一種用於住房牆體模塊的工廠化生產方法
2023-07-27 12:05:06
專利名稱：一種用於住房牆體模塊的工廠化生產方法
技術領域：
本發明涉及建築領域，特別涉及一種用於住房牆體模塊的工廠化生產方法。
背景技術：
隨著國家城市化建設進程的加快，如何解決和改善人們的居住條件及環境，安全、高效、低廉、節能、低碳、環保型的城市建造模式，已是各個相關行業極力推崇的目標，新型的住房模塊化也已悄然進入建築領域。然而，目前已有的住房模塊化建造，沒有擺脫現場鋼筋龍骨成形、混凝土澆制、自然晾乾的低效生產工藝，即便是類似混凝土預製件專業廠，仍然是沿襲現場簡陋的製作方法，只是簡單的場地位移而已，沒有從根本解決城市減排、環境汙染、高效節能等實質性問題。水泥凝固機理
矽酸鹽水泥是目前建築領域混凝土構件普遍使用的，其主要成分是矽酸三鈣 3Ca0 · SiO2 (C3S)；矽酸二鈣 2Ca0 · SiO2 (C2S)；鋁酸三鈣 3Ca0 · Al2O3 (C3A)；鐵鋁酸四鈣 4CaO · Al2O3 · Fe2O3 (C4AF)等，由於水泥製造所採用的工藝、原材料存在不同，其內部組分、 含量的不確定性，導致水泥凝固、硬化、收縮率等機械性能存在很大差異，其水化反應方程式主要有
3Ca0 · SiO2 + nH20 == xCaO · SiO2 · yH20 + (3_x) Ca (OH)2 C3S + nH == C-S-H + (3-x)CH
2Ca0 · SiO2 + mH20 == xCaO · SiO2 · yH20 + (2_x) Ca (OH)2 C2S + mH == C-S-H + (2-x)CH OF + CaS04 — R2SO4 + CH
K2SO4 + CaSO4·2Η20 — K2SO4·CaS04*H20 (鉀石膏)+ H+ CaCHH2O — Ca (OH) 2
主要氧化物為:CaO、SiO2, Al2O3、Fe2O3, MgO, SO3, TiO2, P2O5, K2O, Na2O 等。水泥顆粒越細，硬化得越快，早期強度也越高。水泥加水攪拌到開始凝結所需的時間稱初凝時間。從加水攪拌到凝結完成所需的時間稱終凝時間。矽酸鹽水泥初凝不小於 45min，終凝不大於390min ；普通矽酸鹽水泥、礦渣矽酸鹽水泥、火山灰質矽酸鹽水泥、粉煤灰矽酸鹽水泥和複合矽酸鹽水泥初凝不小於45min，終凝不大於600min，水泥凝結時間的測定可由測定儀測定。由此可見水泥製品其本身從水化液態到固態過程中時間的不確定性，矽酸鹽類各個組分均以CaO為結晶核結晶固化，同時上述氧化物Ca0、Si02、Al203、Fi5203、Mg0、S03、Ti02、 P205、K2O, Na2O,尤其是活潑金屬氧化物的水化反應則先於矽酸鹽類的發生，且反應強烈和迅速，水化反應過程實質上是一個系列的化學反應綜合過程，其中混合有置換反應、氧化反應、酸鹼鹽複分解反應等，其組分有離子、分子、化合物、形態有液相、氣相、固相，主要水化反應物為K2CHH2O — KOH Na20+H20 — NaOH CaCHH2O — Ca(OH)2 MgCHH2O — Mg(OH)2 A1203+H20— Al (OH)3 Fe203+H20 ^ Fe (OH)3
其中CaO的水化反應物Ca(OH)2與空氣中的反應(X)2又會形成CaCO3 Ca (OH) 2+C02 ^ CaC03+H20
