AAC产品在美国
建筑市场是美国最大的行业之一，每年的项目价值约为 1.4 万亿美元，为超过 700 万人提供就业机会。 2019 年，全国房屋建筑商协会将劳动力短缺确定为美国建筑市场面临的主要挑战之一，这一点已得到众多消息来源和专家的证实。据相关的建筑商和承包商称，截止至 2022 年，建筑行业将受到 65 万劳动力短缺的影响。装配式建筑在全球范围内的市场份额超过了传统建筑方式，被视为解决劳动力短缺问题的主要贡献因素。除了施工速度更快、劳动力需求更少的优势外，装配式建筑结构还对建筑市场上的其他挑战做出了积极贡献。这是一种绿色环保的解决方案，优势如大大减少建筑垃圾、提高工人的现场安全性、更具成本效益、更强的供应链中断抵御能力、并且更容易进行质量控制等。 通过将蒸压加气混凝土（AAC，或也称为加气混凝土）加入综合解决方案中，将其所有优势与另一种解决方案相结合，以便解决建筑市场正在努力解决的一个重要问题：可持续性。(图1)
图 1：艾尔柯瑞特预制系统提供了一个集成的建筑解决方案，以应对当今的大型建筑挑战
由于其绿色和可持续的特性，AAC （蒸压加气混凝土）在美国已经流行了很长时间，这在当今的建筑界越来越重要。 在美国 AAC 市场中，更薄的轻质 AAC 板材具有巨大的潜力。 AAC板材作为轻质的装配式建筑混凝土外墙，为现有的建筑系统（即钢结构或木结构）提供了一种补充解决方案，有助于提高建筑物保温性并同时提高防火安全性。 钢/木结构与蒸压加气混凝土板相结合在澳大利亚和日本非常流行，它已经在当地墙体解决方案市场获得了巨大的市场份额。
在美国，轻质AAC板材非常流行，并且已在多个项目中实现应用。 迄今为止，美国市场使用的加筋或者加钢筋网笼的AAC板材主要从墨西哥进口，在墨西哥的两家使用卧坯切割技术的工厂一直在向美国供货，但考虑到运输成本，大多数项目都围绕在在美国南部或周边地区，尤其在德克萨斯州。 由于距离较远，运输成本相对较高，阻碍了AAC产品与其巨大潜力相匹配的增长。 尽管如此，已经有项目在科罗拉多州和芝加哥落地，凸显了AAC产品在美国的显性发展机遇。
自 2022 年初以来，Aercon 公司是美国唯一一家能够生产此类 AAC 薄板的 蒸压加气混凝土生产商。 Aercon 公司的工厂位于佛罗里达州海恩斯市，最近通过一项重大升级项目进行了现代化改造，用最新的 艾尔柯瑞特（Aircrete） 卧坯切割技术取代立切技术并扩大了产能。 进行大规模现代化改造的原因是，由于采用旧的立切技术，Aercon 主要生产 AAC 砌块，无法以可靠和可持续的方式生产更薄的板材（规格：厚度100mm 或更薄的产品），而薄板正是市场需求日益增长的产品。 为了应对这一市场趋势并使其生产设施面向未来发展，Aercon 公司聘请艾尔柯瑞特欧洲（Aircrete Europe） 作为他们的技术合作伙伴对工厂进行升级改造 (图2)。
图2：美国主要趋势推动对 Aircrete 卧坯切割技术的需求
Aercon 公司总经理 Joseph R. Graves 评论说：“多年来，因为我们看到AAC板材市场在北美的巨大潜力，但无法用一种有效的生产方法满足这个市场的需求。在我们的工厂改造之前，凭借目前我们使用的立切切割技术，无法为该市场生产合适的板材，这一直令我们沮丧，因为现有市场主要需求是50毫米到100毫米的厚的板材用于隔墙系统和外墙系统。鉴于美国对 AAC 板材的需求增加以及对更经济、更环保的建筑材料的动态需求变化，我们在佛罗里达州的 Aercon 公司认为有义务对客户和环境做出必要的改变，满足市场需求。现在，配备了最新的 Aircrete 卧坯切割技术和 Aircrete 4.0 工厂控制系统，我们又回到了市场角逐中，从巨大的市场增长机会中受益。 我们现在不仅能够生产市场需要的合适尺寸的板材，而且还能够生产具有超光滑表面的 AAC 产品，助力我们能够销售更优质产品，超光滑产品能使建筑商节省施工现场成本，降低在施工现场对板材进行精细处理的需求。”
