CN102241066B - 一种用于住房墙体模块的工厂化生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于住房墙体模块的工厂化生产方法，包括钢筋龙骨成型装置、混凝土配料混合装置、混凝土浇制装置、混凝土固化装置、构件输送装置、构件仓储装置和计算机控制系统，本发明根据混凝土预制件的机理,采用了工厂化住房墙体构件的生产方法，最大限度地改善了传统工艺方法，把千百年沿用的露天、手工作业，改变为室内全机械自动化生产，不仅产品质量得以保证，而且克服了传统模式存在的许多弊端，安全、高效、低廉、节能、低碳、环保型的城市建造模式，达到了建筑行业极力推崇的目标，其高标准化精度是传统工艺无法实现和比拟的。

Description

一种用于住房墙体模块的工厂化生产方法

技术领域

本发明涉及建筑领域，特别涉及一种用于住房墙体模块的工厂化生产方法。

背景技术

随着国家城市化建设进程的加快,如何解决和改善人们的居住条件及环境，安全、高效、低廉、节能、低碳、环保型的城市建造模式，已是各个相关行业极力推崇的目标，新型的住房模块化也已悄然进入建筑领域。

然而，目前已有的住房模块化建造，没有摆脱现场钢筋龙骨成形、混凝土浇制、自然晾干的低效生产工艺，即便是类似混凝土预制件专业厂，仍然是沿袭现场简陋的制作方法,只是简单的场地位移而已,没有从根本解决城市减排、环境污染、高效节能等实质性问题。

水泥凝固机理：

硅酸盐水泥是目前建筑领域混凝土构件普遍使用的，其主要成分是硅酸三钙3CaO·SiO₂（C₃S）；硅酸二钙2CaO·SiO₂（C₂S）；铝酸三钙3CaO·Al₂O₃（C₃A）；铁铝酸四钙4CaO·Al₂O₃·Fe₂O₃（C₄AF）等，由于水泥制造所采用的工艺、原材料存在不同，其内部组分、含量的不确定性，导致水泥凝固、硬化、收缩率等机械性能存在很大差异，其水化反应方程式主要有：

3CaO·SiO₂ + nH₂O == xCaO·SiO₂·yH₂O + (3-x)Ca(OH)₂

C₃S + nH == C-S-H + (3-x)CH

2CaO·SiO₂ + mH₂O == xCaO·SiO₂·yH₂O + (2-x)Ca(OH)₂

C₂S + mH == C-S-H + (2-x)CH

OH^- + CaSO4 → R₂SO₄ + CH

K₂SO₄ + CaSO₄•2H₂O → K₂SO₄•CaSO₄•H₂O(钾石膏) + H⁺

CaO+H₂O→Ca(OH)₂

主要氧化物为：CaO、SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、MgO、SO₃、TiO₂、P₂O₅、K₂O、Na₂O等。

水泥颗粒越细，硬化得越快，早期强度也越高。水泥加水搅拌到开始凝结所需的时间称初凝时间。从加水搅拌到凝结完成所需的时间称终凝时间。硅酸盐水泥初凝不小于45min，终凝不大于390min；普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥初凝不小于45min，终凝不大于600min，水泥凝结时间的测定可由测定仪测定。

由此可见水泥制品其本身从水化液态到固态过程中时间的不确定性，硅酸盐类各个组分均以CaO为结晶核结晶固化，同时上述氧化物CaO、SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、MgO、SO₃、TiO₂、P₂O₅、K₂O、Na₂O，尤其是活泼金属氧化物的水化反应则先于硅酸盐类的发生，且反应强烈和迅速，水化反应过程实质上是一个系列的化学反应综合过程，其中混合有置换反应、氧化反应、酸碱盐复分解反应等，其组分有离子、分子、化合物、形态有液相、气相、固相，主要水化反应物为：

