CN102060495B - 一种秸秆保温板的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种秸秆保温板的制备方法，采用了煅烧脱硫石膏、双飞粉、普通硅酸盐水泥、乳胶粉、表面活性剂、农作物秸秆粉、玻化微珠和水等原料，再采用搅拌混合、浇注成型养护等步骤制备。本方法制得的秸秆保温板，具有制备成本低、便于生产、力学性能、耐火性和耐久性良好，以及具有良好抗裂性和热工性能等优点，为广大农村提供一种性能优良的建筑墙体材料。

Description

一种秸秆保温板的制备方法

技术领域

本发明属于村镇建筑材料和固体废弃物再生利用技术领域，具体涉及一种用于村镇建筑的墙体围护和保温材料的保温板制备方法。

背景技术

以前村镇建设中使用农作物秸秆主要是用于夯土墙等生土建筑，传统的生土材料主要是采用粘土和农作物秸秆制备，利用粘土的絮凝结构特性使生土材料在干燥后产生强度，同时利用秸秆的纤维增韧特性来提高生土材料的抗裂性。但是随着农村经济的快速发展，农村居民对住宅的需求也日益增大，农村修建住宅使用的建筑材料主要是粘土砖、石头、混凝土砌块和木材，基本上摒弃了传统的生土材料，而秸秆也几乎不会用于村镇建设。生产粘土砖、石头、混凝土砌块不仅能耗很高而且还会破坏环境，同时也导致大量的村镇建筑成为高能耗建筑，不利于我国的建筑节能和经济的可持续发展。

农作物秸秆(以下简称秸秆)产生量大，来源广泛，可以再生，是主要的农业固体废弃物之一，如果秸秆得到有效利用，将会成为一种丰富的资源，因此秸秆被誉为“第二森林”。我国农作物秸秆总产量高达7~10 亿t，其中稻草秸秆2.3亿t、玉米秸秆2.2 亿t、小麦秸秆1.2亿t、豆类和秋杂粮作物秸秆1亿t、花生等作物秸秆1亿t。稻草秸秆量已占世界产量的37%左右，还有大量的野生植物秸秆，成为宝贵的可再生资源。但是秸秆综合利用成本高、经济性差、产业化程度低，造成秸秆产生区域性、季节性、结构性过剩。从整体上来看，我国秸秆利用率和利用水平都比较低。由于秸秆得不到合理利用，一些区县出现大面积焚烧秸秆的情况，严重污染空气，并威胁航空及高速公路的交通安全。此外，由于技术和观念问题，秸秆综合利用目前很少考虑将其用于制造建筑材料。根据国内外秸秆综合利用的发展和现状来看，除了将秸秆作为生物质资源以外，利用秸秆制作板材等建筑材料仍然是能够大量利用秸秆的有效途径。如果能够有效地利用我国丰富的秸秆资源，制造价格低廉的可用于村镇建筑的墙体材料，不仅可以降低村镇建筑造价，而且可以推动农作物秸秆的资源综合利用。

目前，秸秆已经被看作是可再生的资源，我国很多省市都已经采取多种措施推进秸秆的资源综合利用，已经开发出了很多种利用秸秆制造的建筑材料和制品，如用于制作家具的中低密度秸秆装饰板，可以作为外墙装饰的水泥基秸秆装饰板，还有秸秆纤维增强硅酸钙板、氯氧镁水泥装饰板，等等。由于制作秸秆人造板时需要添加有机粘接剂，造成秸秆板材甲醛超标。同时，秸秆板材存在耐久性差、易变形、防火性较差等诸多问题，导致国内多条秸秆板材生产线大幅减产甚至最终停产。在西方发达国家，由于秸秆资源相对匮乏，很多秸秆板材生产企业因缺乏秸秆资源，已经倒闭或者转移到其他秸秆资源丰富的国家。除了用秸秆制造主要用于室内装饰和家具的中低密度秸秆装饰板，目前一些企业也利用秸秆制造外墙装饰板。秸秆外墙装饰板具有质量轻、易安装、价格低、色调丰富等优点。这些厂家通常利用氯氧镁水泥作为固结材料制备秸秆板材，但是氯氧镁水泥秸秆板材耐水性差，易变形翘曲，应用时需要对板材表面进行较为复杂的处理，而且氯氧镁水泥秸秆板材制备成本相对较高，因此用于村镇建筑的外墙装饰必然会增加村镇建筑的建造成本。因此，目前秸秆外墙装饰板材主要用于别墅等小型建筑。为了提高秸秆外墙装饰板的耐水性，一些研究人员采用低碱度水泥来制备秸秆板材，如硫铝酸盐水泥，但是硫铝酸盐水泥价格较高，而且硫铝酸盐水泥水化时，其pH值仍然可以达到11，碱性环境也会使秸秆膨胀并加快秸秆纤维的降解，造成秸秆装饰板耐久性降低。此外，现有的秸秆装饰板生产工艺仍然较为复杂，生产设备投入较大，也不利于秸秆装饰板在广大农村推广应用。

