CN104844091B - 一种适用于生土砌块的生土砌筑粘结材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种适用于生土砌块的生土砌筑粘结材料及其制备方法。本发明属于建筑材料技术领域，提供一种可改善生土材料的物理力学性能、抗裂性以及耐久性，具有就地取材、简单易行、经济环保的适用于生土砌块的生土砌筑粘结材料及其加工方法，本发明包括以下组份：80‑88%生土，5‑10%水泥，5‑10%活性混合材，1‑2%超轻骨料和1‑2%外加剂；通过生土预处理、备料、制备混合料，最后得浆状生土砌筑粘结材料；本发明有节能环保、可循环再生、保水性好、粘结强度高、抗裂性好、成本低、取材方便、经济实用、生产过程简单、设备投资小、且操作简便、便于实施推广，还有保持了传统生土材料的颜色、质感的特点。

Description

一种适用于生土砌块的生土砌筑粘结材料及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，特别涉及一种适用于生土砌块的生土砌筑粘结材料及其制备方法。

背景技术

生土泛指未经焙烧而仅仅经过简单密实加工的原状土类材料，从人类社会形成以来，生土一直是最主要的建筑材料，中国的生土建筑已经至少有6000多年的历史，许多古老的生土建筑保存至今，成为中华文明的见证和历史瑰宝。我国农村至今尚有1亿多人居住在各种类型的生土建筑中。

随着时代的进步，社会经济的发展，广大农村建房已逐步用黏土砖代替土坯、土夯墙体，使这一古老的建筑材料走向消亡。随着人们对建筑材料生产环节低能耗、低污染、低排放要求以及使用环节生态功能要求的不断提高，科研人员开始重新审视生土这一传统绿色建材。

生土材料就地取材，不需要高温焙烧，经过简单加工就可以用于修建生土建筑。而且生土建筑废弃后，生土材料可以直接还田作为耕种土壤或再次用于修建生土建筑，因此生土材料是一种可重复利用的节能环保材料。在当前我国开展的新农村建设当中，如能利用当地生土材料开发制备建筑材料，其具有的再生、节能和环保的特点，对于发展循环经济、促进我国农村经济持续发展具有十分重要的现实意义，且十分广阔的应用前景。

传统的生土材料和水泥基材料相比，其强度、耐水性等性能均明显较差；但生土材料具有可循环利用、取材方便、环境协调性以及热工性能好、造价低廉等特点，是典型的生态型建筑材料。因此，如果能够利用现代工业技术改进古老的生土材料，使其获得较高的强度和良好的耐久性，就可能使生土成为广大农村地区重要的建筑材料，也可能使传统生土建筑重新焕发生机。

国内对于生土材料的研究主要以天然生土为主要材料，添加植物纤维、水泥和其他添加剂加水拌合后压制成型生土墙体材料，如生土砌块等，具有生产工艺简单、可循环使用并易于降解、保温隔热性能好、造价低廉、保持传统生土墙体机理和质感等特点，是一种适用于村镇建筑及旅游建筑的绿色环保墙体材料，既可用于替代传统夯土、土坯，也可替代实心粘土烧结砖作为村镇建筑的墙体材料。砌块建筑作为一种适合我国国情的建筑形式，具有抗震性能较为突出、施工技术方便、砌筑效率高、工程造价低等优越性，无疑有着广阔的前景。

但是，目前与生土砌块配套的砌筑材料一般采用普通砌筑砂浆，由于普通砌筑砂浆性质与生土砌块物理力学性能相差较大，故在实际应用中必然存在很多弊端，且不利于土体废弃后的循环再利用。因此，目前在建筑行业常用的普通水泥砂浆不能很好地应用到生土砌块的砌筑中。

目前，尚没有关于生土砌筑粘结材料方面的相关专利。生土砌筑粘结材料的开发将充分提高生土材料在我国尤其是贫困农村地区房屋建设中的生态利用价值和发挥空间，进而改善我国农村居民居住环境质量，传承和发扬我国生土建筑文化传统，促进农村建设可持续发展的全面推进。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种可改善生土材料的物理力学性能、抗裂性以及耐久性，具有就地取材、简单易行、经济环保的适用于生土砌块的生土砌筑粘结材料及其加工方法。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种适用于生土砌块的生土砌筑粘结材料，包括以下重量百分比的组份：80-88%生土，5-10%水泥，5-10%活性混合材，1-2%超轻骨料和1-2%外加剂；