K₂O+H₂O→ KOH

Na₂O+H₂O → NaOH

CaO+H₂O→ Ca(OH)₂

MgO+H₂O→ Mg(OH)₂

Al₂O₃+H₂O→ Al (OH)₃

Fe₂O₃+H₂O→ Fe (OH)₃

其中CaO的水化反应物Ca(OH)₂与空气中的反应CO₂又会形成CaCO₃

Ca(OH)₂+CO₂↔CaCO₃+H₂O

根据化学离子平衡式：

OH^-+ H⁺↔H₂O

在水化反应中只要控制水的含量就能控制各个反应物的生成速度，由于硅酸盐晶体分子成型速度慢于金属氧化物的水化反应物，CaO成份大量被消耗在强度低、性能不稳定的CaCO₃晶体分子成型上，阻止了高强度硅酸盐晶体分子成型，由于混凝土制品内部是一个各种组分交错结晶的平衡结构，当CaCO₃晶体分子的大量成型或堆积，硅酸盐晶体分子晶格便会缩小和断裂，这就是不良的混凝土制品发生断裂和酥松的成因。

因此在混凝土构件制造过程中，合理控制每道工序的水含量，使得制造过程中化学反应向着人们所希望进行的硅酸盐成型方向发展，是工厂化、规模化生产的关键所在，也是传统工艺无法实现的，由于城市的施工要求，目前所采用的混凝土异地搅拌、现场浇注的生产模式，其初凝时间大都超过45分钟，而现场操作工人都以注水稀释，以增强浇捣、灌注浆料的流动性，这样的操作模式不但浪费了水泥的水化反应热能，以及水资源，延长了施工作业的周期，同时也容易造成水泥成份的流失，冲入下水道造成堵塞，同时对于混凝土构件施工质量也难以保证。

此外，传统的现场施工由于人工操作产品精度不高，整体构件各个部件凝固时间不一，地域、时段、湿度、温差都受天气变化的制约、造成住房整体收缩率的不均衡，产生墙体开裂、装配困难。

而置于室内的标准化、工厂化、模块化生产体系，不但自动化强度高、产品精度高、工人劳动强度低，能耗降低，而且不受天气变化的制约。根据克拉伯龙方程：

PV=nRT

P－气体压强；V－气体体积；n－气体质量；R－气体普适恒量；T－气体的温度。

其中：单位体积内的质量（n/ V）＝P/RT 与压强P成正比；与温度T成反比。可见只要控制水泥凝固过程中环境的气体压强P、温度T和湿度就可控制凝固时间；从而得到标准化、批量化的合格产品。

发明内容

针对上述传统住房模块化建造存在的问题,本发明根据混凝土预制件的机理和特性旨在提出自动化、专业化的混凝土预制件工厂生产模式，从而形成一种用于住房墙体模块的工厂化生产方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是: 一种用于住房墙体模块的工厂化生产方法，包括钢筋龙骨成型装置、混凝土配料混合装置、混凝土浇制装置、混凝土固化装置、构件输送装置、构件仓储装置和计算机控制系统，

所述的钢筋龙骨成型装置，由钢筋自动断料机、弯料机、焊接机组成；

所述的混凝土配料混合装置，由落料机、重量、湿度检测台、干式搅拌混合器、湿式搅拌混合器、立式输送机、砂石输送带组成；

所述的混凝土固化装置，由蒸压式固化隧道、负压式回旋固化罐、蒸汽发生器、温度传感器、湿度传感器、喷雾装置、表面处理装置组成；蒸压式固化隧道设置有增压增温室、保温保压室和降温降压室，负压式回旋固化罐有一螺旋式坡道，坡道上设置有输送导轨，在螺旋式坡道的二侧面设置有挂壁式输送装置，其顶部设置有通风装置，在每层回旋楼板的顶部设置有螺旋式喷雾装置、用于垂帘式表面拉毛、表面油光的表面处理装置，负压回旋式固化罐由二个立罐组成；一个呈螺旋坡道上升输入；另一个呈螺旋坡道下降输出；