根據化學離子平衡式 or+ H+ H H2O
在水化反應中只要控制水的含量就能控制各個反應物的生成速度，由於矽酸鹽晶體分子成型速度慢於金屬氧化物的水化反應物，CaO成份大量被消耗在強度低、性能不穩定的 CaCO3晶體分子成型上，阻止了高強度矽酸鹽晶體分子成型，由於混凝土製品內部是一個各種組分交錯結晶的平衡結構，當CaCO3晶體分子的大量成型或堆積，矽酸鹽晶體分子晶格便會縮小和斷裂，這就是不良的混凝土製品發生斷裂和酥鬆的成因。因此在混凝土構件製造過程中，合理控制每道工序的水含量，使得製造過程中化學反應向著人們所希望進行的矽酸鹽成型方向發展，是工廠化、規模化生產的關鍵所在，也是傳統工藝無法實現的，由於城市的施工要求，目前所採用的混凝土異地攪拌、現場澆注的生產模式，其初凝時間大都超過45分鐘，而現場操作工人都以注水稀釋，以增強澆搗、灌注漿料的流動性，這樣的操作模式不但浪費了水泥的水化反應熱能，以及水資源，延長了施工作業的周期，同時也容易造成水泥成份的流失，衝入下水道造成堵塞，同時對於混凝土構件施工質量也難以保證。此外，傳統的現場施工由於人工操作產品精度不高，整體構件各個部件凝固時間不一，地域、時段、溼度、溫差都受天氣變化的制約、造成住房整體收縮率的不均衡，產生牆體開裂、裝配困難。而置於室內的標準化、工廠化、模塊化生產體系，不但自動化強度高、產品精度高、 工人勞動強度低，能耗降低，而且不受天氣變化的制約。根據克拉伯龍方程
PV=nRTP —氣體壓強；V —氣體體積；η —氣體質量；R —氣體普適恆量；T 一氣體的溫度。其中單位體積內的質量(n/ V) = P/RT與壓強P成正比；與溫度T成反比。可見只要控制水泥凝固過程中環境的氣體壓強P、溫度T和溼度就可控制凝固時間；從而得到標準化、批量化的合格產品。
發明內容
針對上述傳統住房模塊化建造存在的問題，本發明根據混凝土預製件的機理和特性旨在提出自動化、專業化的混凝土預製件工廠生產模式，從而形成一種用於住房牆體模塊的工廠化生產方法。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是一種用於住房牆體模塊的工廠化生產方法，包括鋼筋龍骨成型裝置、混凝土配料混合裝置、混凝土澆制裝置、混凝土固化裝置、構件輸送裝置、構件倉儲裝置和計算機控制系統，
所述的鋼筋龍骨成型裝置，由鋼筋自動斷料機、彎料機、焊接機組成； 所述的混凝土配料混合裝置，由落料機、重量、溼度檢測臺、乾式攪拌混合器、溼式攪拌混合器、立式輸送機、砂石輸送帶組成；
所述的混凝土固化裝置，由蒸壓式固化隧道、負壓式迴旋固化罐、蒸汽發生器、溫度傳感器、溼度傳感器、噴霧裝置、表面處理裝置組成；蒸壓式固化隧道設置有增壓增溫室、保溫保壓室和降溫降壓室，負壓式迴旋固化罐有一螺旋式坡道，坡道上設置有輸送導軌，在螺旋式坡道的二側面設置有掛壁式輸送裝置，其頂部設置有通風裝置，在每層迴旋樓板的頂部設置有螺旋式噴霧裝置、用於垂簾式表面拉毛、表面油光的表面處理裝置，負壓迴旋式固化罐由二個立罐組成；一個呈螺旋坡道上升輸入；另一個呈螺旋坡道下降輸出；
所述的構件輸送裝置，由翻板式工位小車、輸送導軌、輸送鏈、鏈輪、輸送電機組成；翻板式工位小車包括翻轉軸、機架、平面臺、軌道輪和翻轉踏板，機架呈倒梯臺形與翻轉軸軸向設置，機架底部設置了軌道輪，機架的一側由鉸鏈連接，另一側由翻轉踏板活動固定，機架可以鉸鏈軸作90°翻轉；
