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本文通过对国内外几十家厂家的调查，分析了干混砂浆的制造技术和关键设备的发展状况，研究了干混砂浆生产工艺、设计、建设及设备选型等方面内容。提出了发展具有中国特色的干混砂浆生产线技术方案。
干混砂浆生产线；设备；工艺；设计；建设；选型
近年来，干混砂浆在我国快速发展，干混砂浆产品的推广应用已成为保护环境、施工现代化、提高质量的重要措施。目前，国外的干混砂浆生产线设计和制造技术经过几十年的发展，已经日益完善。国内的干混砂浆生产线设计和制造技术处于起步阶段，正逐步发展。
国外的干混砂浆生产线制造厂家主要有德国爱立许集团、德国摩泰克、奥地利筑霸王、芬兰劳特等公司。在干混砂浆行业，爱立许公司已经在世界各地交付了二百多条生产线。到2004年底，摩泰克公司已经向全球52个国家提供了175套全套的先进建筑干混生产设备，有多套设备技术为国际首创。
国外生产线和关键设备性能好，但价格较高，需要很大的投资。国内干混砂浆生产线规模较小，自动化程度低，一些关键设备也都依赖进口。国内的一些关键设备厂家，相应的产品价格比国外产品便宜很多，但是其实际的生产能力和效率都要比国外相应产品逊色不少，带来的后续工作和维修问题也很多。
干混砂浆产品主要包括普通砂浆和特种砂浆。普通砂浆主要有砌筑、抹灰砂浆以及地面砂浆等产品。特种砂浆的种类较多，主要有保温砂浆、粘结砂浆、内外墙腻子、彩色装饰砂浆、地面自流平砂浆、修复砂浆、不定型耐火材料等产品。 干混砂浆主要原料是由胶结料、填料、矿物掺合料、外加剂等材料组成。 (1)胶凝材料 硅酸盐水泥、高铝水泥、各种石膏、石灰以及由这些材料的混合体。硅酸盐水泥和石膏是主要的胶结料。胶结料的用量一般占干混砂浆的产品质量的20%~40%。 (2)填料 砂、石英砂、石灰石、膨胀珍珠岩等。填料的用量占干混料产品质量的60%~70%。 (3) 矿物掺合料 工业副产品、天然矿石等，如：矿渣、粉煤灰、火山灰、细硅石粉等。 (4)外加剂 外加剂是干混砂浆的关键原料，其种类、添加量及其适应性关系到干混砂浆的性能。
根据干混砂浆的原料组成、配比工艺和产品要求，其主要生产工序主要由：原料预处理，原料提升和储存，配料计量，混合搅拌，成品包装储存或散装发送等工序组成。 （1）原料预处理 针对不同的填料状况，需将原材料进行相应的处理，如河砂需要进行干燥、筛分，砂矿需进行破碎、干燥、碾磨、筛分，固体废弃物则需要进行筛选等更多的处理步骤。然后将胶结料、填料以及添加剂提升到储料仓或入仓储存。用于配料的干砂应满足：含水率：<0.5%；含泥量<1%；颗粒级配范围0～2.5mm。 （2）原料提升、储存 国内外的大规模干混砂浆生产厂，大部分采用将原料一次或二次提升至配料塔的顶端的储料仓，然后原料可借助重力进行输送、配料。 （3）配料计量 骨料、胶结料、各种添加剂分别用秤计量，然后一同加到混合机。也可以将胶结料和外加剂进行计量和预先混合，再与骨料等共同进入混合机。 （4）混合 将所有的原料进行单批或连续式的混合，根据产品的要求，达到混合均匀。 （5）包装储存和散装运输 将成品进行不同规格的包装或散装运输，最终送往工地进行施工应用。 （6）中控、除尘 对整个干混砂浆生产整个过程进行监查、控制，并对各节点释放的灰尘等进行除尘收集和处理。 干混砂浆生产线从诞生至今，经历了下列三个主要的发展和改进阶段。 第一代的干混砂浆生产线采用水平式工艺流程，将原料提升到料仓进行储存，原料经称量后通过水平输送设备进入混合机搅拌，产品提升至储存仓，最后经物流系统发送到工地使用。第二代干混砂浆生产线采用纵向工艺流程，物料一次性提升到筒仓，从上至下，依次进行配料称量、混合、包装和散装等工序。 