CN104827545A - 稻草秸秆砖的制备方法及其产品和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及稻草秸秆砖的制备方法及其产品和应用。采用质量分数为2％-5％NaOH溶液对稻草秸秆进行预处理，并从NaOH溶液浸泡浓度、温度、浸泡时间、成型压力大小、自然养护时间五个方面对稻草秸秆的制备方法进行了优化，建立了最佳制备条件及方法。该制作方法简便，成型后的产品体积变化小，密度小，防腐效果及热工性能良好。利用这种制备方法把稻草秸秆制成草砖作为建筑墙体材料有助于提高建筑物的保温隔热性能，也更有利于其在建筑保温方面的应用和推广，特别适用于农业建筑保温方面的应用。

Description

稻草秸秆砖的制备方法及其产品和应用

技术领域

本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种稻草秸秆砖的制备方法及其产品和应用。

背景技术

随着建筑节能和环境保护要求的不断提高，世界各国对建筑节能技术给予了充分的重视。近三十年来，各国在建筑设计和施工、新型建筑保温材料的开发和应用、建筑节能法规的制定和实施、建筑节能产品的认证和管理等方面做了很多的工作，不但节省了大量的能源，取得了可观的经济效益，同时改善了环境，降低了对大气臭氧层的破坏。

根据最新的资料统计，全国农作物副产的秸秆每年有7亿吨，居世界首位。但是我国目前对这些秸秆的开发利用率还比较低，大量的秸秆在田间焚烧，既造成严重的大气污染，破坏了生态环境，又浪费了宝贵的可再生资源。随着我国对建筑节能工作的逐步重视，新型建材对取代黏砖，节约土地，保护子孙后代的生存条件具有重要意义，农业秸秆作为新型建筑材料是完全可行的。新型秸秆墙体材料有望成为建筑材料中的一支重要方面军。

稻草秸秆是一种绿色环保的可再生资源，把稻草秸秆制成草砖作为建筑墙体材料有助于提高建筑物的保温隔热性能。草砖制作成型的方式一般有以下三种：1、打捆机压缩秸秆后用金属网绑扎的普通草砖成型；2、用秸秆、石灰浆、水按一定配合比混合后压缩成型；3、高温蒸压秸秆后压缩成型。从制作工艺的简便性、成型后的体积变化及防腐效果和热工性能等多方面综合考虑，方法一操作麻烦，稻草之间的粘接能力较差，成型后的草砖因为金属网的存在重量较大不利于施工，并且防腐能力较差。方法二成型后的草砖自重较大，结构组成复杂，将对其保温性能造成影响。方法三成型所需外界条件较高，从而提高了制作成本。由此可见现有的3种方法各有缺陷，不能很好的发挥草砖的作用，现需要一种克服上述缺陷的制备方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种稻草秸秆砖的制备方法，该方法制作工艺更简便，得到的稻草秸秆砖成型后体积变化小，防腐效果和热工性能较好；目的之二在于提供一种稻草秸秆砖；目的之三在于提供该稻草秸秆砖在制备农业建筑保温材料中的应用。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

稻草秸秆砖的制备方法，其步骤如下：

(1)将稻草秸秆进行切割；

(2)将切割完成的稻草秸秆浸没于质量分数2％-5％的NaOH溶液中，搅拌均匀并浸泡20-24小时；

(3)将浸泡好的稻草秸秆用筛网进行过滤，并用水清洗3-4次，将降解的稻草纤维素、半纤维素、木质素等成分过滤掉，同时降低稻草秸秆表面NaOH溶液的浓度，减少后面其对模具的影响；

(4)在压力为20-25kN下，对过滤好的稻草秸秆进行脱水处理和冷压成型，脱水处理中的水经过引流装置进行收集后进行回收利用；

(5)将拆模后得到的砖在温度为20-30℃，湿度45-80％环境下进行自然养护20～25天，即得稻草秸秆砖。

进一步，将收集回的稻草秸秆处理为3-4cm长度，通过前期模拟不同长度秸秆制砖试验表明该长度范围内的稻草秸秆软化成型效果更明显。

进一步，所述步骤(2)氢氧化钠溶液温度为10-40℃。

进一步，将收集回的稻草秸秆，使用质量分数5％的NaOH溶液浸泡24小时。

进一步，对稻草秸秆进行脱水处理和冷压成型时，压力保持半小时后进行拆模。

进一步，拆模后得到的砖自然养护25天。

采用质量分数2％-5％氢氧化钠溶液碱性处理稻草秸秆的成型方法。其原理为：氢氧化钠的强碱性能很好的降解稻草中纤维素、半纤维素、木质素等成分，秸秆经碱性处理后表面形貌发生很大变化，内、外表面由光滑、紧密状变成有凹凸裂纹状、比表面积增加，横截面蜂窝状结构消失，表面蜡质及连接纤维的部分木质素、半纤维素等成分被去除，接触角变小，表面能和粘附功变大,使其很好的粘接在一起，便于压缩成型；软化后的草砖结构为密实的稻草秸秆，能起到很好的保温效果；氢氧化钠溶液的强碱性本身就具备很好的杀菌防腐能力，从而使得制成的草砖满足防腐要求。