所述的構件倉儲裝置，由立體倉庫、構件託架、吊裝行車、傳輸裝置、噴霧裝置組成；立體倉庫為板層式結構，其頂部有環流空氣排氣裝置，整體呈立罐外型，其中心軸即為豎井式輸送電梯，每層都有圓心徑向發散性360°全方位的存貯軌道，存貯軌道上可移動構件託架，在每層樓板的頂部設置有噴霧裝置和環狀輸送行車，在整體樓板頂部有一出庫輸送行車，每層樓板在出庫門位置均設置有吊裝缺口 ；
所述的計算機控制系統，由計算機處理器、監視屏、控制臺、攝像器組成。該生產方法的生產場地為室內或部分室內。包括以下生產步驟
A.混凝土備料
由計算機控制落料裝置，對所需的混凝土漿料，按砂、石、水泥、水配重比例進行配料和混合、攪拌，輸送至混凝土澆制裝置；
B.鋼筋龍骨及內結構成型
根據設計要求對鋼筋進行切斷、彎曲、焊接、結紮處理，以及相關窗框、門框、陽臺等緊固件和預埋件的連接，直至構件內結構成型；
C.混凝土澆制
由翻板式工位小車定位，外牆立面面磚或大理石鋪墊。鋼筋龍骨及內結構定位，液壓模板定位機對模板進行外沿定位，外沿模板活動連接固定，壓力輸送泵將混凝土備料定量灌入、矩陣式震蕩器對混凝土漿料進行填實處理；
D.混凝土固化
由翻板式工位小車將混凝土澆製件輸送至蒸壓式固化隧道加熱固化、負壓式迴旋固化罐內冷凝，使得混凝土構件成型，固化溫度50°C，熱源150°C過飽和蒸汽；
E.構件入庫時效
將已固化的混凝土構件，由翻板式工位小車通過輸送導軌移送至板層式立體倉庫，翻板、脫模至構件託架定位、時效養護；
F.質量檢驗對已時效處理後的混凝土構件，進行機械性能抽檢，對符合標準的產品予以出廠，對有瑕疵的產品進行修復，降低等級銷售，對於不合格產品予以報廢處理； G.構件出廠
由板層式立體倉庫內吊裝行車吊出承放混凝土構件的構件託架至傳輸裝置，裝車出本發明根據混凝土預製件的機理，採用了工廠化住房牆體構件的生產方法，最大限度地改善了傳統工藝方法，把千百年沿用的露天、手工作業，改變為室內全機械自動化生產，不僅產品質量得以保證，而且克服了傳統模式存在的許多弊端，安全、高效、低廉、節能、 低碳、環保型的城市建造模式，達到了建築行業極力推崇的目標，其高標準化精度是傳統工藝無法實現和比擬的。
圖1是本發明工藝流程示意圖2是本發明生產流水線局部結構示意圖； 圖3 — a是本發明負壓式迴旋固化罐(上升螺旋)結構示意圖； 圖3-b是本發明負壓式迴旋固化罐(下降螺旋)結構示意圖； 圖4-a是本發明負壓式迴旋固化罐(環流氣體)結構示意圖； 圖4-b是本發明負壓式迴旋固化罐(對流氣體)結構示意圖； 圖4-c是本發明負壓式迴旋固化罐(梯臺形)結構示意圖； 圖4-d是本發明負壓式迴旋固化罐(稜柱形)結構示意圖； 圖5-a是本發明負壓式迴旋固化罐(雙曲臺型)結構示意圖； 圖5-b是本發明負壓式迴旋固化罐(球檯形)結構示意圖； 圖5-a是本發明板層式立體倉庫結構示意圖； 圖5-b是本發明板層式立體倉庫結構剖視示意圖； 圖6是本發明蒸壓式固化隧道結構示意圖； 圖7是本發明生產線整體結構示意圖。