體并保證隔熱帶的強度和幾何尺寸。煤矸石燒結砌塊的塊體溫度是保證聚苯乙烯泡沫充分膨脹的重要因素。
2.聚苯乙烯微珠是煤矸石燒結復合保溫砌塊的主要原料,按照建筑防火規定要求,必須滿足阻燃型標準。
3. 余熱鍋爐生產的0.4Mpa,110度高壓蒸汽是聚苯乙烯泡沫微粒預發成要求標準的微珠和聚苯乙烯泡沫微珠注入煤矸石燒結砌塊孔成型的動力和溶劑,成型蒸汽的壓力必須保證0.4Mpa 以上,溫度在110 攝氏度。貯氣罐向間歇式預發器,連續式預發器和成型機分送合格的高壓蒸汽,自動控制升溫和強制冷卻成型。
4.施放高壓蒸汽使聚苯乙烯泡沫微珠在砌塊孔中成型,高壓蒸汽施放的時間是泡沫微珠在砌塊孔中成型的關鍵技術因素,根據砌塊型及孔洞大小,240×240×190煤矸石燒結復合保溫砌塊時間為8-10 秒。
5、聚苯乙烯微粒預發成微珠的容重控制是保證達到保溫隔熱指標的關鍵技術條件,必須嚴格進行自動化控制。
6、燒結注孔自保溫砌塊成型后的打包運輸是成品砌塊隔熱帶質量保證的關鍵環節。
7、聚苯乙烯微粒要經過兩次預發才能達到要求的10—15kg/m³標準微珠,泡沫微珠經壓縮空氣送到貯料倉中,再用壓縮空氣送到布料機中。由布料機計量將聚苯乙烯微珠注入底模上的空心砌塊孔中,扣上上模由汽缸向模內送高壓蒸汽,送氣時間要根據空心砌塊體的溫度(最好60度)而定。
8、成型后的煤矸石燒結復合保溫砌塊下架機械打包,機械運輸至現場堆放或運輸到施工現場。
9、裝入成型機中的空心砌塊的溫度要控制在60±10度,在70度以上的空心砌塊中注入EPS顆粒,則會由于EPS顆粒的受熱變形(收縮)而影響EPS膨化成型效果,最終導致其保溫性能的下降。同時,如果空心砌塊的溫度過低,則在EPS顆粒的熱成型過程中將需要大量的熱消耗于空心砌塊上,這會造成能量的浪費和延長了生產周期。
五、生產工藝流程簡述
5.1煤矸石燒結砌塊的生產工序
(1)原料制備:
由裝載機把堆場中的煤矸石、頁巖送入板式給料機,再進入錘式粉碎機粗破,粗破后的原料經籠式粉碎機細碎后,經孔徑為2.0mm的電磁振動篩過篩,篩上返回籠式粉碎機粉碎,篩下進入煤矸石粉倉,篩下料由密封膠帶進入強力攪拌機加水攪拌,篩上料再返回籠式粉碎機粉碎;經強力攪拌機加水攪拌后的原料進入陳化庫陳化3天以上,陳化后的原料顆粒表面和內部性能更加均勻,更趨一致,可提高混合料塑性及成型性能并對整條線正常穩定生產起較大作用。出料采用液壓多斗機取料。
   (2)成型及切坯
陳化后的混合料經強力攪拌擠出機處理,以保證泥料的均勻,改善原料性能,然后進真空硬塑擠磚機主機擠出成型,擠出泥條經旋轉式切坯機切割成要求尺寸的磚坯,由人工碼上窯車。廢坯頭由回坯皮帶送回攪拌擠出機再次使用。
    (3)干燥與焙燒
碼好磚坯的窯車由重車牽引機引至干燥室進口端,用干燥室液壓頂車機頂入干燥室干燥,干燥好的磚坯用出口牽引機從干燥室的出口端引入擺渡車上。經擺渡車擺至焙燒窯進口端后,再用焙燒窯液壓頂車機頂入焙燒窯焙燒,燒好后的成品磚從焙燒窯出口端由牽引機牽出進入卸車端擺渡車。干燥窯熱源來自焙燒窯余熱,通過調節系統通風溫度及風量大小,確保磚坯干燥質量。焙燒窯焙燒采用內燃燒磚工藝,熱源來自磚坯內燃料。
   (4)成品檢驗與堆放
焙燒后的產品由窯車運轉系統送至卸車位,由人工將成品從窯車上卸下,按制品外觀質量分等碼放到成品堆場??找こ稻逕?、保養后通過回車線送至碼坯位置,進入下一個循環。   
煤矸石燒結磚生產線工藝流程詳見下圖 


                                                        煤矸石燒結砌塊生產線一角(兩條)