所述的构件输送装置，由翻板式工位小车、输送导轨、输送链、链轮、输送电机组成；翻板式工位小车包括翻转轴、机架、平面台、轨道轮和翻转踏板，机架呈倒梯台形与翻转轴轴向设置，机架底部设置了轨道轮，机架的一侧由铰链连接，另一侧由翻转踏板活动固定，机架可以铰链轴作90°翻转；

所述的构件仓储装置，由立体仓库、构件托架、吊装行车、传输装置、喷雾装置组成；立体仓库为板层式结构，其顶部有环流空气排气装置，整体呈立罐外型，立体仓库中心轴即为竖井式输送电梯，每层都有圆心径向发散性360°全方位的存贮轨道，存贮轨道上可移动构件托架，在每层楼板的顶部设置有喷雾装置和环状输送行车，在整体楼板顶部有一出库输送行车，每层楼板在出库门位置均设置有吊装缺口；

所述的计算机控制系统，由计算机处理器、监视屏、控制台、摄像器组成；

该生产方法包括以下步骤：

A. 混凝土备料

由计算机控制落料装置，对所需的混凝土浆料，按砂、石、水泥、水配重比例进行配料和混合、搅拌，输送至混凝土浇制装置；

B. 钢筋龙骨及内结构成型

根据设计要求对钢筋进行切断、弯曲、焊接、结扎处理，以及相关窗框、门框、阳台的紧固件和预埋件的连接，直至构件内结构成型；

C. 混凝土浇制

由翻板式工位小车定位，外墙立面面砖或大理石铺垫，钢筋龙骨及内结构定位，液压模板定位机对模板进行外沿定位，外沿模板活动连接固定，压力输送泵将混凝土备料定量灌入、矩阵式震荡器对混凝土浆料进行填实处理；

D. 混凝土固化

由翻板式工位小车将混凝土浇制件输送至蒸压式固化隧道加热固化、负压式回旋固化罐内冷凝，使得混凝土构件成型，固化温度50℃，热源150℃过饱和蒸汽；

E. 构件入库时效

将已固化的混凝土构件，由翻板式工位小车通过输送导轨移送至板层式立体仓库，翻板、脱模至构件托架定位、时效养护；

F. 质量检验

对已时效处理后的混凝土构件，进行机械性能抽检，对符合标准的产品予以出厂，对有瑕疵的产品进行修复，降低等级销售，对于不合格产品予以报废处理；

G. 构件出厂

由板层式立体仓库内吊装行车吊出承放混凝土构件的构件托架至传输装置，装车出厂；

该生产方法的生产场地为室内或部分室内。

本发明根据混凝土预制件的机理,采用了工厂化住房墙体构件的生产方法，最大限度地改善了传统工艺方法，把千百年沿用的露天、手工作业，改变为室内全机械自动化生产，不仅产品质量得以保证，而且克服了传统模式存在的许多弊端，安全、高效、低廉、节能、低碳、环保型的城市建造模式，达到了建筑行业极力推崇的目标，其高标准化精度是传统工艺无法实现和比拟的。