其圖中1-輸送導軌；2-翻板式工位小車；3-籠狀鋼筋龍骨；4-網狀鋼筋龍骨； 5 -自動焊接機；6 —窗框預埋件；7 —預埋件輸送帶；8 —模板；9-落料機；10-配比混合料；11-乾式攪拌混合器；12-溼式攪拌混合器；13-壓力輸送泵；14-迴旋式灌漿機；15-送料軟管；16-液壓式模板定位器；17-矩陣式震蕩器；18-重量、溼度檢測臺；19-立式輸送機；20-砂石輸送帶；21-蒸壓式固化隧道；22-掛壁式輸送裝置；23-通風裝置；24-螺旋式坡道；25-負壓迴旋式固化罐；26-液壓式氣窗；27-連接天橋；28-豎井式輸送電梯；29-出庫行車；30-板層式立體倉庫；31-出庫門；32-構件託架；33-倉庫樓板；34-入庫門；35-蒸壓減壓室；36-蒸壓保壓室；37-蒸壓增壓室；38-壓力前門蓋；39-液壓式門杆；40-壓力後門蓋。
具體實施例方式本發明以圖7所示的住房牆體模塊的工廠化生產線為最佳實施例說明具體實施方法與傳統場地化生產不同，本發明採用的是室內流水線自動化作業方式生產，由於混凝土構件體積較大，自重達數噸，場地化作業一般在室外地面上進行，操作工人都以下蹲、彎腰的姿態動作，不僅工人勞動強度高，而且工人操作視野面狹窄。長時間的下蹲、彎腰造成人體顱內壓增高，判斷意識下降，反應變得遲鈍，尤其在室外的陽光和高溫條件下，難以符合高標準化、高效率產品的生產要求。本發明採用了翻板式工位小車2輸送鏈自動泊位、輸送導軌1移位的運行方式，其操作工人以直立姿態，只負責一個工序專業操作，工人勞動強度降低，熟練度增強，生產效率大大提高，質量得以保證，工位小車採用翻板式便於最後工序成品入庫時90°翻轉至構件託架32上。由於住房牆體模塊內置了籠狀鋼筋龍骨3、網狀鋼筋龍骨4、窗框預埋件6、緊固件等多個預埋件，以及外沿的模板8，都必須予以精確定位，傳統人工鐵板表面定位，不僅精度不高，而且定位孔或槽會常常因混凝土堵塞、腐蝕，難以確保重複使用精度。本發明採用了機械臂定位送料方式，也可以採用雷射射點定位的方式，以確保精度。傳統場地化鋼筋龍骨作業，一直沿用鍍鋅鐵絲對正交鋼筋進行人工斜角結紮，不僅勞動強度高、精度和效率低下，而且鋼筋龍骨間為純粹的機械附著力，尤為嚴重的是結紮後的鍍鋅鐵絲與鋼筋龍骨間在酸鹼混凝土環境內所產生的化學電池腐蝕效應，會對質量埋下安全隱患，本發明則採用了自動焊接機5點焊工藝，效率高、質量好，不僅可滿足鋼筋龍骨作業需求，同時可對預埋件進行同步定點焊接和定位。傳統場地化模板8定位作業，是以底部鐵板作為基準面，來對模板8進行垂直向一維銷孔正交定位，在本發明中則採用了三維正交工裝模塊液壓模板8定位，不僅重複精準度高，而且生產線工裝迅速，可和混凝土澆制同一工位進行。混凝土澆制完成後液壓式模板定位器16機械臂自動收縮返回原位，混凝土配料直接關係到構件的質量和固化時間的長短，對於工廠化生產必須做到量化精確，才能確保產品質量和後道工序的完成，傳統人工作業對於混凝土配料的量化只能作粗略估計，由於受到場地、天氣因素的制約和影響，混凝土配料的重量、溼度檢測量化值人為誤差率很大。考慮到混凝土攪拌過程水含量的絕對可控，本發明在配料的輸入端設置有在線的重量、溼度檢測臺18對於輸入至攪拌裝置的砂石料重量、溼度實施動態檢測，根據檢測值的大小，計算機控制系統自動調節後道工序的水配比的流量，以確保混凝土漿料的含水率標準化。搗漿是混凝土製造工藝中必不可少的一道工藝，其同樣關係到構件的質量和固化時間，傳統工藝中工人使用的單柱式搗漿震蕩器搗漿，其震蕩的導向、時間、次數、深度等技術指標都沒有量化，完全掌握在操作人員的手中。