项目范围
升级项目的主要目标是采用最新的 Aircrete 卧坯切割技术取代旧的立切切割线（图 3）。 作为拥有大量现代化元素的集成技术合作伙伴，艾尔柯瑞特Aircrete 仔细分析了整个工厂布局，全面评估如何优化生产流程以及评估必须更换的设备。 对于所有现代化升级改造项目，艾尔柯瑞特Aircrete 始终通过创造性地分析优化客户预算，譬如分析鉴别旧设备哪些部分可以重复使用和/或者哪些设备需要翻新替换，同时适用新工艺布局设计。
图 3：艾尔柯瑞特Aircrete 切割线 – 正在运转中的垂直和水平切割
除了全新的卧坯切割机组割设备（见下文详细说明），厂区内模具循环工艺也进行了升级以匹配新的工厂布局， 这包括全套新模具、模具自动闭锁和开锁设备、模具自动开合模设备、以及新的模具清洁和涂油系统。 与立切工艺适用的封闭式模具相比，艾尔柯瑞特Aircrete 模具的最大优势在于模具可四面打开，因此使整个模具门板铺平，并且可以非常有效地清洁和涂油，与旧设备相比，工艺布局流程也更紧凑。
在 Aercon 公司中优化了三个现有的机械手来匹配蒸养框架和卧式蒸养。 据此，旧的翻转吊机被转换为蒸养框架机械手，旧的平台机械手被转换为蒸养框架缓冲区机械手。 最大的改造是旧的蒸压釜机械手，更换升级了新的夹具，以便匹配卧蒸工艺（图 4）。 与之前安装的立切系统相比，卧蒸/水平蒸养与卧切相结合的最大优势是在蒸养过程中没有底部废料和产品粘连问题。
图 4：新型蒸养框架机械手和自动堆垛插销机械手
预计产品需求会加速增长，以及未来生产薄板的可能性，同时通过调试第四台蒸压釜，包括一条额外的缓冲轨道，来提升工厂的产能。 由于采用了艾尔柯瑞特 Aircrete 卧坯切割技术，不再需要现有的成品掰板机，取而代之的是一台的特殊翻转台用于成品卸载包装，从而可以重复使用现有的包装系统（图 5）。
图 5：包装线新翻转台和右侧的自动拔销机械手
安装了一个新的自动堆垛插销、卸垛拔销机械手，以提高操作员的安全等级，并确保在整个工厂中有效且安全地操作蒸养框架。 同时，还提供了一整套与新型蒸养框架匹配的输送机，以及清洁涂油系统。
此外，在成品后处理区域安装了一台可编程图案铣削数控机床（成品数控雕刻机），能够雕刻各种图案的板材，一种非常适合外立面板材应用的解决方案，为板材提供了美观和优质的外观。
此外，在工厂控制系统方面，老旧的西门子S5 控制系统被最先进的西门子 S7-1500 控制系统所取代，该系统具有新的高级 SCADA 可视化系统，显著改善人机界面以便操作。 使用新的 艾尔柯瑞特Aircrete 配料和计量软件系统，包括先进的配方控制和新的蒸压釜控制软件系统，工厂的工艺和质量控制得到了明显改善（图 6）。
图 6：搅拌站工艺可视化屏幕示例
对于所有升级项目，将工厂停工时间降至最低以减少客户的生产损失至关重要。 为了确保这一点，艾尔柯瑞特Aircrete 在准备阶段使用了特殊工具。 对于 Aercon 公司升级项目，艾尔柯瑞特Aircrete 将现有工厂通过使用工程软件 3D 工厂扫描仪生成高密度点云模型，并结合艾尔柯瑞特Aircrete工程设备。 在该项目中集成 BIM 可以在项目早期识别可能的冲突，并创建可视化的安装顺序和规划，这有助于优化安装流程和工艺。 这种方法在 艾尔柯瑞特Aircrete 的其他升级项目中也被证明是有效的（图 7)。
图 7：利用点云技术可以在现有设施中顺利投影新设备（左侧 – 已实施，右侧 – 在设计阶段