5.2EPS顆粒發泡工序及要求
EPS填充材料加工成型過程中通常經過以下幾個階段:預發泡、熟化、成型、成型后熟化等。
A  預發泡(Expandable)
EPS顆粒在預發泡機內,溫度達到90℃左右,顆粒軟化,發泡劑受熱體積膨脹使顆粒內壓大于外壓,從而粒子體積膨脹數倍得到泡粒。
EPS原料因廠家不同質量各有差異,發泡機械不同,受蒸汽壓力、加熱時間、溫度控制、進料量等諸多因素影響,預發泡的速率和倍率有較大差異。要求操作人員需培訓上崗,嚴格執行操作規程,保障預發泡產品質量。
B  熟化(Aging)
預發泡時,泡粒內發泡劑蒸發至粒外,使得外壓大于內壓,為了使內外壓達到平衡,需將發泡后泡粒送入料倉放置4~12小時,使空氣充分進入泡粒內。這個過程我們稱為熟化。經熟化后的泡粒干松,流動性好,彈性大,容易成型。
熟化對料倉是有特殊要求的,通常料倉壁用紗狀鋼絲網制成,骨架用鍍鋅管支撐,為的是消除泡粒流動摩擦時產生的靜電,而且此結構的料倉空氣流通順暢,便于熟化。為了減少熟化時間在料倉前加熱風干燥裝置鼓風機。
C  成型(Moulding)
成型操作步驟:填料 加熱 冷卻
熟化良好的泡粒,被充填到砌塊孔和模具內,加熱至110℃—120℃,使泡粒表面融結在一起,同時因泡粒內殘留發泡劑之蒸發及泡粒內空氣的膨脹,產生內壓,使泡粒緊密貼附在砌塊內壁上,經冷卻后,降低內壓,成型后制品具有輕而韌、緊密融結及密封、窩胞不吸水的特點。
產品的成型時間指從加料至脫模時間,成型時間的長短除選用的原料特性外,最重要的是蒸汽,冷卻水及壓縮空氣,供應條件必須穩定而能達到生產標準,才能使制品脫模好,結合佳,表面平滑、亮麗,及達到縮短成型時間的目標,本生產線的成型時間為8-10秒。
D  成型后熟化(Aging)
煤矸石燒結復合保溫砌塊成型品中EPS(10-15kg/m³),與預發后的泡粒一樣成真空狀態,特別是高倍率的成型品,因冷卻減壓產生的收縮壓力大,很容易在薄壁部分產生收縮,同時附著于成型品表面的水分及泡粒內冷凝蒸汽,必須依賴常壓予以回復及蒸發。高倍率的成型品(>60倍),有時需在50℃~60℃的烘房內熟化,才可達到理想效果。且熟化后的成型品,其硬度、強度較脫模時增加很多。因此,成品在室內堆放5小時后,再推到室外成品區堆放。
E   成品測試要求
阻燃級成型品性能測試,需要成型品貯存28天或模擬28天貯存條件之后進行。


                                                                 EPS顆粒預發泡機
5.3產品復合工序
余熱鍋爐生產的0.4Mpa、110度高壓蒸汽用于聚苯乙烯泡沫微粒預發成標準微珠;
將合格的煤矸石砌塊在成型生產線的托板上排放整齊,轉到成型機下;
將預發泡后的聚苯乙烯微粒用壓縮空氣送到布?;?,由布料機計量將聚苯乙烯微珠注入底模上的空心砌塊孔中,扣上上模由汽缸向模內送高壓蒸汽,送氣時間要根據空心砌塊體的溫度(最好60 度)而定。一般控制在8 一10 秒為宜。
成型后的燒結注孔自保溫砌塊下架機械打包,機械運輸至現場堆放或運輸到施工現場。

                                                         煤矸石燒結復合保溫砌塊生產工藝流程圖


                                                         煤矸石燒結復合保溫砌塊成品堆場一角
六、生產工藝 的總體說明
1、煤矸石燒結空心砌塊(磚)的生產工藝技術是已經成熟的工藝技術,只是按照建筑墻體熱工指標和建筑結構的要求研制設計了新的塊型和孔型。砌塊外壁設計了二個槽,隔熱帶鑲嵌在該槽中;砌塊肋設計了曲型肋 增長熱傳導線路,從而提高了塊體的熱工指標。
2、聚苯乙烯泡沫微粒必須是符合建筑防火要求的阻燃材料,自動控制間歇式預發和連續式預發成要求的熱工標準密度的泡沫微珠。
3、余熱蒸汽鍋爐產生的蒸汽要保證達到0.4MPa以上,蒸汽管道和儲氣罐要做到保溫不降壓及安全使用。
4、自動成型機上煤矸石燒結砌塊裝入底模位置要準確,布料機布料自動計量要精確,釋放蒸汽的時間要充分考慮泡沫微珠的膨脹和收縮及塊體脹力的物理變化。
5、套模和上模在就位時的壓力要保證模板的基本密封,還要保證塊體的承受壓力。
6、保證煤矸石燒結復合保溫砌塊產品頂端的肋上不存在EPS顆粒,便增加塊體砌筑時塊與塊之間的粘結力。
7、成品機械打包要保證砌塊外壁聚苯隔熱帶不受碰撞和擠壓,隔熱帶完整的形體,保證起到提高熱阻的作用。

                                 

 
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