第三代干混砂浆生产线采用气动浮化、PLC等先进的配料、中控技术的塔式生产线，物料依靠自身的重力流动、全自动地进行各工序。综合国内外干混砂浆的生产线发展和现有的技术水平，可以将目前的干混砂浆生产线按照下列形式进行分类。 按照混合形式分，有单混式干混砂浆生产线和双混式干混砂浆生产线两种型式。双混式干混砂浆生产设备主要用于商品预拌砂浆和干混砂浆混合，主要将骨料和粘结料进行分开混合，一般产量较大。 按照结构形式进行分类，可分为简易式、串行式、塔式三种类型的干混砂浆生产线。其主要结构、生产能力、投资等方面的差别和特点如表1所示。
国内外干混砂浆生产线主要以单混式较多，其具有计量准确、多产品生产等特点，可满足普通砂浆和特种砂浆生产的需要。从表1中可以看出，串行式干混砂浆生产线采用水平式工艺流程，将原料提升到料仓进行储存，原料经称量后通过水平输送设备进入混合机搅拌，产品提升至储存仓，最后经物流系统发送到工地使用。具有产量较大、水平式结构、高度要求低、宜保养维修等特点。国内很多特种砂浆生产小厂家采用这种形式。但其缺点是：物料需要反复提升、下降，设备多、能耗高，占地面积大，操作灵活性差等。
塔式干混砂浆生产线是目前应用最多，产量最大的一种生产线。设计采用纵向工艺流程，物料一次性提升到筒仓，物料依靠自身的重力流动从上至下，依次进行配料称量、混合、包装和散装等工序。具有占纵向结构、结构紧凑、占地面积小、能耗低、速度快、设备少的特点。但其缺点是：建筑高度大，建设的钢材用量很大，设备维修工作量大，自动化程度要求高。
2.4.1干混砂浆设备类型
（1）原料预处理系统设备主要有干燥机和筛分机。干燥机可选用振动流化床、转筒式干燥器等干燥机，筛分机国内外主要有投影筛、平面筛等设备。
（2）配料计量系统可以分为分批计量和连续计量两种方式，分批计量主要选用不同的计量传感器在料斗中进行单独和累计称量控制，连续计量主要有调速皮带和螺旋喂料称量两种方式。
（3）混合系统设备国内外主要有行星锥形混合机、无重力混合机、犁刀式混合机、立式混合机、气动混合机等混合设备。
（4）包装系统分为干混砂浆包装机和散装。包装机主要由螺旋、叶轮、气吹式包装机。
（5）收尘系统设备主要有旋风、袋式除尘器等类型的除尘设备。
2.4.2生产线设备选型的依据
设备的选型是干混砂浆生产线设计中关键的工作。设备选型决定着将来建成的干混砂浆生产线的相关设备之间的配套、投资、产量、自动化程度等诸多关键因素。干混砂浆生产线设计中设备选型主要考虑以下几方面影响因素：产品品种和产量，原材料和外加剂的筒仓体积，配料、称重精度，混合流程，包装产量，物流流程，自动化程度等。
干混砂浆生产厂家一般以客户的需求和已有条件进行设计和建设，建设具有一定规模的干混砂浆生产线，应具备以下条件： （1）场地要求 简易、串行式干混砂浆生产线需要较大的场地面积和低的高度要求，而塔式结构则需要较高的高度要求。地质、地貌等方面应能满足建设厂房的基本要求，大多数生产线不需要进行太深的地基处理，可以进行表面地基的加固处理，以备承受车辆、产品、人员的压力和摩擦。同时，还应考虑原料堆积、成品储存场地、车量的操作场地等方面，还有生活、办公等配套设施场地。 （2）原料供应和产品销售 干混砂浆生产厂址的选择应同时考虑原料的供应和产品销售两方面内容。 （3）水、电、燃料要求 干混砂浆生产线能源主要以电为主，如，年产10万吨干混砂浆生产线，其总机容量大约为350kw～400kw。除生活和实验室用水外，无其他用水。国际上采用的干燥炉基本上采用轻质柴油或天然气作为燃料，国内一般以煤为主要燃料。 （4）人员条件 按照生产线规模、自动化程度、实际生产需要，选用具有一定的专业知识的干混砂浆生产人员，进行生产线的操作、控制维修和产品检验。 （5）技术条件 各种原料的技术条件应符合国家相关的标准和规定，砂浆产品应具有检验合格报告。