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穏塑剂为预拌砂浆开启“绿色”通道

添加日期:2014/6/16 10:58:11   作 者:傅 雁 胡久宏 徐德高  来源:   浏览次数:

    2013年,弗克科技在山东临沂混凝土搅拌站试点应用其新产品“穏塑剂”生产普通湿拌砂浆,取得了良好的效果。之后,这一技术在多个地方推广,都获得好评,被认为是预拌砂浆最新的一种生产应用模式,并称之为“商混砂浆”。2014年3月商务部组织中国散装水泥推广发展协会和山东省散装水泥办公室一起到临沂,对商混砂浆的生产和施工进行了调研,并确认了其应用推广的可行性。“商混砂浆”不仅是一个新技术,它实际上开辟了一个行业的新走向,为预拌砂浆开启了一条“绿色”通道。

一、 “砂浆禁现”的环保诉求

“砂浆禁现”的最直接目的就是二个字“环保”。2004年,商务部、建设部、公安部等七部委首次发出《关于进一步推广预拌混凝土使用和限期禁止在城市城区现场搅拌砂浆的通知》,指出应将预拌砂浆作为节能、环保的新型建筑材料进行推广,认为在节约资源、保护环境、提高资源综合利用效率方面有着重要的作用。三年后,2007年国家六部局又颁布更为严厉的《关于在部分城市限期禁止现场搅拌砂浆工作的通知》,到目前为止基本一、二、三线城市都被列入“禁现”地区。禁现的结果成就了大约5000亿元的预拌砂浆市场。但奇怪的现象是,在同时顶着国家“禁现”的巨大压力和5000亿元市场的巨大驱动力诱惑下,经过7年左右的努力,实际上预拌砂浆的应用量只占其总额的10%左右。是什么原因让砂浆行业对“国家禁令”和“利益驱动”都无动于衷呢?让人匪夷所思的谜团后面一定有着必然的原因。其原因所在也是“环保”二个字,正所谓“成也环保,败也环保也”。

傅雁,Ph.D.,弗克科技研发中心总裁。1982年毕业于同济大学建材系;后在上海建筑科学研究院工作;1989年至1996年留学加拿大获硕士学位和博士学位;2000年回国创立弗克科技。在国际水泥混凝土技术杂志上发表过专业论文50多篇,美国专利三个,中国专利20多个。主要从事建材化学和材料方面的研究,包括聚羧酸减水剂和商混砂浆穏塑剂等。(电邮:fyf @ fuclear.com;手机:1895 111 0098)

砂浆禁现的条件就是推广预拌砂浆,预拌砂浆原本有二种形式:干粉砂浆和湿拌砂浆。但是,目前是以干粉砂浆推广为主。走访建筑工地,和项目经理聊天可以发现,他们对干粉砂浆是“绿色环保”材料不敢苟同。他们抱怨说,干粉砂浆虽然讲是环保产品,但在工地上同样产生粉尘,特别是槽罐车泵送进入料仓时的粉尘很是让工人烦恼,比现场搅拌好不了多少。这里有几个问题,虽然设备设计时也会考虑到除尘问题,但是实际使用时会有种种原因导致粉尘依然飞扬。因为干粉砂浆本身就是粉状材料,要完全避免粉尘是不可能的,除非大量增加成本,而这恰恰是最难满足的条件。工地现场工作人员抱怨说,既然干粉砂浆也还是避免不了粉尘,那么还有什么理由必须“禁现”呢?更何况材料成本还明显增加。

材料成本明显增加是干粉砂浆推广的最大瓶颈,而且这个成本增加是以牺牲“环保”为代价的。干粉砂浆中的砂,原始状态是含水的,但为了做成干粉产品,才必须将水烘干。干粉砂浆中70%是砂,也就是说要把砂先烘干,再制成干粉砂浆产品,然后使用时还得加水。烘干一个产品70%成份中的水,其能耗可想而知,是否合理不言自明。现在城市为了环保,煤锅炉已经基本禁止使用,只能用天然气来加热,成本将更高。能源的消耗本来就是环保约束范畴,锅炉的使用本身也造成废气排放。本来现场搅拌砂浆所引起的粉尘还不属于P.M.2.5范围,而锅炉废气却是实实在在的P.M.2.5.大气污染。推广干粉砂浆的本来目的是为了环保,到头来却以能源消耗不合理和排放P.M.2.5为代价,砂浆禁现到底为哪般?干粉砂浆的环保诉求与其初衷是否相违背?