本發明特有的矩陣式震蕩器17由立柱式液壓升降平臺，在其升降平臺託架上矩陣分布多個單柱式震蕩器，當翻板式工位小車2到位後液壓升降平臺將矩陣式震蕩器17直接下到震蕩部位，對模板內整個構件平面進行定時、定量、定深度的震蕩，並且做到每個構件的標準化。本發明採用了蒸壓式固化隧道21對已搗漿均勻的混凝土構件進行飽和水蒸汽加壓固化，以增加矽酸鹽晶體分子成型速度，該裝置有三個部分組成，增壓增溫室37、保溫保壓室36和降溫降壓室35，由於水化反應是一個放熱反應，混凝土內成份複雜，其熱值不一， 水化反應所產生的氣體性能各異，又是各相均存，難以做到均勻化釋放，一旦氣體存在於已固化的混凝土內部，會大大降低構件的機械性能，給安全帶來隱患。經過本發明蒸壓式固化隧道21處理過的混凝土構件，可以使得其內部氣體有效釋放，結晶核易於形成，得到的矽酸鹽晶體分子粗壯和均勻，構件的機械性能提高，同時縮短了固化時間。由於混凝土構件的固化是一個循序漸進過程，是矽酸鹽晶體分子從晶核形成到成長過程，其間的是水養護不能間斷的，傳統場地化作業方法是定時水澆灌、人工木板表面拉毛、鐵板表面油光，其間無技術量化指標，全憑操作經驗。本發明獨有的負壓迴旋式固化罐25固化模式，是根據海拔平面高度差異而形成的大氣壓差原理(俗稱煙囪效應或豎井效應)，結合矽酸鹽混凝土構件的固化特性而研發的，其最大的特點是利用高度氣壓差所產生的環流，不僅環保節能，而且壓力變化節奏緩慢，符合混凝土構件固化的循序漸進模式，考慮到構件加上翻板式工位小車2的自重因素， 本發明採用了螺旋式坡道M和掛壁式輸送裝置22的提升方式，負壓迴旋式固化罐25內設置有通風裝置23、螺旋式噴霧裝置、垂簾式表面拉毛、表面油光裝置等，負壓迴旋式固化罐 25由二個立罐組成。一個螺旋坡道M上升輸入；一個螺旋坡道M下降輸出，完成整個混凝土構件固化的預硬期。其生產效率可為傳統工藝的十倍，而所需操作人員則是原來的三分之一，產品質量好，返修率低。負壓迴旋式固化罐25另一優點便是節省場地，同樣本發明的板層式立體倉庫30 帶有環流空氣模式的立罐結構，便於混凝土構件的後期固化和時效，其中心軸即為豎井式輸送電梯28，以圓心徑向發散性360°全方位的存貯方式，一方面得到空間利用率的最大化，同時便於計算機出入倉庫自動化控制和管理，另一方面也是造價成本最低的。板層式立體倉庫30內設置有通風裝置23、噴霧裝置、出庫行車四和每層的環狀行車。為了避免混凝土構件的碰損，板層式立體倉庫30內移動和存放的混凝土構件均有構件託架32保護，一方面便於移動和吊裝，另一方面也是為了直立存放防止倒伏。以上所述僅為本發明的一較佳實施例，不能以其限定本發明的保護範圍，本發明還可有其他的結構變化，只要是依本發明的保護範圍所作的均等變化與修飾，均應屬本發明涵蓋的範圍內。
權利要求
1.一種用於住房牆體模塊的工廠化生產方法，包括鋼筋龍骨成型裝置、混凝土配料混合裝置、混凝土澆制裝置、混凝土固化裝置、構件輸送裝置、構件倉儲裝置和計算機控制系統，其特徵在於所述的鋼筋龍骨成型裝置，由鋼筋自動斷料機、彎料機、焊接機組成；所述的混凝土配料混合裝置，由落料機、重量、溼度檢測臺、乾式攪拌混合器、溼式攪拌混合器、立式輸送機、砂石輸送帶組成；所述的混凝土固化裝置，由蒸壓式固化隧道、負壓式迴旋固化罐、蒸汽發生器、溫度傳感器、溼度傳感器、噴霧裝置、表面處理裝置組成；蒸壓式固化隧道設置有增壓增溫室、保溫保壓室和降溫降壓室，負壓式迴旋固化罐有一螺旋式坡道，坡道上設置有輸送導