配备相应的原材料、产品检验的人员和检验条件。 2.6.1干混砂浆生产线设计方法： 通过计算机等先进的辅助设计工具，进行干混砂浆生产线的物料平衡计算、经济概算、工艺流程、绘制、三维实体模型、管路、模拟生产等方面的设计。主要有A uto CAD用于流程、设备、管道、布置等方面的辅助绘制。化工装置三维模型软件主要有PDMS、CADPLANT等。化工模拟软件如ASPEN PLUS、FLOWTRAN等可用于计算稳态过程的物料平衡和设备计算，并对过程投资进行经济成本分析。 2.6.2干混砂浆生产线设计思路和特点： (1) 工艺流程简捷、流畅，结构紧凑。 串行式干混砂浆生产线的设计思路主要是采用水平式工艺流程设计，具有工艺流程简洁、流畅、高度要求低、宜保养维修等特点。 塔式干混砂浆生产线设计思路主要是采用纵向工艺流程设计，具有纵向结构、结构紧凑、占地面积小、能耗低、速度快、设备少的特点。 (2)重视环保，节约资源。 重视生产线的环保和节约方面的问题，力争做到整条生产线实现无尘生产。一般扬尘点都设计了高效除尘器，经除尘后的气体含尘浓度低于国家标准要求。 (3) 自动化程度高。 生产线采用PLC、DCS等控制方式设计，具有投资合理、实用、先进、可靠等特点。可实现集散控制功能，操作人员仅需在中央控制室就能实现对生产的控制和指挥。 (4) 使用寿命和维修保养。 干混砂浆产品中骨料占较大的比重，容易对输送、混合、包装等设备产生磨损。考虑针对易磨损的部件进行耐磨设计，工艺流程进行合理设计，使其具有使用寿命长、维修保养费用低等特点。 （5）模块化设计。 生产线采用模块化设计，可实现整条生产线的设计、建设过程简洁、条理，并可预留相应的可扩展模块，可进行整条生产线的再投资、升级、换代、技改等后续工作。
3.1.1干燥机 国内外原料干燥主要流化床干燥机和回转筒干燥机等设备。 综合来看，流化床干燥机主要特点有高效、经济；几乎无辐射热损失；流态化均匀、无死空隙和吹穿现象，可以获得均匀的干燥、冷却制品。热效率高，节能效果好，比一般干燥装置可节能30-60％。全封闭式的结构，作业环境清洁。振动式流化床式干燥机对地基的要求较高，而其有振动噪音的控制问题。 回转筒干燥机主要特点有，生产能力大，可连续操作，结构简单，操作方便，节能较大。 国外生产线设计一般选用双筒干燥机，为了达到环保要求，一般选用油和天然气等以碳氢类燃料的热风炉，其燃烧后的尾气一般为二氧化碳，对粉尘进行除尘处理即可。国内干燥设备厂家一般选用煤为主要燃料。这样，必须进行尾气的净化和除尘才能达到国家规定的废气排放标准。根据干混砂浆生产的原材料要求，砂的出料湿度一般控制在0.5％以内，温度要求低于65度，才可以进行干混砂浆的配制和生产。河砂、机制砂等湿度较大的原料堆置几天后湿度会降至7％，原料的进口湿度一般设置为7％。 3.1.2筛分机 干混砂浆生产线主要使用圆形筛、概率筛，平面筛，直线筛等设备进行砂等原料的筛分。 干混砂浆的砂子配料粒径一般在0－2.5mm之间，国内外生产线厂家大多选用圆形筛、概率筛两种筛子作为筛分的主要设备。圆形筛适合比较细的砂石料，概率筛适合筛分比较粗的砂石料。概率筛是一种筛分效率高、结构紧凑、处理量大、筛分精度高的筛分设备。占地面积小，重量轻，粉尘密闭，一次可筛分多达6个品种，低运行噪音、节能。按照设计需要可对筛分机进行配制气动筛网清洁系统、筛网监控器、运行及过载监控器、喷雾消尘等系统，全方面的检测和控制，与中控系统进行连接，可以实现全自动化控制干混砂浆生产线。
