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第四节
相关计算公式及应用

一、关于相对含水率和水料比的计算:

1.已知料浆相对含水率,求水料比。

例(1):已知砂浆的含水率是37.5%,求该砂浆的水料比。

解:根据公式(1)可知:

水料比=37.5%÷(1-37.5%)=0.6

答:该砂浆的水料比为0.6。

2.已知某材料的水料比,求其相对含水率。

由公式(1)推导可知:

例(2):已知进入浇注机的混合料浆的水料比是0.56,求该料浆的相对含水率。

解:根据公式(2)可知:

相对含水率=0.56÷(1+0.56)×100%

=0.56÷1.56×100%

=35.9%

答:该料浆的相对含水率为35.9%。

浇注机中混合料浆反应前水料比与相对含水率对照表

二、关于不与水发生化学反应材料的水溶液相对含水率与比重(表观密度下同)的计算:

1.已知:干料的比重(大比重)和干料的水溶液(料浆)比重为(小比重),求相对含水率(推导过程略)

例(3):已知砂、废浆、石膏制成的混合料浆,干物比重为2.48t/m 3 ,料浆比重为1.61t/m 3 ,现每模用这种混合砂浆2850kg。求每模用了多少混合砂?

解:根据公式(3)可知料浆的相对含水率:

相对含水率=(2.48-1.61)÷[1.61×(2.48-1)]×100%

=0.87÷2.3828×100%

=36.51%

每磨料浆中的混合砂为:2850×(1-36.51%)=1810(kg)

答:每模用这种混合砂浆2850kg中含有1810kg混合砂。

2.已知:料浆比重和含水率,求干料比重(推导过程略)

例(4):已知砂浆的含水率是42%,其比重为1.56t/m 3 ,求:制成这种砂浆中的砂的比重。

解:根据公式(4)可知:

砂的比重=[(1-42%)×1.56]÷(1-42%×1.56)

=0.9048÷0.3448

=2.62(t/m 3

答:这种砂的比重为2.62t/m 3

3.已知:干料比重和料浆含水率,求料浆比重(推导过程略)。

例(5):已知砂的比重为2.58t/m 3 ,经配方的水料比计算,需要做成含水率为37%的料浆,求制作砂浆的比重。

解:根据公式(5)可以计算出料浆的比重:

料浆比重=2.58÷{1+[37%×(2.58-1)]}

=2.58÷1.5846

=1.63(t/m 3

答:将这种料浆比重做到1.63t/m 3 就能满足工艺设计要求。

通常情况下,我们采用的比重(表观密度):

石灰3.1t/m 3

水泥2.86t/m 3

氢氧化钙2.24t /m 3

二水石膏2.3t/m 3

由于我国幅员广大,矿物的材料组分不同,砂和粉煤灰(涉及煤种和燃烧方式)的比重(表观密度)差距很大:

砂的比重:(2.25~2.85)t/m 3

粉煤灰比重:(1.70~2.30)t/m 3

有些企业在浇注配料软件中设置了自动计算程序,但由于没有及时正确变更料浆的大比重(硅质材料比重)的设置,常出现水料比计算上的参数错误。

三、模具容积计算:

设侧板高为h,模具上面面积为S 、下面面积为S ,则:

(注:当S =S 时;V =Sh;当S =0时;V =1/3Sh)

例(6):已知模具的宽为1.26m,高为0.68m,侧板边一边为:6.08m、6.12m,另一边为6.06m、6.10m,求:该模具的容积。

解:根据公式(6)可知:

模具的容积=1/3×0.68×{[(6.08+6.06)÷2×1.26]+√ {[(6.08+6.06)÷2×1.26]×[(6.12+6.10)÷2×1.26]+[(6.12+6.10)÷2×1.26]}

=0.2267×{7.6482+√{7.6482×7.6986}+7.6986}

=0.2267×{7.6482+√58.8804+7.6986}

=0.2267×23.016

=5.218(m 3

答:该模具的容积为5.218m 3

四、铝膏的发气量计算:

例(7):已知铝膏的含水率是35%,活性铝含量是93%,求每公斤该铝膏的发气量。

解:根据公式(7)可知:

1.24×(1-35%)×93%≈0.75(m 3 /kg)

答:每公斤该铝膏的发气量为0.75m 3

五、结合水的计算:

分别由石灰和水泥的水热反应生成:

计算公式为:

例(8):已知某公司模具总容积为5.19m 3 每模,用A-CaO为75%的生石灰300kg,用CaO为58%的水泥320kg,现欲生产A3.5B06的产品。求每模设计的最大干料投入量是多少?

