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GRC喷浆法生产工艺简介

时间:2020-11-03     【原创】

GRC或称GFRC是英文Glass Fibre Reinforced Cement(Concrete)的缩写,中文名为玻璃纤维加强水泥(混凝土)制品。GRC作为一种装饰性材料,从上世纪70年代初期首先在美国开始应用,到如今在装饰性工程建设中越来越占有重要地位,被广泛应用于建筑外墙装饰、室内装饰、园林景观及仿真工艺等诸多方面。 

  目前,国内GRC行业正在蓬勃发展,许多厂家相继建立,笔者通过在不同GRC生产厂家的参观学习中了解到国内许多生产厂家在GRC的生产设备、测试设备以及材料选用的诸多方面都存在不足,因此本文对GRC生产工艺中应用最广泛的喷浆法工艺在材料选用、设备以及生产过程等方面做一些经验探讨。 


1材料选用
  GRC产品的材料包括水泥、砂、玻璃纤维、水、颜料以及各种外加剂。 

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  1.1水泥
  水泥的选用没有什么特别,凡符合国家标准GB-175的普通硅酸盐水泥以及建材行业标准JC-714的快硬硫铝酸盐水泥都可以使用。值得一提的是,根据国内GRC制品行业标准JC-T940-2004中4.2条的要求,在使用硅酸盐水泥时,必须掺入能吸收Ca(OH)2的消碱性材料或掺入丙烯酸乳液,但国际GRC协会的行业标准对此却没有明确要求。如果做有颜色的GRC产品,那么要选用白色水泥,选用的白色水泥性能要比较稳定,以免生产的产品出现色差。 

  1.2砂
  砂的选用有严格规定,具体可参考JC-T940-2004中4.3条的规定。相对于国际GRC协会的行业标准来说,JC-T940-2004标准中对砂的含水量、硅石成分含量以及烧失量没有明确要求。对生产白色或需加颜料的GRC产品,则需用白色石英砂代替普通砂。
  1.3玻璃纤维
  玻璃纤维是GRC产品的主要组成成分,它在GRC产品中的含量占GRC质量的4%—5%,是整个产品强度构成的核心成分,因此,它的好坏是关系到GRC产品耐久性的关键。玻璃纤维要维持自身的强度长期不变,其抗碱性能十分重要。早期的GRC产品不能得到广泛推广就是因为玻璃纤维的抗碱性能达不到标准,导致玻璃纤维在水泥产品中逐步变脆从而使产品失去强度。玻璃纤维抗碱性能的好坏直接体现是其二氧化锆(ZrO2)的含量,二氧化锆(ZrO2)含量越高,其抗碱性能也就越好。
  目前国内行业规范JC-T940-2004中对使用硅酸盐水泥的GRC产品,要求其玻璃纤维中二氧化锆(ZrO2)的含量不小于16%,这个要求其实并不高,相比国际GRC协会规范最低19%的含量来说低了3个百分点。之所以这样,我想是因为考虑到目前国内玻璃纤维生产水平的状况而定的,这也就不难解释为什么国内规范中要求在使用硅酸盐水泥时,必须掺入能吸收Ca(OH)2的消碱性材料这样的规定了。综上所述,GRC厂家如果要生产品质好的GRC产品,在选择玻璃纤维时要求生产厂家提供其二氧化锆(ZrO2)的含量证明是很有必要的。