预拌砂浆的另一个途径就是采用湿拌砂浆,就环保而言,这确实是个达到目的的好办法。在预拌砂浆搅拌站生产出湿拌砂浆,运送到施工工地,再通过人工或机械输送到施工楼层,由操作技工应用到建筑物中,最后硬化成型,整个过程除了预拌砂浆生产时有可能产生一些粉尘外,其他部分都不存在粉尘出现的可能。这个方法从环保角度考虑,毫无疑问是满足砂浆禁现目的的。但为什么长期以来没有能够顺利推广起来呢,在后面的讨论中再来叙述。

二、 预拌砂浆的质量诉求

预拌砂浆不同于现场搅拌砂浆的另一个特质就是,它是一个产品。既然是产品,就应该执行严格的质量标准。预拌砂浆主要有砌筑砂浆和抹灰砂浆二种,根据不同强度等级的要求,其28天抗压强度为5~20PMa,14天拉伸粘结强度只要大于0.2MPa即可。因为我们目前的水泥强度明显大于砂浆强度,作为湿砂浆而言,是属于很容易满足质量要求的产品。至于为了防止抹灰时开裂和空鼓等质量问题,在现场搅拌时加入一些胶水类添加剂也完全能够解决。

干粉砂浆的产品设计不合理,它的成本上升仅仅是为了满足其生产过程和运输过程等中间环节的需要,而对终端产品质量基本没有改善。当一个原本利润空间很小,却为了中间环节去增加成本是不合理的。成本增加的来源主要来自砂的烘干和砂质的选择。天然河砂的含水量可达20%左右,烘干的能耗是一个“可观”的数字。干粉砂浆是一个不匀质材料,其中细度分布很不均匀,砂和水泥、粉煤灰、稠化粉等的颗粒细度就不是一个数量级,它们的容重更是相差甚远,所以离析是不可避免的。为了改善这种离析现象,技术上只能从砂的颗粒分布和级配上进行人为选择,成本又因此上升,这就使得本来就有成本瓶颈的干粉砂浆销售雪上加霜。一个原本简单的产品,其中间环节变得越来越复杂,而且每次对中间环节质量上的努力,都会造成终端产品质量不变而成本明显提高。这就把干粉砂浆的推广推进了怪圈。

干粉砂浆所遇到的质量瓶颈,采用湿拌砂浆就迎刃而解了。湿拌砂浆不需要烘砂,湿拌砂浆不存在离析现象。那么为什么湿拌砂浆不能成为预拌砂浆的主流呢?关键技术就在于“穏塑剂”。

三、 商混砂浆和穏塑剂

【定义】
商混砂浆:
是在商品混凝土搅拌站生产出来的湿拌砂浆,将水泥、细集料、穏塑剂和水以及根据性能确定的各种组分,按一定比例,在搅拌站经计量、拌制后,采用搅拌运输车运至使用地点,放入专用容器或砂浆槽储存,在工地上24~48小时内用完。商混砂浆应满足《GB/T25181-2010 预拌砂浆》国家标准中湿拌砂浆的质量要求。
穏塑剂:专门用于商混砂浆的化学外加剂,有水溶性类产品和矿物无机类产品,具有提高湿砂浆塑性延时、保水、黏滑、强度等性能,要求能使得砂浆保塑24~48小时,而且一旦上墙应在8小时内终凝。