解:根据公式(8)(9)可以计算出投入的石灰和水泥的结合水:

石灰的结合水=300×75%x×0.3214=72.315(kg)

水泥的结合水=320×58%×0.25=46.4(kg)

结合水总量=72.315+46.4≈119(kg)

每立方米设计的最大干料投入量:5.19×650-119=3255(kg)

答:每模设计的最大干料投入量是3255kg。

六、钙硅比的计算:

氧化钙摩尔数=(石灰中有效氧化钙重量+水泥中的氧化钙重量)÷56

二氧化硅摩尔数=全部材料中的二氧化硅重量÷60

例(9):已知某公司每模容积为5.19m 3 用,制品体积为4.32m 3 ,用生石灰330kg,石灰的A-CaO含量为72%,SiO 2 含量为3.2%;水泥的用量为370kg,CaO含量为56.5%,SiO 2 含量为21.2%;石膏的用量为215kg,CaO含量为28%,SiO 2 含量为5.65%;砂的用量为CaO含量为2.5%,SiO 2 含量为78.2%;无废浆。欲做B06A53.5的产品。求该配方的钙硅比。

解:根据公式(10)可知:

该配方的结合水为:330×72%×0.3214+470×56.5%×0.25=143(kg)

该模的用砂量为:5.19×650-330-470-215-143=2216(kg)

该模中含CaO的摩尔数为:(330×72%+470×56.5%)÷56=8.985(ml)

该模中含SiO 2 的摩尔数为:

(330×3.2%+470×21.2%+215×5.65%+2216×78.2%)÷60=30.921(ml)

该配方的钙硅比为:8.985÷30.921=0.29

答:该配方的钙硅比为0.29。

七、有效氧化钙的简易计算:

基本关系:CaO+H 2 O=Ca(OH) 2 +Q

基本原理:质量守恒定律

具体方法:1.从试样中取一定量的生石灰。

2.加水搅拌成糊状。

3.用400℃烘至绝干。

例(10):已知化验室取了进浇注机螺旋输送机里的生石灰粉48g,加水搅成了糊状,经390℃烘至绝干后称重为59.1g,求试样的A-CaO含量。

解:根据公式(11)可知:

答:该试样的A-CaO含量为71.95%。

八、板材钢筋含量的计算:

根据使用的各种不同直径的钢筋分别计算后相加

例(11):已知板材规格为:4000×600×200,配筋为:Ø6纵筋上下两层各4根,Ø4横筋两层计20根,求该板材的配筋率。

解:根据公式(12)可知:

每块板的体积:4×0.6×0.2=0.48(m 3

每块板纵钢筋用量:3.14×0.003×0.003×8×3.94×7800=6.95(kg)

每块板横钢筋用量:3.14×0.002×0.002×20×0.46×7800=0.90(kg)

配筋率=(6.95+0.9)÷0.48=16.35(kg/m 3

答:该板材的配筋率为16.35kg/m 3

九、每模石灰用量计算

依据:1.每一公斤的有效气氧化钙消解时间放出的热量,能使2.8公斤的水从0℃升到100℃。

2.蒸养过程中,水所消耗的热能占全部消耗量的(59~60)%。

注:用水总量:指经计量指进入浇注机的全部水量。

系数:通常分灰、砂加气块,灰砂加气板,视干物重和环境温度选用1.25~1.35。

温差:通常分灰、砂加气块,灰砂加气板,视干物重和环境温度选用(25~40)℃。

例(12):已知6m模具的容积为5.19m 3 ,石灰的有效氧化钙含量为75%,设计B06A3.5的砂加气块制品的投料干物重为600kg/m 3 、水料比为0.50,浇注温度与切割温度的差为30℃,求每应该用石灰的总量。

解:每模总用水量为:5.19x600x0.5=1557(kg)

根据公式13可知:

答:该制品生产用石灰为每模278kg。

十、球磨机的研磨体装配量

根据不同规格的磨机、不同的衬板和动力对磨机筒体的传动部件来确定。

计算公式为:装载总量(t)=磨机筒体总体积(m 3 )×系数(t/m 3 )(14)【郑氏公式】

注:1.磨机的筒体总体积=3.14×磨机筒体半径×磨机筒体半径×磨机筒体长度。

2.筒体两头轴承传动、橡胶衬板,系数为125%。

3.筒体一头为轴承传动、另一头为轴瓦传动、橡胶衬板,系数为120%。

4.筒体两头都为轴瓦传动、橡胶衬板,系数为115%。

5.筒体两头都为轴瓦传动、钢衬板,系数为110%。

作业题:

熟练掌握全部公式的应用方法。

附:生产料浆比重、含水率对照表

阅读资料(一)加强工艺师队伍建设

蒸压加气混凝土的生产和应用,在我国已有了近百年的历史,但纵观市场现状,被建筑应用的产品质量千差万别,不少产品的使用已直接影响到建筑设计的功能性和安全性。特别是近几年来,全国每年都新增砌块、板材生产线150条左右,而工艺技术的支撑基础十分单薄,这将会导致蒸压加气混凝土行业的发展前景受到了极大的“不确定性”的挑战。纵观全国各地建筑市场,近年来出现的蒸压加气混凝土制品质量的差异,固然有各地区原辅材料的差异、各企业装备水平的差异、相关企业团队管理水平的差异等等。但我们从全部生产要素上去分析后不难发现:整个蒸压加气混凝土制品生产行业,工艺师队伍的技能问题,处于诸多原因的中心位置。

1.工艺师队伍的现状

1)从人员构成上看,在职的工艺师队伍中,60%以上的人员是来自于生产一线的配料、浇注等岗位的职工;20%以内来自于其他行业的“技术人员”;20%左右的是来自于刚毕业的学生。这些从业工艺师中,有60%以上的是企业实际控制人的亲属或朋友及子女。

2)从文化程度上看,在职的工艺师队伍中,初中及以下文化程度的占到50%左右、高中(中专)毕业的占到35%左右、大专及本科毕业以上的占到15%左右。

3)从人员性质上看,生产企业将工艺师视作技术工人的占到40%左右、视作一般管理人员的占到30%左右、视作中层管理人员的占到20%左右,还有不足10%的由企业负责人[生产厂长(经理)]兼职。

4)从年龄结构上来看,来自生产一线配料或浇注工岗位的人,年龄大部分在(50~65)岁,来自学校毕业双向选择的对象,年龄在(20~35)之间;来自企业负责人的亲属和朋友及子女的人员年龄跨度较大。

5)从业务素质上看,现行在岗的工艺师中,90%以上的人没有经过行业系统培训,基本上都是通过“师傅带徒弟”的方法,其技术被企业实际控制人认可后即可获得企业的工艺师任职资格;带徒的“师傅”大部分都是来源于生产一线年龄较大的操作岗位,都具有实践经验,但都缺乏相关的专业知识;就行业现状而言,有90%甚至以上的在岗的工艺师,对“结合水”的形成及相关计算、“钙硅比”及配方计算、“水料比”的选定及其中的各种材料的含水量分配等不甚知晓,特别是工艺参数与配方的对应关系、制品性能形成机理及过程等更是不知其所以然。

全行业在岗工艺师中,除了30%左右的少数能准确按国家标准组织生产外,绝大部分工艺人员不能根据地区材料变化的特点准确指导生产,更谈不上生产符合建筑需求的制品和进行行业工艺创新了。长此以往,行业的生产水平就只能是停滞不前,只能由于制品品质而不断形成建筑通病,必然会严重影响行业的健康发展。

2.工艺师的地位和作用

工艺师是生产过程中产品产量、质量和成本的设计者和实际控制人。工艺师是企业全部生产要素的主要整合者,应该随时掌握产品的原辅材料、生产过程、制品质量及应用的情况,及时根据统计分析存在的问题,制定预防措施并形成持续改善机制;工艺师是产品质量体系的设计者,是生产制品原辅材料质量的把关者,是生产过程的工艺监控者,是产品缺陷的工艺修正和完善者。

工艺师的知识面要广、动手能力要强。根据其工作内容的丰富多彩性质,必须着力做好以下工作:

1)编写企业相关化验、检测内容(项目、频次、方法和标准)方案,指导、监督试化验人员及时提供全面准确的原辅材料检测和化验数据,在系统分析原辅材料的化学和物理性质的基础上,提出适合本地区原辅材料特点的相关搭配方案,使硅质材料和钙质材料能够满足生产合格产品的整体材性要求。

2)根据选用全部材料的性价比和各种材料对制品的内、外品质的影响力,瞄准产品质量要求(国家标准和客户要求),制定“最佳钙硅比”,以及调节材料和发气材料的配方方案。

3)根据各批次产品质量要求和配方的具体特点,以确定生产制品的“水料比”(而不是建筑上的“塌落度”)为中心,系统制定生产过程中的其他“参数指标”和“蒸压养护制度”。

4)设立工艺控制点,配合生产负责人将生产工艺方案通报各工种工序工段,并牵头督查生产全过程。要求设备控制和操作人员确保工艺制度的执行到位,并做好生产过程的控制记录,适时修正相关配方和工艺参数,及时解决建筑市场对产品提出的质量问题和应用技术问题。

5)根据生产线相关具体现状(材料、设备、操作、管理),对照“高效优质、节能降耗、安全增益”的企业总体要求,对决策层领导提出关于原辅材料采购、设备技改、职工培训的合理化建议。

工艺师应以管理控制制品生产过程为主、技术调整为辅,即以注重原辅材料和生产过程的稳定性(可统计分析各参数变异系数)为主,发生原辅材料质量稍有波动时,以调整生产参数为主。

3.加强工艺师队伍的建设

工艺师队伍建设,是确保蒸压加气混凝土生产的制品合格并满足建筑应用需求的重要保障,是生产企业取得合理经济效益的必备条件。加强工艺师队伍的建设,是加气行业和建筑行业的共同的迫切需求,我们可以从以下方面入手。

1)大中院校培养工艺人才

与大中院校挂钩,开设蒸压加气混凝土专业,或在硅酸盐专业中增设蒸压加气混凝土课程,系统培养专业工艺人才。蒸压加气混凝土是以硅质材料、钙质材料和水为主要原料,以铝粉膏(膏)为发气材料,以石膏的调节材料,经配料搅拌、浇注发气、静养稠化、切割静养、蒸压养护而成的硅酸盐制品。制品品质的形成机理,制品必须具备什么样的性能,才能满足建筑对制品的要求等等,这些都应该是生产企业工艺师应知应会的内容。这些应知应会的系统知识,最好是能让将来的工艺师,在大中院校里通过系统专业学习或培训而取得。

2)提高在岗人员的技术素质。

蒸压加气混凝土的生产企业的配方岗位为什么称为工艺师,就是因为除了配方技术外,参数的设置显得变化繁多,调整路径也很多,涉及到多学科的知识,带有些“多才多艺”的特点,而这一系列的技术指标和参数都出自企业的工艺师之手,因此,岗位业务素质要求很高。在制品生产过程中,不同的原辅材料的材性,具有不同的配方比例和不同的工艺参数,而我国行政区域辽阔,原辅材料性质千差万别,而这些变化,仅仅凭配料员在一两个加气生产企业的操作工作经验是远远不够的。从配料员到工艺师,必须切实补上基本知识和基本理论课,才能根据企业所在地区的材料特点,指导企业做出合格制品,才能满足建筑应用对制品的需求。

在岗的工艺师必须具有根据不同的材料属性,通过一系列分析和计算、确定配方和工艺参数的业务能力。如果说现在大部分在岗工艺师不是靠计算而是靠经验来处理实际问题的话,由此我们可以得出结论:现行的市场上的加气制品,基本上都是工艺师在制品生产过程中凭所谓经验不断调整材料配方取得的,这就是造成行业内和企业内产品质量参差不齐的根本原因。

3)必须重视工艺师队伍的建设

在我国现行的工艺技术领域中,有所谓的“学院派”和“游击队”之分,前者是行业从业人员对从事蒸压加气混凝土理论研究和教育的“教授”的称呼,后者是各类研究人员对从实践中成长起来的“能工巧匠”的称呼。我们认为:“学院派”的理论是富有科学性的,但诸多原因,使他们不可能很贴切各地区的生产实践,他们只能做理论的讲述,而不能根据各地区的材料特点,去瞄准企业的原辅材料实际指标指导生产,而这些只能靠工艺师来实现。“游击队”的实践是具有可操作性的,但是这些“能工巧匠”,他们只有一厂两厂的所谓生产经验,不能通过分析材料的化学组分和性质来确定制品的“钙硅比”和“水料比”、不能根据不同的“水料比”来制定不同的“蒸压养护制度”,而这些也只能靠工艺师来实现。称职的工艺师,必须集理论与实践于一身,能用理论来指导生产上的工艺实践。