计量中控系统是干混砂浆生产线生产效率和自动化程度的关键部件，该系统的配置直接影响到整个干混砂浆生产线的流程和最终干混砂浆产品的质量。配料计量系统主要有分批计量与连续计量两种方式，间歇式混合系统采用分批计量设备进行计量，连续式混合系统则采用连续式计量方式。物料计量输送应用较多的是变频螺旋输送机配料计量，其计量精度高、可控性高。粗物料控制可采用滑板阀计量。微量添加剂可采取单独计量和预先混合处理。一般对于骨料要达到1%的精度，对于外加剂的精度要达到0.2%，才能保证称量系统的计量精度和干混砂浆产品的质量。连续计量相对于分批计量有较低的计量精度，但其计量速度和重量大，适应普通干混砂浆生产的骨料计量，外加剂可以进行预先计量和混合。 中控系统在控制对象和节点较少、简单时，多采用继电器、单片机形式，控制的对象和节点、进出口、工控机较多时，应该采用PLC控制形式。PLC控制再加上计算机及软件等辅助功能，可以实现配方管理、生产报单、 配料详情查询、物料消耗统计、全系统自诊功能(特有的软件功能)、静态及动态画面、超差报警及故障、生产过程信息记录、查询、打印等很多功能。 （1）混合设备的分类 混合机按照不同的方法可分为: 按对粉体作用力的方式分为：容器回转型、容器固定型（包括机械搅拌式、气流搅拌式、流体切割式）、复合型混合混合机； 按操作方式分为：间歇式和连续式混合机。 干混砂浆行业主要使用的是机械搅拌式混合机，主要有以下几种：行星锥形混合机、无重力混合机、犁刀式混合机、立式混合机等。 （2）粉体混合时有三种基本的混合机理。 ①扩散混合 粉粒体在小尺寸范围内的随机运动，即增加单个粒子移动性所引起的局部混合。 ②对流混合或移动混合 粒子成批地从一处移动到另一处，从而形成环流并同时进行混合。 ③剪切混合 在物料内部粒子之间相对移动产生的混合。 一般粉体混合时，几种混合作用同时存在，但总是只有一种机理起主要作用。 混合均匀度采用变异系数Cv（或相对偏差）能够准确地反映各组分在混合物中的混合程度。混合度一般可以用示踪剂粒子、粒度分布等各种手段来检验混合机的混合质量的高低。只有混合物中各点主成分的分布都相等，才能达到完全混合均匀的混合物。变异系数：Cv＝σ/X*100％，混合度M=100%-Cv。 国外混合机的混合时间一般较短，犁刀式混合机混合时间为120～180秒钟，不到国产普通混合机的1/3，立式混合机的混合时间更短，可达到60－90秒，同时有效的避免返混和克服离析现象的发生。国内外混合机均可达到1：10,000的极限混合比，国外的混合机甚至可以达到1:100,000的极限混合比，有很高的混和精度，极大地提高了混合机的使用效率。 包装机主要是通过各种不同的输送方式，将物料输送、称重，然后进行包装袋的包装、捆绑等工序。叶轮式给料包装机主要用于水泥等物料的包装，经改造后可以在干混砂浆产品生产中使用，适用于细料的充填和包装。在包装纤维含量高、砂量大、颜料少的砂浆产品时，容易在出口处产生外加剂的离析、纤维的堆积，堵塞包装机。气吹式给料包装机既可适用粗物料的包装，在包装纤维含量高、砂量大、颜料少的砂浆产品时，也有很好的适应性。包装工序是干混砂浆生产线的主要扬尘点，必须对包装系统进行除尘设计。包装机可以自带除尘器进行小规模除尘，也可以归入生产线的除尘系统进行收尘和处理。包装机同时可以配合其他的配备辅助设备，如码垛机和敷膜机进行袋状产品包装袋的包装、储存。 干混砂浆产品包装袋一般选用各种防潮的材质。包装袋主要有不同容量的阀口式包装袋、敞口袋、吨袋等几种类型。由于敞口袋等包装袋装料时粉尘较大，一般主要选用阀口式包装袋进行产品包装。 散装系统是一种环保、高效施工物流设备，具有袋式包装物流系统无可比拟的优点和特点。可以避免成品在储存过程中分层离析、浪费，施工现场直接混合使用，无需另外配制施工混合设备。同时，通过降低包装成本和搬运费用，降低整个建筑的造价。节约劳动力资源，提高工作效率，实现真正的文明健康生产和使用。因此，散装物流系统是推广干粉砂浆工业化的有效手段，是袋装包装系统无法做到的。 