附图说明

图1是本发明工艺流程示意图；

图2是本发明生产流水线局部结构示意图；

图3－a是本发明负压式回旋固化罐（上升螺旋）结构示意图；

图3-b是本发明负压式回旋固化罐（下降螺旋）结构示意图；

图4-a是本发明负压式回旋固化罐（环流气体）结构示意图；

图4-b是本发明负压式回旋固化罐（对流气体）结构示意图；

图4-c是本发明负压式回旋固化罐（梯台形）结构示意图；

图4-d是本发明负压式回旋固化罐（棱柱形）结构示意图；

图5-a是本发明负压式回旋固化罐（双曲台型）结构示意图；

图5-b是本发明负压式回旋固化罐（球台形）结构示意图；

图5-a是本发明板层式立体仓库结构示意图；

图5-b是本发明板层式立体仓库结构剖视示意图；

图6是本发明蒸压式固化隧道结构示意图；

图7是本发明生产线整体结构示意图。

其图中：1-输送导轨；2-翻板式工位小车；3-笼状钢筋龙骨；4-网状钢筋龙骨；5－自动焊接机；6－窗框预埋件；7－预埋件输送带；8－模板；9-落料机；10-配比混合料；11-干式搅拌混合器；12-湿式搅拌混合器；13-压力输送泵；14-回旋式灌浆机；15-送料软管；16-液压式模板定位器；17-矩阵式震荡器；18-重量、湿度检测台；19-立式输送机；20-砂石输送带；21-蒸压式固化隧道；22-挂壁式输送装置；23-通风装置；24-螺旋式坡道；25-负压回旋式固化罐；26-液压式气窗；27-连接天桥；28-竖井式输送电梯；29-出库行车；30-板层式立体仓库；31-出库门；32-构件托架；33-仓库楼板；34-入库门；35-蒸压减压室；36-蒸压保压室；37-蒸压增压室；38-压力前门盖；39-液压式门杆；40-压力后门盖。

具体实施方式

本发明以图7所示的住房墙体模块工厂化生产线作为最佳实施例说明具体实施方法:

与传统场地化生产不同，本发明采用的是室内流水线自动化作业方式生产，由于混凝土构件体积较大，自重达数吨，场地化作业一般在室外地面上进行，操作工人都以下蹲、弯腰的姿态动作，不仅工人劳动强度高，而且工人操作视野面狭窄。长时间的下蹲、弯腰造成人体颅内压增高，判断意识下降，反应变得迟钝，尤其在室外的阳光和高温条件下，难以符合高标准化、高效率产品的生产要求。

本发明采用了翻板式工位小车2输送链自动泊位、输送导轨1移位的运行方式，其操作工人以直立姿态，只负责一个工序专业操作，工人劳动强度降低，熟练度增强，生产效率大大提高，质量得以保证，工位小车采用翻板式便于最后工序成品入库时90°翻转至构件托架32上。

由于住房墙体模块内置了笼状钢筋龙骨3、网状钢筋龙骨4、窗框预埋件6、紧固件等多个预埋件，以及外沿的模板8，都必须予以精确定位，传统人工铁板表面定位，不仅精度不高，而且定位孔或槽会常常因混凝土堵塞、腐蚀，难以确保重复使用精度。本发明采用了机械臂定位送料方式，也可以采用激光射点定位的方式，以确保精度。

传统场地化钢筋龙骨作业，一直沿用镀锌铁丝对正交钢筋进行人工斜角结扎，不仅劳动强度高、精度和效率低下，而且钢筋龙骨间为纯粹的机械附着力，尤为严重的是结扎后的镀锌铁丝与钢筋龙骨间在酸碱混凝土环境内所产生的化学电池腐蚀效应，会对质量埋下安全隐患，本发明则采用了自动焊接机5点焊工艺，效率高、质量好，不仅可满足钢筋龙骨作业需求，同时可对预埋件进行同步定点焊接和定位。

传统场地化模板8定位作业，是以底部铁板作为基准面，来对模板8进行垂直向一维销孔正交定位，在本发明中则采用了三维正交工装模块液压模板8定位，不仅重复精准度高，而且生产线工装迅速，可和混凝土浇制同一工位进行。混凝土浇制完成后液压式模板定位器16机械臂自动收缩返回原位，混凝土配料直接关系到构件的质量和固化时间的长短，对于工厂化生产必须做到量化精确，才能确保产品质量和后道工序的完成，传统人工作业对于混凝土配料的量化只能作粗略估计，由于受到场地、天气因素的制约和影响，混凝土配料的重量、湿度检测量化值人为误差率很大。