軌，在螺旋式坡道的二側面設置有掛壁式輸送裝置，其頂部設置有通風裝置，在每層迴旋樓板的頂部設置有螺旋式噴霧裝置、用於垂簾式表面拉毛、表面油光的表面處理裝置，負壓迴旋式固化罐由二個立罐組成；一個呈螺旋坡道上升輸入；另一個呈螺旋坡道下降輸出；所述的構件輸送裝置，由翻板式工位小車、輸送導軌、輸送鏈、鏈輪、輸送電機組成；翻板式工位小車包括翻轉軸、機架、平面臺、軌道輪和翻轉踏板，機架呈倒梯臺形與翻轉軸軸向設置，機架底部設置了軌道輪，機架的一側由鉸鏈連接，另一側由翻轉踏板活動固定，機架可以鉸鏈軸作90°翻轉；所述的構件倉儲裝置，由立體倉庫、構件託架、吊裝行車、傳輸裝置、噴霧裝置組成；立體倉庫為板層式結構，其頂部有環流空氣排氣裝置，整體呈立罐外型，其中心軸即為豎井式輸送電梯，每層都有圓心徑向發散性360°全方位的存貯軌道，存貯軌道上可移動構件託架，在每層樓板的頂部設置有噴霧裝置和環狀輸送行車，在整體樓板頂部有一出庫輸送行車，每層樓板在出庫門位置均設置有吊裝缺口 ；所述的計算機控制系統，由計算機處理器、監視屏、控制臺、攝像器組成。
2.根據權利要求1所述的用於住房牆體模塊的工廠化生產方法，其特徵在於該生產方法的生產場地為室內或部分室內。
3.根據權利要求1所述的一種用於住房牆體模塊的工廠化生產方法，包括以下步驟A.混凝土備料由計算機控制落料裝置，對所需的混凝土漿料，按砂、石、水泥、水配重比例進行配料和混合、攪拌，輸送至混凝土澆制裝置；B.鋼筋龍骨及內結構成型根據設計要求對鋼筋進行切斷、彎曲、焊接、結紮處理，以及相關窗框、門框、陽臺等緊固件和預埋件的連接，直至構件內結構成型；C.混凝土澆制由翻板式工位小車定位，外牆立面面磚或大理石鋪墊，鋼筋龍骨及內結構定位，液壓模板定位機對模板進行外沿定位，外沿模板活動連接固定，壓力輸送泵將混凝土備料定量灌入、矩陣式震蕩器對混凝土漿料進行填實處理；D.混凝土固化由翻板式工位小車將混凝土澆製件輸送至蒸壓式固化隧道加熱固化、負壓式迴旋固化罐內冷凝，使得混凝土構件成型，固化溫度50°C，熱源150°C過飽和蒸汽；E.構件入庫時效將已固化的混凝土構件，由翻板式工位小車通過輸送導軌移送至板層式立體倉庫，翻板、脫模至構件託架定位、時效養護；F.質量檢驗對已時效處理後的混凝土構件，進行機械性能抽檢，對符合標準的產品予以出廠，對有瑕疵的產品進行修復，降低等級銷售，對於不合格產品予以報廢處理；G.構件出廠由板層式立體倉庫內吊裝行車吊出承放混凝土構件的構件託架至傳輸裝置，裝車出
全文摘要
本發明公開了一種用於住房牆體模塊的工廠化生產方法，包括鋼筋龍骨成型裝置、混凝土配料混合裝置、混凝土澆制裝置、混凝土固化裝置、構件輸送裝置、構件倉儲裝置和計算機控制系統，本發明根據混凝土預製件的機理,採用了工廠化住房牆體構件的生產方法，最大限度地改善了傳統工藝方法，把千百年沿用的露天、手工作業，改變為室內全機械自動化生產，不僅產品質量得以保證，而且克服了傳統模式存在的許多弊端，安全、高效、低廉、節能、低碳、環保型的城市建造模式，達到了建築行業極力推崇的目標，其高標準化精度是傳統工藝無法實現和比擬的。
文檔編號B28B15/00GK102241066SQ20111020295
公開日2011年11月16日 申請日期2011年7月20日 優先權日2011年7月20日
發明者葉漢河, 葉賢博 申請人:上海城業管樁構件有限公司