商混砂浆与干粉砂浆不同的是:它是一种水硬性的湿砂浆产品。水硬性材料的特点就是在一定时间内会水化、损失工作性、最后硬化。穏塑剂就是一种能够控制水泥硬化速度的化学添加剂,同时穏塑剂还必须能够保持砂浆良好的和易性、黏稠度、保水性和后期强度。穏塑剂的关键在于“稳”和“塑”,“稳”就是能保持足够的塑性稳定时间,或者叫“延时性”,使得湿砂浆在运输、储存、施工过程中性能保持一致,至少在24小时内不能有变化,最好在48小时内可以继续使用。“塑”就是具有良好的可塑性,易于工人施工上墙,并将湿砂浆在垂直的墙面上制作成所需要的造型。弗克研发中心2013年研发成功的“商混砂浆穏塑剂”有二种类型,都以粉剂形式存在。一种是水溶性的,掺量为千分之一(砂浆重量)左右,这种产品因为掺量小,运输成本低,可全国甚至全球范围内销售。另一种是含矿物成分的粉体产品,不溶于水,掺量为百分之一以内(砂浆重量),可直接添加到混凝土搅拌机中使用。二种产品的使用方法不同,所需要的加药设备也不同,弗克公司可提供全套设备和应用技术,满足客户的不同需求。

下面是弗克研发中心提供的试验数据,具体描述了穏塑剂的应用对商混砂浆性能的影响。试验采用粒径小于4.75mm的普通河砂,河砂处于饱和面干状态;海螺P.O.42.5水泥;望亭电厂的二级粉煤灰;弗克生产的K802穏塑剂;和自来水。试验采用砂浆标准试验方法,将各种粉料放入搅拌锅内;K802穏塑剂是一种可溶于水的粉剂,先溶解在计量好的砂浆用水中,然后和砂浆用水一起倒入搅拌锅内搅拌。试验用的抹灰砂浆配合比如表1.所示。


表1. 商混抹灰砂浆配合比(单位:Kg)

 

商混砂浆
抹灰砂浆

PO 42.5水泥

粉煤灰二级

K 802

中砂

穏塑剂

M10

120

60

0.5~1.5‰

820

 

(注:以上穏塑剂用量为总砂浆干重量的千分比)


图1. 穏塑剂掺量对商混砂浆稠度随时间的影响


图1.表示了穏塑剂对商混砂浆稠度的影响。穏塑剂的掺量为总干砂浆重量的0.5‰、1.0‰和1.5‰.根据抹灰砂浆的国标要求,应该控制在90~110mm范围之内,针对这个要求,掺0.5‰穏塑剂的商混砂浆在大约8小时,稠度已经降到90mm,16小时降到80mm。掺1.0‰的商混砂浆,在24小时可保持稠度在90mm以上,满足国标要求。掺1.5‰的商混砂浆,在48小时砂浆稠度还能保持在80mm,略加少量水还能继续使用。穏塑剂掺量为1.5‰的商混砂浆比较能满足机喷法施工,而掺量为0.5~1.0‰时,比较适合于手工抹灰施工。


图2. 穏塑剂掺量对商混砂浆凝结时间的影响


图2.为穏塑剂掺量对商混砂浆凝结时间的影响。添加了穏塑剂后的商混砂浆终凝时间测定分二种情况:第一种情况是商混砂浆被存放在砂浆槽中,水份一般不易蒸发;第二种情况是商混砂浆被抹上墙后,水份一方面被墙表面吸收,另一方面由于墙体表面积大而产生表面水蒸发。这二种情况会导致砂浆终凝时间的截然不同。


粉煤灰砖基底 在基底上放抹灰砂浆 测定凝集时间
图3.模拟砂浆被抹在粉煤灰砖上时测定其凝结时间

图3.为模拟砂浆被抹在粉煤灰砖上时的凝结时间测定照片。试验将粉煤灰砖切割成直径为200mm、厚为35mm的圆盘,抹灰砂浆被成型在这个圆盘上,砂浆厚度也为35mm。成型后模拟墙面,将砂浆侧放,待表面失水疑似初凝后,用测定砂浆凝结时间的标准方法进行试验。

试验结果表明(图2.),当砂浆被存放在比较密封的砂浆槽中时,终凝时间根据穏塑剂掺量的增加可达60小时。而砂浆被抹上粉煤灰砖墙上后,即使穏塑剂掺量达1.5‰,终凝时间也只有6小时。