  上图所示是玻璃纤维的二氧化锆(ZrO2)含量与其质量损失的关系。

    1.4水
  水的选用一般用同搅拌混凝土相同标准的水即可,通常用的就是自来水。
  1.5颜料
  颜料是决定有色GRC产品外观颜色耐久性和稳定性的关键,其选用也相当重要。根据我们的经验,选用氧化铁颜料是比较好的,因为氧化颜料具有以下优异的物理和化学性能。
  1)耐碱:氧化铁颜料在水泥、石灰等建筑材料中都非常稳定,并对水泥制品的风化不起作用,也不影响其强度。
  2)耐酸:对一般弱酸、稀酸具有一定的稳定性。GRC产品表面处理时经常会用到稀盐酸对表面进行酸面处理,以达到某种要求的效果,因此,氧化铁颜料的耐酸性能很有效的满足了GRC产品表面酸处理是对颜色造成的不利影响。
  3)耐光耐候:氧化铁颜料具有极佳的耐光耐候性能。GRC产品大多是用于外墙装饰,因此此性能保证了GRC产品外观颜色的耐久性。
  1.6外加剂
  GRC产品的外加剂有许多中,作用不一。有改善施工性能、有增加产品早期强度、有降低水泥碱性等等,生产时根据需要选用,并无定式。但值得注意的是,如果GRC产品中有钢筋或其它用于固定产品的预埋镀锌铁件,则应注意不要使用含氯化钙成分的外加剂,以免加速预埋件的腐蚀。
2.设备选用
  GRC喷浆法生产工艺中的生产设备相对来说比较简单,主要包括:喷浆机、搅拌机、电子称、弹簧状滚筒和手持泥铲等,其它辅助设备包括空气压缩机、外加剂定量仪等。其主要设备工作关系如图2所示。

  2.1喷浆机
  喷浆机是GRC生产的最主要设备,主要由料斗、控制配电箱、导臂和喷枪组成,其中又属喷枪最为主要和复杂,它是决定一台喷浆机好坏的关键,喷浆主机也是相当主要的因素。因此,如何选用喷浆机主要就是如何选用喷枪和喷浆主机。喷浆机和喷枪如图3和图4所示。 

    2.2搅拌机
  搅拌机宜选用高剪搅拌设备,因为高剪搅拌能在较短的时间内使物料得到充分混合,从而缩短搅拌时间,提高工作效率。
  2.3电子称
  电子称的选用没有特别要求,准备两台即可。一台最小称量50kg,精度±50g,用于称量搅拌料;另一台最小称量500g,精度±1g,用于袋试验石称量玻璃纤维。
  2.4弹簧状滚筒
  喷浆法施工的GRC产品不同于混凝土产品,不能振捣只能压实。弹簧状滚筒是GRC产品的压实工具,有不同大小,用于不同场合。
  2.5其它工具
  手持泥产工具用于将多余GRC浆料从产品中移除或在需要加厚的实心部位填料等。至于其它辅助设备就不在此一一举明。
3.生产过程
  GRC产品的生产过程可分为以下几个步骤:①配比设计→②模具准备→③设备检查及工具准备→④喷料搅拌→⑤喷浆机校准→⑥喷浆生产→⑦脱模、养护等几个步骤。各步骤环环相扣,互为依托,缺一不可。
  3.1配比设计
  GRC的配比设计是GRC生产的先决条件,可依照产品设计强度要求按规范JC-T940-2004中所推荐的配合比进行调试,也可参照国际GRC协会规范中推荐的配合比进行,两者的差别很小,只是国际GRC协会的配比设计中以GRC产品的抗弯极限强度大小分成了三个等级。表1和表2是国际GRC协会所推荐的配合比设计,仅供参考。

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  其中“P”表示在GRC的配合比中加入丙烯酸乳合剂。
  3.2模具准备
  GRC的生产模具形式各异,根据产品的数量多少、形状复杂程度、表面要求效果以及生产成本等可以使用木模、钢模,GRC模、玻璃钢模和硅胶模等,最主要是模具要满足尺寸正确、精度符合要求、结构牢固。
  3.3设备和模具检查及工具准备

生产前的设备及模具检查和工具准备是必不可少的工序,有如下几点需注意:1)喷枪内削环上的刀片是否安装到位,正确的设置如图7所示。如果安装不好,容易导致刀片破损,从而使机器停机,生产中断。2)空气压缩机的气压是否维持在喷浆机要求的范围内。不同厂家的设备可能要求的气压会略有区别,通常范围是0.15-0.21Mpa,过大或过小都容易导致机器故障。3)模具表面是否干净,脱模剂是否涂刷均匀。模具尺寸是否真确,各预埋件位置是否正确。4)各种工具如滚筒、泥铲等是否干净。5)喷浆机各种备用的配件是否有准备。6)各种试验用的工具是否准备在现场。