故如何有效地利用秸秆，开发一种制备成本低、便于生产、综合性能良好的秸秆保温板，成为本领域有待解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对传统村镇建筑能耗很高、建造成本较高，且大量农作物秸秆无法利用等问题，开发一种制备成本低、便于生产、力学性能、耐火性和耐久性良好，以及具有良好抗裂性和热工性能的秸秆保温板，为广大农村提供一种性能优良的建筑墙体材料。

为了解决上述技术问题，本发明中采用了如下的技术方案：

一种秸秆保温板的制备方法，其特征在于，采用了如下配比比例的材料：

煅烧脱硫石膏：700~900kg

双飞粉：60~260kg

普通硅酸盐水泥：20~35kg

乳胶粉：3~9kg

表面活性剂:2~11kg

农作物秸秆粉：2~4 m³

玻化微珠：1~3m³

水：1200~2000kg

采用如下步骤制备：a、将上述质量份比例的煅烧脱硫石膏、双飞粉、乳胶粉和普通硅酸盐水泥搅拌混合均匀，加水拌合后形成无机胶凝剂待用；b、将上述质量份比例的表面活性剂，加入按照表面活性剂20~30倍称量的水，混合搅拌至气泡大量生成时待用；c、将b步骤制得的混合物加入到a步骤制得的无机胶凝剂中，搅拌混合形成可流动的浆体；d、再将农作物秸秆粉加入到浆体中搅拌混合均匀形成保温材料料浆；e、再将所述保温材料料浆浇注到模具，静置2~3小时后拆模，室外养护7~14天即可。

本技术方案中，采用的煅烧脱硫石膏可以直接从电厂购买，其主要成分为半水石膏，加水拌合后，很快溶解于水，生成不稳定的过饱和溶液，溶液中的半水石膏经过水化反应转化为二水石膏；由于二水石膏比半水石膏的溶解度低，所以二水石膏在溶液中处于高度过饱和状态，二水石膏晶体很快析出，同时浆体中的自由水也因水化和蒸发而逐渐减少，使得浆体逐渐减少，结晶颗粒之间的距离减小，晶体形成凝聚结构，具有凝结硬化快、早期强度发展快的特点，使本发明涉及的秸秆保温板在生产时可以快速脱模。同时半水石膏凝结硬化过程的微膨胀特性也有助于显著降低秸秆保温板的干燥收缩率，提高秸秆保温板的抗裂性。

其中采用的双飞粉为重质碳酸钙粉体，此处采用双飞粉可以起到提高新拌料浆流动性的作用。

其中采用的普通硅酸盐水泥是作为凝胶材料，同时作为防水剂以有效地提高石膏秸秆装饰板的耐水性；实施时优先采用42.5级普通硅酸盐水泥使得效果更好。

其中采用的乳胶粉为日常化工产品，添加它后可以显著改善半水石膏等无机胶凝材料与农作物秸秆的界面粘结强度，提高成型秸秆保温板的密实度和耐水性，并有助于提高秸秆保温板的抗裂性；实施时优选采用可再分散性乳胶粉，可使得效果更好。