艾尔柯瑞特欧洲Aircrete Europe 项目经理 Rick Zegger 评论说：“使该项目成功的部分原因不仅在于 艾尔柯瑞特Aircrete 解决方案，还在于在安装新设备和重复使用/翻新旧设备之间找到最佳平衡。此外，Aercon 公司员工全心全意与所有利益相关者充分合作并了解如何操作新设备和新生产布局，也起到了重要作用。早在拆除旧设备和安装调试新设备之前，艾尔柯瑞特Aircrete 就一直在 Aercon项目现场改进，指出哪些老旧设备可能影响生产线运行的可靠性，以便确保新的、更短的生产周期时间，这也是工厂改造期间改进非现代化设备的明确目标。改造开始时，在现场更换零部件，人员和任务分配得当；在安装过程中，Aercon 人员积极参与到熟悉新设备的过程中。在调试期间，开始培训，并结合定制化的软件，以完全满足Aerocon公司的需求。这种周密的准备和良好的合作，使 Aercon 公司从工厂重新开工的那一天起就十分顺利”。
艾尔柯瑞特卧坯切割技术
艾尔柯瑞特Aircrete 解决方案基于卧坯切割技术。 作为市场上唯一拥有 AAC 卧坯切割技术的生产厂商，Aircrete Europe 是 AAC 板材先进生产技术的专家。 与立切技术相比，卧坯切割技术具有许多明显的优势，尤其是在大批量可持续生产100mm或更薄的加气板时尤为明显。 在 Aircrete 卧切系统中，对坯体的操作工序最小化，这非常重要，因为产品在所谓的生坯阶段和蒸养后十分敏感。 需要的操作处理的越少，产品损坏的风险就越小，分拣的要求就越少，并大量减少成品废料。
当生坯完成预养，即准备切割，将艾尔柯瑞特Aircrete模具从预养位输送至切割线区域。模具通过自动开解锁设备从四面打开，接着自动测量坯体的硬度和温度（图8）。坯体需要通过抓坯天车放在切割工位上，因此坯体硬度需要更高（相较于立切系统）。这也会为生产带来其他优势：例如减少边角的损坏、产品表面品质更高等。另一个非常重要的优势是切割线的设计用于切割较硬的坯体，所有的切割钢丝都可以摆动/震动。这也允许更灵活的浇注-切割窗口，大大降低坯体过硬无法切割的风险。此外，在不同密度的产品之间进行更换时，损失的时间也更少。
图 8：生坯硬度和温度自动测量装置
抓取机械手抬起，如果需要切槽，则将坯体悬空在打开的模具上方，而底部切槽单元在坯体底部进行定制化切槽。 将切除的坯体废料收集在一个回收箱中，并被置入泥浆坑中回收重复使用，从而在生产过程中实现零废料、绿色生产。 与此同时，涂油完毕的蒸养框架通过驱动辊输送到切割机的第一工段。
切割机的第一工段通过液压方式提升，凹槽辊与清洁辊一起将 u 型钢托/钢板条/板条从蒸养框架中抬起，准备放置生坯。 抓坯行车轻轻地将生坯放置在这个凸起的 u 型钢托/钢板条组件上。 此后，坯体一直放置在 u 型钢托/钢板条上，直到成品包装线，从而最大限度地减少对生坯的操作处理量并大大降低产品损坏风险。 抓坯天车配备短坯平衡机制，以确保能将较短的坯体水平放置到切割机操作台上。作为第一步，切割机首先进行横切，切砌块高度或板材长度。 所有横切钢丝来回摆动， 钢丝振荡“行程”在一定程度上是可调节的。 钢丝由精密凹槽段上的空气张紧支架固定，该支架配备断线检测和艾尔柯瑞特-钢丝辅助机制（Aircrete-Wire-Assist）。 横切刀的特点是配备有摆动钢丝的倾斜框架。 通过形成倾斜的横切，金属钢丝以一定角度离开坯体，从而最大限度地减少切割带料和由此对坯体造成的损坏（从而实现最佳的顶部外皮去除过程）。 此外，还可以减少坯体顶层外皮的厚度，从而节省原材料并减少所需的能源消耗。