考虑到混凝土搅拌过程水含量的绝对可控，本发明在配料的输入端设置有在线的重量、湿度检测台18对于输入至搅拌装置的砂石料重量、湿度实施动态检测,根据检测值的大小,计算机控制系统自动调节后道工序的水配比的流量,以确保混凝土浆料的含水率标准化。

捣浆是混凝土制造工艺中必不可少的一道工艺，其同样关系到构件的质量和固化时间，传统工艺中工人使用的单柱式捣浆震荡器捣浆，其震荡的导向、时间、次数、深度等技术指标都没有量化，完全掌握在操作人员的手中。本发明特有的矩阵式震荡器17由立柱式液压升降平台，在其升降平台托架上矩阵分布多个单柱式震荡器，当翻板式工位小车2到位后液压升降平台将矩阵式震荡器17直接下到震荡部位，对模板内整个构件平面进行定时、定量、定深度的震荡，并且做到每个构件的标准化。

本发明采用了蒸压式固化隧道21对已捣浆均匀的混凝土构件进行饱和水蒸汽加压固化，以增加硅酸盐晶体分子成型速度，该装置有三个部分组成，增压增温室37、保温保压室36和降温降压室35，由于水化反应是一个放热反应，混凝土内成份复杂，其热值不一，水化反应所产生的气体性能各异，又是各相均存，难以做到均匀化释放，一旦气体存在于已固化的混凝土内部，会大大降低构件的机械性能，给安全带来隐患。经过本发明蒸压式固化隧道21处理过的混凝土构件，可以使得其内部气体有效释放，结晶核易于形成，得到的硅酸盐晶体分子粗壮和均匀，构件的机械性能提高，同时缩短了固化时间。

由于混凝土构件的固化是一个循序渐进过程，是硅酸盐晶体分子从晶核形成到成长过程，其间的是水养护不能间断的，传统场地化作业方法是定时水浇灌、人工木板表面拉毛、铁板表面油光，其间无技术量化指标，全凭操作经验。

本发明独有的负压回旋式固化罐25固化模式，是根据海拔平面高度差异而形成的大气压差原理（俗称烟囱效应或竖井效应），结合硅酸盐混凝土构件的固化特性而研发的，其最大的特点是利用高度气压差所产生的环流，不仅环保节能，而且压力变化节奏缓慢，符合混凝土构件固化的循序渐进模式，考虑到构件加上翻板式工位小车2的自重因素，本发明采用了螺旋式坡道24和挂壁式输送装置22的提升方式，负压回旋式固化罐25内设置有通风装置23、螺旋式喷雾装置、垂帘式表面拉毛、表面油光装置等，负压回旋式固化罐25由二个立罐组成。一个螺旋坡道24上升输入；一个螺旋坡道24下降输出，完成整个混凝土构件固化的预硬期。其生产效率可为传统工艺的十倍，而所需操作人员则是原来的三分之一，产品质量好，返修率低。

负压回旋式固化罐25另一优点便是节省场地，同样本发明的板层式立体仓库30带有环流空气模式的立罐结构，便于混凝土构件的后期固化和时效，其中心轴即为竖井式输送电梯28，以圆心径向发散性360°全方位的存贮方式，一方面得到空间利用率的最大化，同时便于计算机出入仓库自动化控制和管理，另一方面也是造价成本最低的。板层式立体仓库30内设置有通风装置23、喷雾装置、出库行车29和每层的环状行车。为了避免混凝土构件的碰损，板层式立体仓库30内移动和存放的混凝土构件均有构件托架32保护，一方面便于移动和吊装，另一方面也是为了直立存放防止倒伏。

以上所述仅为本发明的一较佳实施例，不能以其限定本发明的保护范围，本发明还可有其他的结构变化，只要是依本发明的保护范围所作的均等变化与修饰，均应属本发明涵盖的范围内。

Claims (2)