其中采用的表面活性剂，是指能形成吸附界面膜，降低表面张力的物质；表面活性剂具有润湿和分散作用并且在水-半水石膏体系中搅拌时能够捕获大量空气，使半水石膏浆体搅拌后，形成含气量极大的水-空气泡-半水石膏胶凝材料体系，由于水-空气泡具有良好的滚珠润滑作用，使原材料经过短时间搅拌后就可以形成流变性极好的类似于微沫的轻质料浆，以确保保温板更容易成型。由于料浆中含有大量的空气泡，料浆凝结硬化以后，保温板中会含有大量的封闭孔，将显著改善保温板的热工性能，有助于降低村镇建筑的建筑使用能耗。实施时优选采用皂角苷非离子型表面活性剂，可使得效果更好。

其中采用的农作物秸秆粉，是指选自水稻、小麦和玉米等农作物秸秆，再破碎为长度1~5mm的纤维状秸秆粉；添加秸秆粉可以有效地提高保温板的抗裂性，通过半水石膏的微膨胀和秸秆纤维的增韧，从而有效抑制保温板的开裂问题，提高村镇建筑的热工性能和美观性。

其中采用的玻化微珠是现有的化工原料，通过掺加玻化微珠可以显著降低保温板的干密度和导热系数，并提高保温板的耐火性。

本技术方案制备步骤中，a步骤中，优选采用强制式搅拌机搅拌60秒后可使得混合均匀，加水后可再拌合60~90秒使其混合均匀，加入水量为总用水量减去后续步骤用水量。b步骤中，表面活性剂可采用精度0.1g的电子称称量，可保证表面活性剂用量精确；所述气泡大量生成时是指气泡生成速率相对最大的时候，一般采用高速搅拌器搅拌120~180秒后即为该时刻。c步骤中，一般搅拌30~60秒，即可形成流动性良好的微沫浆体。d步骤中，一般搅拌30~60秒，即可形成流动性良好的秸秆保温材料料浆。e步骤中，具体实施时，可在常温下静置2~3小时后拆模；拆模后养护时需防雨；所述“养护”是指将拆模得到的板坯搁置于室外一段时间待其自然干燥硬化的工艺。

技术方案中，先将煅烧脱硫石膏、双飞粉、乳胶粉和普通硅酸盐水泥加水拌合均匀后；再加入拌合均匀的表面活性剂与水的混合物；最后再加入农作物秸秆粉进行混合。采用这样先后顺序可以降低最终制得的秸秆保温板的干密度和导热系数。

本发明在实际应用时可以采用浇注方式成型。本发明涉及的秸秆保温材料无需采用特殊搅拌设备和施工设备，施工方便，原材料成本低，热工性能、力学性能和保温性能均能满足村镇建筑的应用要求。本发明用于村镇建筑内外墙体的围护时，常规的粘接和锚固工艺即可满足要求；秸秆保温板与混凝土、页岩砖、砌块、石材等基层的粘接强度较高；秸秆保温板耐火性好，体积稳定性好，不易出现开裂和翘曲等质量问题。

申请人根据国内外秸秆板材的研究与应用现状，在本发明中采用煅烧脱硫石膏作为固结材料，通过在煅烧脱硫石膏中掺加秸秆纤维作为增强和增韧材料，可以有效地提高石膏秸秆装饰板的可加工性和抗裂性，同时通过掺加少量普通硅酸盐水泥作为防水剂以有效地提高秸秆保温板的耐水性，秸秆装饰板表面可以采用无机涂料来提高装饰效果。根据前期的探索性试验，在脱硫半水石膏中掺加其掺量2%～5%的水泥，可以明显改善秸秆板材的耐水性，同时固结材料液相的pH值也小于11，有利于降低秸秆的降解速率，提高秸秆装饰板的耐久性。本发明用于外墙装饰板时，添加的玻化微珠等轻质保温材料作为填料，可以改善秸秆装饰板材的热工性能，使其具有良好的保温隔热性，同时也可以使板材具有良好的防火性能。当本发明用于内墙装饰时，也具有一定的吸音和调节室内湿度的功能，能够提高居住环境的舒适度。同时由于煅烧脱硫石膏凝结硬化速度快，可以实现板材的快速脱模，缩短模具周转周期，提高板材生产速度，有助于降低板材生产成本，还可以有效地促进我国煅烧脱硫石膏的资源综合利用。