凡能将粉尘从气体中分离出来，使气体得到净化，粉尘得到回收的设备，统称为净化设备除尘器。除尘器可分为：干式除尘器和湿式除尘器。一级为旋风式的离心除尘器，二级一般采用袋式除尘器进行除尘处理。国外砂浆生产线一般各工序进行自除尘处理，在散发的粉尘点均设有除尘器，并经收尘后重循环回归到各自的工位。国内的生产线一般采用集中除尘的设计，将各工段的粉尘收集到一起进行整体除尘。这样，收尘得到的粉尘含有水泥、泥、纤维、颜料等各种物料，给下一步处理带来了问题。 一级除尘器可将烟尘中较大的尘粒收集到集尘斗中，然后重新利用。二级除尘装置由装有袋式除尘系统组成等组成。通过综合重力、惯性力、碰撞、静电吸附、筛滤各种效应，较大的粉尘颗粒直接沉降；较小的烟尘、粉尘颗粒被装有滤料的滤袋阻留在滤袋表面，净化气体由引风机排出。清理粉尘时，在外力如脉冲压缩气体、机械振打等的作用下，将附着在滤袋表面的烟尘、粉尘清除，保证设备连续稳定运行。
单位驱动功率是每100L混合容量的消耗功率多少，混合机单位驱动功率越高，其混合效果越好，混合时间相对减少。纤维和颜料等特殊物料组分的掺加，一直是干混砂浆产品混合的主要问题。国内外设备主要厂家一般配置高速刀片，进行高效地分散混合纤维和颜料。无重力混合机的混合效率、产品质量较高，但会出现分散不开纤维和颜料的问题。混合机混合均匀后，出料的彻底性，直接影响到本批物料和下批料的产品质量。如果物料残留、损耗较多，不但影响本批产品的各组分的比例，而且将会改变下批物料的组成，造成原材料的浪费，影响产品的质量。混合机一般配备有自清洁的部件，减少出料时间和清洁混合机内的残余物料。出料时间同时也影响混合机的效率和产量，卸料速度快，应10～40秒种内完成。混合机的关键部件应进行衬板和耐磨损设计，选用耐磨材料，以降低运行费用。
干混砂浆生产线的设计和建设是干混砂浆产品生产和发展的重要基础和保证。通过全面调查研究了国内外干混砂浆的制造技术和其中的关键设备的详细信息，分析其中关键技术参数和原理，得出如下结论：
工艺流程简捷、流畅，结构紧凑；重视环保，节约资源；自动化程度高；使用寿命和维修保养；模块化设计。 ①串行式干混砂浆生产线采用水平式工艺流程，具有产量适中、水平式结构、高度要求低、宜保养维修等特点。适合生产特种砂浆的小厂家采用。 ②塔式干混砂浆生产线采用纵向工艺流程，具有产量较大、结构紧凑、占地面积小、能耗低、速度快、设备少的特点。大型干混砂浆生产厂家大多采用这种型式的生产线。
①回转筒干燥机生产能力大，具有可连续操作、结构简单、投资小、节能等特点。 ②概率筛占地面积小，具有重量轻、处理量大、筛分精度高、密闭性好、可筛分多品种，低运行噪音、节能、实现全自动化控制等特点。 ③变频螺旋输送机计量精度高、可控性好。计量传感器计量精度、灵敏度都很高，在动态条件下，能保证准确性、安全性。PLC控制可以实现配方管理、生产报单、生产过程信息记录，实现生产线的安全、全自动化。 ④犁刀式混合机、立式混合机混合时间短、效率高，同时有效的避免返混和克服离析现象的发生。一般配置高速刀片，进行高效地分散混合纤维和颜料。混合机混合均匀后，出料的彻底性和时间比较重要，设计气动大开门，提高混合机的效率和产量。混合机的关键部件应进行耐磨损设计，维修保养方便，以降低运行费用。 ⑤气吹式给料包装机适用粗、细物料的包装，在包装纤维含量高、砂量大、颜料少的砂浆产品时，也有很好的适应性。散装系统是一种环保、高效施工物流设备，有袋式包装物流系统无可比拟的优点和特点。 ⑥砂浆生产线一般宜采用各工序进行自除尘处理，在散发的粉尘点均设有除尘器，并经收尘后重循环回归到各自的工位。主要选择旋风除尘器作为一级除尘设备，选用袋式除尘器作为二级除尘设备。
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