图4. 穏塑剂掺量对商混砂浆抗压强度的影响


图4.为穏塑剂掺量对商混砂浆抗压强度的影响。添加穏塑剂后的7天早期强度一般在3~6MPa,14天强度为5~9MPa,28天为10~12MPa,90天强度基本没有什么变化,在12~13MPa左右。穏塑剂的使用使得早期强度有所下降,但28天抗压强度影响不大。


图5. 穏塑剂掺量对商混砂浆拉伸粘结强度的影响


图5.为穏塑剂掺量对商混砂浆拉伸粘结强度的影响。掺加穏塑剂后7天的拉伸粘结强度在0.1MPa左右,14天拉伸粘结强度都超过0.2MPa。


图6. 穏塑剂掺量对商混砂浆干燥收缩的影响
图6.为穏塑剂掺量对商混砂浆干燥收缩性能的影响。由于砂浆的早期强度比较低,砂浆在标准养护3天龄期后拆模,拆模后测定其尺寸初始值,然后放置在室内玻璃厨里(23℃,相对湿度50%),测定其7、14和28天的干燥收缩值。试验结果表明,掺加穏塑剂对商混砂浆的影响不大,28天的收缩值都满足国标要求,小于0.2%。

穏塑剂解决了湿拌砂浆在实际施工应用中所要求的“稳”和“塑”问题,为商混砂浆的启程铺平了道路。

四、 一个简单技术正在撬动一个行业

商混砂浆既是一个产品,更重要的是一个应用模式。作为产品它反映出的基本设计理念有三点:
1、回归抹灰砂浆本来的“简单面目”;
2、在尽量少投资的条件下可全面推广;
3、在符合行业标准的条件下成本越低越好。

如果一个简单的产品能满足其功能的需要,那么任何成本上的增加都将成为其进入市场的障碍。摆脱了成本的困扰之后,把湿拌砂浆变成商混砂浆就成了一个很重要的应用模式,这个模式使得预拌砂浆的生产厂一夜之间遍布全国各地。生产基地的建设,由于这个模式的出现,而骤然成熟。预拌砂浆的推广从此不存在产量问题,而只需投入推广应用的力度。

五、 预拌砂浆的前景展望

商混砂浆是最符合“砂浆禁现”的环保诉求的,商混砂浆彻底满足了砂浆在城市工地上的无粉尘要求。商混砂浆也符合商品市场的质量和成本诉求,它能很轻松地满足国家标准对抹灰砂浆提出的要求,同时它的直接成本接近其原材料成本。为了进一步推广商混砂浆,弗克将继续致力于这一技术的系统化研究,主要的课题攻关内容包括二个方面:

1、 机械化施工技术的研究:随着人力资源成本的提高,机械化施工将是一个必然趋势,商混砂浆由于其材料的稳定性特点,将是一种特别适合于机械化施工的砂浆。弗克正在研究机械化施工一体化系统,包括搅拌车运输、输入工地现场砂浆槽、砂浆泵垂直输送到楼层、机械喷涂上墙、最后是机械化抹平完成。整个过程应做到完全无泄漏、无粉尘。

2、 将干粉砂浆厂改造成商混湿拌砂浆厂的研究:干粉砂浆生产设备是有可能通过简单改造,用于生产商混砂浆的。这个改造基本不需要增加新设备,主要是去除一些多余设备,对搅拌机框架结构做一个改造。商混砂浆不需要烘砂,不需要砂筒仓,即使用于机喷也不需要级配砂。改造后的砂浆厂直接成本将大大下降,而且其设备技术水平应优于混凝土搅拌站,在与搅拌站进行砂浆市场的竞争时,有着更为专业的优势。

由于中国巨大的商品房市场和市场竞争异常激烈的特点,中国很难照搬国外发达国家相对高成本、低用量的干粉砂浆模式。西方国家的住房建筑以别墅为主,室内使用抹灰砂浆的量要少得多。新加坡的建筑造价也远高于中国,整个国家人口还没有一个苏州多,有几个干粉砂浆厂就够了。他们能够承受高成本带来的高价格,我们不行。在中国,商混砂浆应该是普通砂浆的主流产品,而干粉砂浆的主要市场应该是特种砂浆。随着国人环保意识越来越强,质量要求越来越高,商混砂浆为预拌砂浆开启了一条“绿色”通道。
(完)


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