所述外加剂包括保水剂、激发剂、增强剂中的一种或任意几种复配；

所述保水剂是低粘度甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素钠或羟乙基纤维素中的一种；

所述激发剂是硫酸钠、氯化钙和硅酸钠的一种或任意几种复配；

所述增强剂是聚合物胶粉、丁苯乳胶、干酪素中的一种或任意几种复配。

在组成所述外加剂的组份中：所述保水剂的重量百分比是0.001-0.004%，所述激发剂的重量百分比是0.5-1.5%，所述增强剂的重量百分比是0.5-1.0%。

所述生土为生土或劣质土；所述劣质土包括盐渍土、砂化土和/或干化河道淤泥。

所述水泥是42.5强度等级硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。

所述活性混合材是硅灰、矿渣微粉、高岭土中的一种或任意几种复配。

所述超轻骨料是膨胀玻化微珠和/或聚苯乙烯泡沫颗粒；

所述膨胀玻化微珠堆积密度120-150 kg/m³；

所述聚苯乙烯泡沫颗粒堆积密度10-21kg/m³，粒度≤5mm。

所述超轻骨料是膨胀玻化微珠和聚苯乙烯泡沫颗粒混用时，比例为1：0.5-1.5，堆积密度62.5-77.5kg/m³。

本发明的制备方法，包括以下步骤：

1）、生土预处理，

将生土过0.50mm筛，除去杂质，待用；

2）、备料，

按所述比例取生土、水泥、活性混合材、超轻骨料，外加剂，混合均匀，得混合料；

3）、制备混合料，

将混合料放入搅拌机中，搅拌过程中加入水，水的加入量为干粉料总重量的31-34%，控制浆体稠度在60-80mm；得浆状生土砌筑粘结材料。

将所述生土砌筑粘结材料使用于生土砌块砌筑后，干燥、固化，干化后生土砌筑粘结材料的干密度是1300-1400kg/m³，抗压强度是5-13MPa。

本发明旨在提供一种生土砌块配套的生土砌筑粘结材料，生土砌筑粘结材料与生土砌块同样采用生土制备，材性相同，通过调整生土砌筑粘结材料的材料组成，使其具有较高强度、良好的抗裂性和耐久性；而且生土砌筑粘结材料在废弃后粉碎即可撒入土中，进入自然循环系统，不对环境造成任何污染隐患和后遗症，这种优势是普通砌筑砂浆不可能实现的。

本发明通过在生土材料中掺加无机胶凝材料、活性混合材等，促使生土材料内部的SiO₂发生一系列的化学变化，胶结成具有一定强度的硅酸盐材料，从而提高生土粘结材料的物理力学性能、抗裂性和耐久性；掺加的激发剂可以提供SO4^2-、OH^-和Ca²⁺，与溶解于液相的Al₂O₃反应生成稳定的钙矾石，从而有利于Ca²⁺扩散到颗粒内部，与内部活性Al₂O₃和SiO₂反应，提高活性激发的程度。掺加的有机聚合物增强材料具有良好的胶合能力、保水性和成膜性，可提高生土浆体的保水率，形成的聚合物胶膜可增强与生土材料的结合，改善生土微观结构，提高生土材料的粘结强度。本发明生土砌筑粘结材料保水性好、稠度合适、凝结时间适宜、强度高、抗裂性和耐久性好，成本低。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1）、节能环保，可循环再生，生土材料中掺加了少量的胶凝材料、活性混合材和外加剂，在生土材料废弃后，可循环再利用。材料废弃粉碎后撒入土中可进入自然循环系统中，也可以破碎后重新生产生土制品，具有绿色建筑材料重复使用和循环使用的特征，保护耕地，具有良好的生态效应；

2）、生土材料改性后各项物理力学性能良好，改性后生土砌筑粘结材料保水性好、粘结强度高、抗裂性好；

3）、保持传统建筑风貌，该生土砌筑粘结材料保持了传统生土材料的颜色、质感，用于房屋建筑时更易保持房屋的传统风貌；

4）、成本低，该生土砌筑粘结材料大量应用地方性生土材料，取材方便，经济实用，节约了材料运输费用。该产品的生产过程简单，设备投资小，并且操作简便，便于实施推广。

具体实施方式

为了理解本发明，下面进行进一步的详细说明，且并不限制本发明。

所述生土砌筑粘结材料，由以下重量比的组份组成：80-88%生土，5-10%水泥，5-10%活性混合材，1-2%超轻骨料，1-2%外加剂和31-34%水；将各组份按比例备料后放入搅拌机中，搅拌混合均匀，向其中加入水再搅拌，制成混合料；