4)建立蒸压加气混凝土生产专家团队。

工艺师也只才是“有可能”打造成蒸压加气混凝土“行业专家”的“半成品”。建议各地区组建优秀工艺师队伍,通过他们理论联系实际的工作,研究各类制品配方和参数的优劣,完善和丰富蒸压加气混凝土制品生产理论的内涵,贴近地区的资源现状,设计和指导企业生产出符合标准要求、具有建筑应用性、安全性、经济性制品,打造一支“名副其实”的行业“专家团队”,引领我国蒸压加气混凝土行业的健康发展。

按现行在岗工艺师的业务素质状况和行业的工艺技术水平,开展工艺师专业培训是一个短、平、快地提高业务素质的有效方式。我们应该组织相关技术力量,有针对性地编写较系统的相对短期的培训教材(讲义),分地区、依托生产企业现场,用稍长的时间(培训一至两个月),在实践中用理论和必要的科学计算方法,系统培训生产企业在岗工艺师,对考试、考核合格者,由组织培训单位发给“工艺师上岗证”。

4.营造全行业发挥好工艺师作用的良好氛围

工艺师在企业生产过程中的作用已越来越被行业中大部分企业所认识,但不少企业由于历史的原因,生产部门只设机电负责人而不设工艺负责人;不少企业尽管工艺水平低下,但还将工艺搞得很神秘,不让工艺数据给操作工知晓,出了质量问题对员工随便问责。上述现象都极大影响了生产企业的整体工艺技术水平的提高和工艺师队伍的稳定性。因此,我们必须培养好、使用好在岗的工艺师,着力提高企业的整体技术水平。

1)生产企业必须重新明确工艺师在生产过程中的技术权威地位,同时建立对工艺师技术创新的奖励制度和质量事故的问责制度,促进工艺师的责、权、利相统一,使工艺师成为企业名副其实的“总工”。生产企业必须建立以工艺为中心的生产管理制度,机电设备的运行和操作人员的业务素质评价,都要以能否准确执行工艺制度和圆满完成工艺参数指标为标准,从而在生产线形成人人知道工艺要求、个个懂得岗位工艺责任的良好氛围。

2)相关组织应该在各地区开展生产企业工艺技术岗位练兵和等级认定,提高企业整体技术水平,使生产线的生产过程流畅,以“工艺参数为半成品指标,以下道工序检查上道工序的半成品质量”的方法为抓手,确保产品质量达标并确保建筑应用的安全可靠性。

3)建议相关组织根据各地区原辅材料的材性特点,在生产工艺上实现分层次管理,各地区在国家级“专家团队”的指导下,组织企业工艺师中的引领者,编写蒸压加气混凝土制品工艺过程控制讲义或导则,细化制品质量对原辅材料的质量要求,强化各工种工序的相关工艺要求。从而确保建筑市场不再出现因加气制品的质量问题引起建筑质量通病,为装配式建筑提供更多更好的合格“三板(墙板、楼板、屋面板)”和“薄抹灰、薄灰缝”砌块,使企业的经济效益在提高社会效益中同步提升。

我国经济的持续稳定增长,决定了建筑业的可持续发展,而装配式建筑的大面积推广,出现了对高品质建筑材料新需求和行业发展的新机遇。这对蒸压加气混凝土制品的生产技术提出了新的要求,我们要加速工艺师队伍的建设,只有这样,才能做到依托科技抢抓机遇,从而快速提高行业整体技术水平,促进行业多快好省地可持续发展。

思考题:

1.分析我国现有工艺师队伍现状,找出本企业的工艺技能提升路径。

2.工艺师的作用是什么?

3.怎样才能做一名合格的工艺师? RYwScgjiP9ufqM0MXswcR6KDeS+aW0SkVNow3BWHFDkz1j1GJbKe6jUJY4M4W+mB

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