利用所述制备方法制得的草砖在农业建筑保温方面的应用，将草砖与空心混凝砖复合，组成草砖混凝土复合砌块，达到既能保温又能承重的复合砌块，主要应用于农村建筑。

本发明的有益效果在于：本发明提供了一种稻草秸秆砖的制备方法，该制作方法简便，成型后的稻草秸秆砖体积变化小，密度小，防腐效果及热工性能良好，并且该方法使用的稻草秸秆资源丰富，成本低，有利于大规模生产。本发明制成的稻草秸秆砖作为建筑墙体材料有助于提高建筑物的保温隔热性能，将其与空心混凝土组成复合砌块，这种草砖混凝土复合砌块不仅具有保温隔热性能也具备一定的承重能力，其有利于在农业保温建筑材料中的应用和推广。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为质量分数3％氢氧化钠浸泡制得的稻草砖导热系数测试曲线；

图2为质量分数3％氢氧化钠浸泡制得的稻草砖导热热阻测试曲线；

图3为所制得稻草秸秆砖的成品图；

图4为草砖和混凝土空心砌块复合后用ANSYS模拟出的导热分析图；

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

稻草秸秆砖的新型制备方法，其步骤如下：

(1)将稻草秸秆进行切割；

(2)将切割完成的稻草秸秆浸没于NaOH溶液中，搅拌均匀并浸泡一段时间；

(3)将浸泡好的稻草秸秆进行过滤，并用水清洗3-4次；

(4)将过滤好的稻草秸秆进行脱水处理和冷压成型；

(5)将拆模后得到的砖进行自然养护，即得稻草秸秆砖。

实施例1稻草秸秆砖的制备方法条件的优化

本发明从NaOH溶液浸泡浓度、温度、浸泡时间、成型压力大小、自然养护时间五个方面对稻草秸秆的制备方法进行了优化，建立了最佳制备条件及方法，并通过测定其物理特性及导热系数证实了方法的可靠性。

1、NaOH溶液浸泡浓度的确定

为了探究不同浓度氢氧化钠溶液对稻草砖物理特性的影响，用质量分数1％、2％、3％、4％，5％、6％、7％，8％的氢氧化钠溶液对稻草秸秆进行浸泡软化处理后分别压制成8组试件，每组3个。尺寸统一为：160×40×40mm，拆模后分别进行标注。养护完成后对8组试件进行尺寸测量，根据尺寸变化算出各组试件的体积变化率；对其表观密度进行测试；参照GB/T 1931-2009《木材含水率测定方法》得出各组试件的含水率；得到的相关数据见表1。

表1不同浓度NaOH溶液浸泡的稻草砖物理特性

由表1可知在8组试件中，随着氢氧化钠浸泡溶液浓度的提高，稻草砖体积收缩率增大；其表观密度和含水率随之升高。1％-5％试件中的稻草砖含水率都在秸秆的公定含水率10％以内，且体积收缩率和表观密度都较小，1％试件与2％试件各项数据相差无几，但1％NaOH溶液浸泡后的稻草秸秆之间粘结力不够，成型比较困难，容易解体；6-8％试件中的稻草砖含水率都在秸秆的公定含水率10％以上，体积收缩率和表观密度相对前面五组试件上升较大，且随着NaOH溶液浓度过高，成本也随之增加，且不易处理。综合全面因素考虑，本发明采用2％-5％浓度的氢氧化钠溶液浸泡稻草压缩制成的草砖体积变化率较低，成型效果好，且粘结和防腐效果优异；其密度远远小于农村建筑常用的混凝土砌块(1900-2500kg/m3)和烧结砖(800-1100kg/m3)，不仅减轻了房屋自重，也便于施工，加快施工进度。

2、浸泡温度的确定

通过用各种温度条件下的氢氧化钠对稻草秸秆进行浸泡，发现秸秆经碱性处理后表面形貌均有一定程度的变化，内、外表面由光滑、紧密状变成有不同程度的凹凸裂纹状，本发明在10～40℃条件下浸泡效果更优。

3、浸泡时间的确定

将从农村收集回的稻草秸秆处理为3-4cm长度，用温度为30℃，质量分数2％-5％的NaOH溶液浸泡稻草秸秆，将稻草秸秆均匀置于溶液中。每种浓度做多组试件，每隔一小时采用失重率法对稻草秸秆的软化程度进行观察测试，其原理为：稻草秸秆在氢氧化钠溶液的降解作用下，其所含的木质素、半纤维素等成分损失，秸秆重量亦逐渐降低，通过测定秸秆失重率就能反映其软化程度。试验结果表明，稻草秸秆随着时间逐渐软化，24小时后重量逐渐稳定，适宜软化时间在20-24小时。