1.一种用于住房墙体模块的工厂化生产方法，包括钢筋龙骨成型装置、混凝土配料混合装置、混凝土浇制装置、混凝土固化装置、构件输送装置、构件仓储装置和计算机控制系统，其特征在于：

所述的钢筋龙骨成型装置，由钢筋自动断料机、弯料机、焊接机组成；

所述的混凝土配料混合装置，由落料机、重量、湿度检测台、干式搅拌混合器、湿式搅拌混合器、立式输送机、砂石输送带组成；

所述的混凝土固化装置，由蒸压式固化隧道、负压式回旋固化罐、蒸汽发生器、温度传感器、湿度传感器、喷雾装置、表面处理装置组成；蒸压式固化隧道设置有增压增温室、保温保压室和降温降压室，负压式回旋固化罐有一螺旋式坡道，坡道上设置有输送导轨，在螺旋式坡道的二侧面设置有挂壁式输送装置，其顶部设置有通风装置，在每层回旋楼板的顶部设置有螺旋式喷雾装置、用于垂帘式表面拉毛、表面油光的表面处理装置，负压回旋式固化罐由二个立罐组成；一个呈螺旋坡道上升输入；另一个呈螺旋坡道下降输出；

所述的构件输送装置，由翻板式工位小车、输送导轨、输送链、链轮、输送电机组成；翻板式工位小车包括翻转轴、机架、平面台、轨道轮和翻转踏板，机架呈倒梯台形与翻转轴轴向设置，机架底部设置了轨道轮，机架的一侧由铰链连接，另一侧由翻转踏板活动固定，机架可以铰链轴作90°翻转；

所述的构件仓储装置，由立体仓库、构件托架、吊装行车、传输装置、喷雾装置组成；立体仓库为板层式结构，其顶部有环流空气排气装置，整体呈立罐外型，立体仓库中心轴即为竖井式输送电梯，每层都有圆心径向发散性360°全方位的存贮轨道，存贮轨道上可移动构件托架，在每层楼板的顶部设置有喷雾装置和环状输送行车，在整体楼板顶部有一出库输送行车，每层楼板在出库门位置均设置有吊装缺口；

所述的计算机控制系统，由计算机处理器、监视屏、控制台、摄像器组成；

该生产方法包括以下步骤：

A．混凝土备料

由计算机控制落料装置，对所需的混凝土浆料，按砂、石、水泥、水配重比例进行配料和混合、搅拌，输送至混凝土浇制装置；

B．钢筋龙骨及内结构成型

根据设计要求对钢筋进行切断、弯曲、焊接、结扎处理，以及相关窗框、门框、阳台的紧固件和预埋件的连接，直至构件内结构成型；

C．混凝土浇制

由翻板式工位小车定位，外墙立面面砖或大理石铺垫，钢筋龙骨及内结构定位，液压模板定位机对模板进行外沿定位，外沿模板活动连接固定，压力输送泵将混凝土备料定量灌入、矩阵式震荡器对混凝土浆料进行填实处理；

D．混凝土固化

由翻板式工位小车将混凝土浇制件输送至蒸压式固化隧道加热固化、负压式回旋固化罐内冷凝，使得混凝土构件成型，固化温度50℃，热源150℃过饱和蒸汽；

E．构件入库时效

将已固化的混凝土构件，由翻板式工位小车通过输送导轨移送至板层式立体仓库，翻板、脱模至构件托架定位、时效养护；

F．质量检验

对已时效处理后的混凝土构件，进行机械性能抽检，对符合标准的产品予以出厂，对有瑕疵的产品进行修复，降低等级销售，对于不合格产品予以报废处理；

G．构件出厂

由板层式立体仓库内吊装行车吊出承放混凝土构件的构件托架至传输装置，装车出厂。

2.根据权利要求 1 所述的用于住房墙体模块的工厂化生产方法，其特征在于该生产方法的生产场地为室内或部分室内。