推进器（切割机的一部分）现在将坯体从第一工段移动到第二工段，从而使 u 型钢托/钢板条在非驱动的凹槽辊上滚动， 自此，坯体被推过水平和垂直切割工位。 水平切割钢丝是气动张紧式，并且在切割过程中摆动并切割坯体长度或板材宽度。 水平切割钢丝可悬挂在 440 毫米至 630 毫米之间的任何高度。 垂直切割机切割厚度尺寸—例如从 1500 毫米宽的坯体上切割 15 组 100 毫米的板材。 垂直切割钢丝位于高速切割框架 (HSCF) 中，这是一种以高速 (10-30 Hz) 振荡的独特设备，每次双钢丝切割，可切割拥有超光滑的表面和超高精度的产品。 高速切割框架（HSCF） 的线夹配备了断线检测和 艾尔柯瑞特-钢丝辅助机制（Aircrete-Wire-Assist）。 随着坯体的移动，可调节的槽刀可以在坯体顶部进行切槽。
最外面的垂直切割钢丝去除了坯体侧面的废料，留下了光滑的表面。 这些半成品废料被导入到废料槽中，并通过一个沟壑冲洗到位于真空吸罩机下方的废料泥浆坑中。 如果生产的砌块/板材留下大的边皮废料（例如 6米长的坯体，切割200 毫米的砌块留下 一排100 毫米砌块），Aircrete 有一个特殊的自动解决方案（作为备选）来自动去除稍大的废料边皮。 当坯体到达第二工段时，切割就完成了。 水平切割钢丝和垂直切割钢丝被特殊的推杆机制“抓住”，因此可以防止因拉丝而损坏产品， 随后推杆缩回，承载坯体的 u 型钢托/钢板条再次降落到空的蒸养框架上（图 9）。
图 9：真空吸尘罩机前 100mm 厚的整模产品
带坯体的蒸养框架由真空吸罩机下方的动力滚轮运输到下一个工位，真空吸罩机的作用是去除顶皮和端皮。同时，将留在第一工段的空蒸养框架转移到第二工段，以接收下一个循环的重载坯体的U型钢锻/板条。将真空罩轻轻降低到与坯体顶部接触，启动电动风扇产生部分真空去除外皮，已经吸附顶皮的真空吸罩盖升起，且风扇保持运转。同时，坯体两侧的针床系统去除了坯体两端废料。底部碎屑去除系统具有一个扩展的驱动机构，可去除短坯的末端废料，然后真空吸罩机从坯体的侧面带走废料，并置入废料坑。此时针床系统归到原始位置，端皮落入废料坑中，并且停止向风扇供电，从而真空吸罩机吸取的顶部废料也落入坑中。动力强大的废浆坑内搅拌器将废料分解成废浆回收利用。碎屑吸尘罩可去除坯体上残留的任何碎屑。
该工艺的一个重要特点是，通过卧式切割的方式，所有切口在切割后都留有切割间隙，因此产品没有发生粘连的风险。 此外，这些切割间隙将确保更好和更有效的蒸养工艺效果。
一旦完成切割，带有坯体的蒸养框架就会被滚轮输送到堆垛机旁。 自动堆垛插销机器手自动放置销钉以确保操作员的最佳安全性和效率，销钉用于将一个重载坯体的蒸养框架支撑在蒸养框架上，作为框架之间的垫片。 堆垛机将三垛叠放在一起，三垛产品被运送到蒸压釜进行下一步生产工序。
项目准备和实施
凭借在设计和实施复杂改造项目方面的骄人业绩，艾尔柯瑞特明白，所有利益相关者团队之间的全面规划和协调对于确保顺利安装、最大限度地减少停机时间和减少生产过程中断至关重要。 在整个工程和制造阶段，所有团队齐心协力，确保最有效的旧设备拆除过程、调整基础所需的土建工程以及新艾尔柯瑞特 Aircrete 设备的安装和调试。 明确的范围划分和职责是该项目成功执行的基础，作为技术合作伙伴而不仅仅是设备供应商，Aircrete 确保在项目完成后有额外的团队留在现场，以确保生产的顺利并提供生产流程 以及有关生产 AAC 板材的规划支持。
未雨绸缪 – 趋向未来
建筑的未来在于绿色、可持续和装配式建筑解决方案。 Aercon 公司拥有现代化工厂，是美国第一家采用 艾尔柯瑞特Aircrete 卧坯切割技术的工厂，Aercon已准备好乘风破浪，未来一片光明。 除了一直供应美国当地市场的墨西哥AAC板材外，美国现在拥有自己的本地资源，可提供大量的高品质不同规格的AAC板材，这是在短期内加速市场增长的重要一步（图 . 10).
图 10：在预养过程中仔细监控生产的“第一模”。