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  3.4喷料水泥砂浆的搅拌
  按照确定的配合比进行喷料水泥砂浆的搅拌工作前,应事先测定砂的含水率,在称重时应减去这部分的水。具体操作时,可以先做一称量速查表,公式为:X=Xs*(1-A%),W=Ws-X*A%。其中Xs为含水率为0时的砂称重,A%为含水率,Ws为砂含水率为0时所对应的水称重。Xs的取值则应根据配合比设计中的每批次的搅拌用量来作标准。 

  要得到充分搅拌没有结块的水泥砂浆,除了使用高剪搅拌设备外,搅拌的顺序也有关系。正确的搅拌过程如图8所示。

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    3.5喷浆前喷浆机的校准
  玻璃纤维在GRC产品中的含量占GRC浆料重量的4%-5%,如何使喷浆机喷出的水泥砂浆的量和玻璃纤维喷出量维持在这一水平,需要对喷浆机进行校准,校准的方法则是袋试验和桶试验。袋试验的步骤如图11所示,桶试验的步骤如图12所示。

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    1)称一空袋重量(W克)
  2)用喷浆机对空袋喷纤维15秒
  3)称袋和纤维的重量(G克)
  4)纤维的喷出量为:(G-W)x4g/min
  5)调节气压,直到喷出纤维的重量达到要求
  1)称一空桶重量(W千克)
  2)用喷浆机对空桶喷水泥砂浆30秒
  3)称桶和水泥砂浆的重量(S千克)
  4)水泥砂浆的喷出量为:(S-W)x2kg/min
  5)调节气压,直到喷出水泥砂浆的重量达到要
  试验所得纤维与水泥砂浆的结果可以查速查表,也可以用公式:S=G*(1-a)/a;其中S为去桶重的水泥砂浆重量,单位克;G为去袋重的玻璃纤维重量,单位克;a为配比设计中要求的纤维含量。计算结果如在要求范围内则完成校准工作。

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   3.6喷浆生产
  喷浆生产是主要的生产环节,除了工人的操作经验及技能外,有以下技术要点需要作一阐述:
  1)GRC表面的面层厚度。生产GRC产品时,为了防止玻璃纤维外露以及节约生产有色GRC的成本,需在模板表面先喷一层无玻璃纤维的薄浆(有色GRC中只有此层加颜料),此层薄浆的厚度要严格控制,灰水泥砂浆控制在1mm左右,有色水泥砂浆控制在2mm左右,过后则会导致产品表面出现龟裂。
  2)每层喷浆厚度及喷浆方向。喷GRC时,每层的喷浆厚度应在3-4mm左右,每层喷完后应压实。喷浆方向应分层呈S形交错进行,如图13所示。另外,两条喷带之间应有喷带宽度50%的搭接宽度,如图14所示。

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3)喷浆高度及喷浆顺序。喷浆机的喷枪口应垂直模板面,高度在300—400mm左右,顺序为先喷边角再喷大面,先喷低端再喷高端。如图15所示。 

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  4)压实操作的要点:①GRC分层压实时,遇到有侧板处的阴脚位,滚筒应避免扰动边板处已喷好的GRC材料,压实时留一定的间隙,如图16所示。②对阴角位的压实,不能使用滚筒,而应使用角铁工具或毛刷。如图17所示。③对阳角处的压实,如竖直边没有模板,则应用泥铲压住竖直边材料后在用滚筒压实,如图18所示。



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  3.7脱模、养护
  生产后的GRC产品在脱模前为了防止水分过快蒸发,应在其生产后立即用塑料薄膜覆盖产品,待到产品达到抗折强度2Mpa后,则方可脱模起吊。脱模后的产品要求在95%的湿度环境下连续养护7天。
  4.结束语
  GRC产品的应用在国内正在逐步推广,其作为预制行业中的一员也正在显现它的价值。以上结合公司工程师多年从事预制行业的工作经验以及售后服务人员和客户提供相关经验,对GRC喷浆法的生产工艺作了一个简明的阐述,希望能对从事此行业的客户朋友作一抛砖引玉的作用。




山东曹县博琳机械制造有限公司

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