本发明主要利用了燃煤电厂流化床锅炉的脱硫石膏作为胶凝材料，为低成本制备石膏秸秆保温板开拓一条新的途径，特别为电厂附近的广大农村可提供高性能生土建筑材料，同时也解决燃煤电厂脱硫废弃物和农村农作物秸秆的综合利用问题。

本发明还具有以下优点：

（1）本发明所使用的主要原材料煅烧脱硫石膏、农作物秸秆，均为来源广泛、价格低廉的材料，因此生产成本低，便于推广应用。

（2）表面活性剂在水中经搅拌后形成的水-空气泡-胶凝材料体系具有良好的滚珠润滑作用，可以显著提高秸秆保温材料料浆的流动性，便于浇注成型，并显著降低秸秆保温板的干密度和导热系数。

（3）利用半水石膏凝结硬化快、微膨胀的特点，可以显著提高秸秆保温板的早期强度，缩短硬化时间，可以实现快速拆模，且干燥收缩率明显降低，随着半水石膏掺量的提高，秸秆保温板的干燥收缩逐渐减小，有助于提高秸秆保温板的抗裂性。

（4）通过掺加聚合物乳胶粉，可以显著改善半水石膏等无机胶凝材料与农作物秸秆的界面粘结强度，提高成型后砂浆的密实度和耐水性，并有助于提高秸秆保温板的抗裂性。

（5）在秸秆保温板中掺加玻化微珠，有助于降低保温板的干密度和导热系数，同时可以提高秸秆保温板的耐火性。

（6）经实验，制得的秸秆保温板基材的28d抗压强度最高可以达到2.0MPa，28d抗折强度最高可以达到0.8MPa；干燥收缩值很小，随着煅烧脱硫石膏掺量增加，还可以产生微膨胀，抗裂性很好；而干密度低于800 kg/m³，导热系数可以低至0.170W/(m·K)，是一种具有保温抗裂特性的墙体板材。

具体实施方式

下面结合具体实施例和实验验证数据对本发明作进一步的详细说明。

实施例1

本实施例中采用如下配比比例的材料：

煅烧脱硫石膏：700kg

双飞粉：260kg

42.5级普通硅酸盐水泥：35kg

可再分散乳胶粉(EVA)：3kg

皂角苷非离子型表面活性剂:2kg

玉米秸秆粉：2m³

玻化微珠：1m³

水：1200kg

采用如下步骤制备：

a、将上述质量份比例的煅烧脱硫石膏、双飞粉、可再分散乳胶粉和42.5级普通硅酸盐水泥搅拌混合均匀，加水拌合后形成无机胶凝剂待用；b、将上述质量份比例的皂角苷非离子型表面活性剂，加入按照表面活性剂20~30倍称量的水，混合搅拌至气泡大量生成时待用；c、将b步骤制得的混合物加入到a步骤制得的无机胶凝剂中，搅拌混合形成可流动的浆体；d、再将玉米秸秆粉加入到浆体中搅拌混合均匀形成保温材料料浆；e、再将所述保温材料料浆浇注到模具，静置2~3小时后拆模，室外养护7~14天即可。