4、成型压力大小的确定

将软化好的稻草秸秆用筛网进行过滤，并用水清洗3-4次，将降解的稻草纤维素、半纤维素、木质素等成分过滤掉，同时降低稻草秸秆表面NaOH溶液的浓度，减少污染和腐蚀性；而后将过滤好的稻草秸秆装入准备好的模具中，用万能压力试验机冷压成型，记录压力的大小；试件达到尺寸后，压力机保压半小时后进行拆模，根据成型效果确定适宜的压力大小为20-25kN。

5、自然养护时间的确定

试件在温度为20-30℃，湿度45-80％环境下进行自然养护。每天对其尺寸和重量进行观察测试，发现48小时后试件尺寸基本没什么变化，自然养护20～25天后重量趋于稳定。

实施例2稻草秸秆砖制备方法的试验验证

1、稻草砖的导热性能研究

本次测试采用DRCD-3030型智能化导热系数测定仪对稻草砖的热工性能进行测试，测试时取主板温度35℃，冷板温度15℃。试验采用从农村收集回的稻草秸秆，统一处理为3-4cm长度，秸秆无腐烂现象。制成草砖标准尺寸为300mm×300mm，厚度10-40(mm),优选厚度为25mm，稻草砖尺寸要符合测试设备对试件的要求。分别用质量分数1％、2％、3％、4％，5％、6％、7％，8％的氢氧化钠溶液对稻草秸秆进行浸泡软化处理后分别压制成300mm×300mm×25mm的标准试件八组，每组3个。自然养护后分别进行导热系数和导热热阻的测定，图1为以质量分数3％氢氧化钠浸泡制得的稻草砖导热系数测试曲线；图2为以质量分数3％氢氧化钠浸泡制得的稻草砖导热热阻测试曲线，各组记录测试结果见表2。

表2不同浓度NaOH溶液浸泡成型的稻草砖试件导热系数和热阻

从表2可见1％-8％浓度的氢氧化钠溶液浸泡稻草秸秆成型的稻草砖导热系数为0.033-0.231W/(m·K)，都远远小于农村建筑常用的混凝土砌块导热系数1.51W/(m·K)和烧结砖导热系数0.45-0.81W/(m·K)；这是由于稻草秸秆经2％-5％的NaOH溶液浸泡处理成型后，稻草秸秆基本呈现片状结构，稻秸之间的孔隙率减小，空隙较小且分布均匀，孔隙间空气的流动性差，稻秸砖的传热主要靠空气导热为主，具有较好的绝热特性。但相对1％-5％试件，6％-8％试件稻草砖导热系数增长过快，结合前面对这八组试件物理特性的试验结果分析，得出2％-5％试件稻草砖在导热系数和物理特性方面都比较适宜。

以上研究表明，2％-5％浓度氢氧化钠溶液浸泡稻草秸秆20-24小时制成的稻草砖体积变化较小，收缩率在2.84％-5.34％之间；成型效果好且粘接和防腐性能优异；密度为218-248kg/m3，导热系数为0.038-0.086W/(m·K)；都远远小于农村建筑常用的混凝土砌块和烧结砖。且制作工艺简便，有利于加快施工进度，成本低。满足了草砖的成型并使其具备了很好的保温性能，为稻草砖成型提供了新的途径；该创新性发明将为农业建筑保温稻草砖提供更适宜的成型方法，推动我国新农村建设的发展。

通过此方法成型后的稻草秸秆砖体积变化小，密度小，其成品见图3，进一步将草砖与空心混凝砖复合，组成草砖混凝土复合砌块，达到既能保温又能承重的复合砌块，其草砖和混凝土空心砌块复合后用ANSYS模拟出的导热分析见图4，导热分析表明其保温性能优良。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (8)

1.稻草秸秆砖的制备方法，其特征在于：

(1)将稻草秸秆进行切割；

(2)将切割完成的稻草秸秆浸没于质量分数2％-5％的NaOH溶液中，搅拌均匀并浸泡20-24小时；

(3)将浸泡好的稻草秸秆进行过滤，并用水清洗3-4次；

(4)在压力大小为20-25kN下，将过滤好的稻草秸秆进行脱水处理和冷压成型；

(5)将拆模后得到的砖在温度为20-30℃，湿度45-80％环境的下进行自然养护20～25天，即得稻草秸秆砖。

2.根据权利要求1所述稻草秸秆砖的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中稻草秸秆长度为3-4cm。

3.根据权利要求2所述稻草秸秆砖的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中NaOH溶液温度为10-40℃。

4.根据权利要求2所述稻草秸秆砖的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中NaOH溶液质量分数为5％的条件下浸泡24小时。

5.根据权利要求1所述稻草秸秆砖的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中压力保持半小时后进行拆模。

6.根据权利要求1所述稻草秸秆砖的制备方法，其特征在于：拆模后得到的砖自然养护25天。

7.由权利要求1-6任一项所述制备方法得到的稻草秸秆砖。

8.权利要求7所述稻草秸秆砖在制备农业建筑保温材料中的应用。