实施例2

本实施例中采用如下配比比例的材料：

煅烧脱硫石膏：750kg

双飞粉：210kg

42.5级普通硅酸盐水泥：30kg

可再分散乳胶粉(EVA)：5kg

皂角苷非离子型表面活性剂:5kg

玉米秸秆粉：3m³

玻化微珠：1m³

水：1400kg

具体制备步骤同实施例1。

实施例3

本实施例中采用如下配比比例的材料：

煅烧脱硫石膏：800kg

双飞粉：154kg

42.5级普通硅酸盐水泥：30kg

可再分散乳胶粉(EVA)：8kg

皂角苷非离子型表面活性剂:8kg

玉米秸秆粉：3m³

玻化微珠：2m³

水：1550kg

具体制备步骤同实施例1。

实施例4

本实施例中采用如下配比比例的材料：

煅烧脱硫石膏：850kg

双飞粉：107kg

42.5级普通硅酸盐水泥：25kg

可再分散乳胶粉(EVA)：8kg

皂角苷非离子型表面活性剂:10kg

玉米秸秆粉：4m³

玻化微珠：2m³

水：1700kg

具体制备步骤同实施例1。

实施例5

本实施例中采用如下配比比例的材料：

煅烧脱硫石膏：900kg

双飞粉：60kg

42.5级普通硅酸盐水泥：20kg

可再分散乳胶粉(EVA)：9kg

皂角苷非离子型表面活性剂:11kg

玉米秸秆粉：4m³

玻化微珠：3m³

水：2000kg

具体制备步骤同实施例1。

本实施例1～5的秸秆保温板均可作村镇建筑内外墙体保温围护材料，其中，实施例1为力学性能最佳的配合比；实施例5是导热系数最低的配合比。

实验结果

将实施例1、实施例3和实施例5中的原材料混合搅拌均匀并按照国家标准《建筑保温砂浆》(GB/T20473—2006)的要求成型试件，测试力学性能、导热系数和干燥收缩。实验方法和结果如下：

1） 试件的抗折强度和抗压强度的测定参照《建筑砂浆基本性能试验方法》（JGJ70—2009），试验结果见表1。

表1秸秆保温板基材的力学性能/MPa

                                                 

2）玻化微珠保温砂浆的线收缩率测定参照《建筑砂浆基本性能试验方法》（JGJ70—2009），试验结果见表2。

表2 秸秆保温板基材的线收缩率(%)

龄期	7d	14d	28d
				实施例1	0.02	0.04	0.05
实施例3	0.03	0.05	0.07
				实施例5	0.05	0.07	0.1

注：负值为收缩值，正值为膨胀值。

3）玻化微珠保温砂浆的干密度和导热系数测定参照《建筑保温砂浆》(GB/T20473—2006)，试验结果见表3。

表3 秸秆保温板基材的干密度和导热系数

实施例	干密度(kg/m3)	导热系数(W/(m·K))
			1	796	0.240
3	768	0.200
			5	715	0.170

根据以上试验数据可以看出，本发明涉及的秸秆保温板干密度小于800kg/m³，28d抗压强度最低值为1.0MPa，最高值可以达到2.0MPa；导热系数最大值为0.240 W/(m·K)，最低值可以达到0.170 W/(m·K)，明显低于普通的烧结粘土砖[烧结粘土砖的导热系数约为0.80~1.0W/(m.K)]，热工性能明显优于目前村镇建筑常用的外墙墙体材料。而且，本发明涉及的秸秆保温板基材的线收缩率小于国家标准《建筑保温砂浆》(GB/T20473—2006)要求的保温砂浆线收缩率应小于0.3%的限值，说明本发明的抗裂性很好，在实际使用中不易产生干燥收缩裂缝，有助于提高秸秆保温板的保温性能，避免了秸秆保温板在使用过程中因开裂产生渗漏导致保温性能明显下降的风险。

其中实施例5导热系数最低，热工性能最佳；实施例1力学性能最佳，早期强度亦最佳，有助于加快施工速度；实施例3经济性好，且其力学性能、热工性能良好，可以作为实际生产的最佳配合比。 

Claims (1)

1.一种秸秆保温板的制备方法，其特征在于，采用了如下配比比例的材料：

煅烧脱硫石膏：700~900kg

双飞粉：60~260kg

普通硅酸盐水泥：20~35kg

乳胶粉：3~9kg

表面活性剂:2~11kg

农作物秸秆粉：2~4 m³

玻化微珠：1~3m³

水：1200~2000kg

采用如下步骤制备：a、将上述质量份比例的煅烧脱硫石膏、双飞粉、乳胶粉和普通硅酸盐水泥搅拌混合均匀，加水拌合后形成无机胶凝剂待用；b、将上述质量份比例的表面活性剂，加入按照表面活性剂20~30倍称量的水，混合搅拌至气泡大量生成时待用；c、将b步骤制得的混合物加入到a步骤制得的无机胶凝剂中，搅拌混合形成可流动的浆体；d、再将农作物秸秆粉加入到浆体中搅拌混合均匀形成保温材料料浆；e、再将所述保温材料料浆浇注到模具，静置2~3小时后拆模，室外养护7~14天即可。