其中，所述超轻骨料为膨胀玻化微珠或聚苯颗粒，膨胀玻化微珠呈不规则球状颗粒，内部多孔空腔结构，表面玻化封闭，光泽平滑，理化性能十分稳定，具有质轻、绝热、防火、吸水率小等优异性能，聚苯颗粒内部含有大量封闭微孔，密度极低、绝热性好、憎水性好。所述超轻骨料不但可改善粘结材料的施工性能，提高粘结材料的保温性能，降低粘结材料的收缩率，而且，超轻骨料使粘结材料具有较低的弹性模量，从而使其对冲击载荷具有良好的吸收和分散作用，对外力作用表现出软垫性，提高了抗震性；

所述外加剂包括保水剂、激发剂、增强剂中的一种或几种；

所述保水剂为低粘度甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素中的一种，可保证生土砌筑粘结材料的保水性、稠度、分层度等满足要求；

所述激发剂为硫酸钠、氯化钙、硅酸钠中的一种或几种，可明显提高生土砌筑粘结材料的抗压强度；

所述增强剂为聚合物胶粉、丁苯乳胶、干酪素中的一种或几种，可提高生土浆体的保水率，形成的聚合物胶膜可增强与生土材料的结合，可以显著改善生土粘结材料与生土砌块的界面粘结强度，提高成型后粘结材料的密实度和耐水性，并有助于提高粘结材料的抗裂性。

在组成所述外加剂的组份中：所述保水剂的重量百分比是0.001-0.004%，所述激发剂的重量百分比是0.5-1.5%，所述增强剂的重量百分比是0.5-1.0%。

所述生土可以是一般生土，也可以是劣质土，如盐渍土、砂化土、河道淤泥等；

所述水泥为42.5强度等级硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥；

所述活性混合材为硅灰、矿渣微粉、高岭土中的一种或几种，可显著提高生土砌筑粘结材料的强度；

本发明的制备方法，包括以下步骤：

1）、生土预处理，

将生土过0.50mm筛，除去杂质，待用；

2）、备料，

按所述比例取生土、水泥、活性混合材、超轻骨料，外加剂，混合均匀，得混合料；

3）、制备混合料，

将混合料放入搅拌机中，搅拌过程中加入水，水的加入量为干粉料总重量的31-34%，控制浆体稠度在60-80mm，得浆状生土砌筑粘结材料。

本发明中对砂浆稠度的测试方法参照标准JGJ/T 70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法标准》，稠度通过砂浆稠度仪直接测定，用试锥下沉深度表示，单位为mm。因为浆体稠度是影响浆体性能的重要因素，所以需要将稠度控制在同一水平，结合流动性综合考虑合适稠度为60-80mm。

将所述生土砌筑粘结材料使用于生土砌块砌筑后，干燥、固化，控制温度为0-30℃，控制时间为6-18小时，干化后生土砌筑粘结材料的干密度是1300-1400kg/m³，抗压强度是5-13MPa。

实施例1：

将所述一般生土85%、42.5强度等级硅酸盐水泥5%、硅灰10%、膨胀玻化微珠1.0 %、低粘度甲基纤维素0.001%、硫酸钠1.5%、聚合物胶粉0.5%和34%水；首先将一般生土过0.50mm筛，除去杂质，按所述比例取一般生土、42.5强度等级硅酸盐水泥、硅灰、膨胀玻化微珠、低粘度甲基纤维素、硫酸钠、聚合物胶粉和水各组份，再将各组份放入搅拌机中，搅拌混合均匀后，向其中加入34%水，继续搅拌均匀，制成混合料，其中控制浆体稠度在80mm，干密度1400kg/m³，抗压强度13MPa。

实施例2：

将所述盐渍土85%、普通硅酸盐水泥7.5%、矿渣微粉7.5%、聚苯乙烯泡沫颗粒1.0%、羟丙基甲基纤维素0.002%、氯化钙1.0%、丁苯乳胶1.0%和31%水；首先将盐渍土过0.50mm筛，除去杂质，按所述比例取盐渍土、普通硅酸盐水泥、矿渣微粉、聚苯颗粒、羟丙基甲基纤维素、氯化钙、丁苯乳胶和水和水各组份，再将各组份放入搅拌机中，搅拌混合均匀后，向其中加入31%水，继续搅拌均匀，制成混合料，其中控制浆体稠度在75mm，干密度1300kg/m³，抗压强度10MPa。

实施例3：

将所述砂化土80%、42.5强度等级硅酸盐水泥10%、高岭土10%、膨胀玻化微珠1.5%、羧甲基纤维素钠0.003%、硅酸钠0.5%、干酪素0.5%和32%水；首先将砂化土过0.50mm筛，除去杂质，按所述比例取砂化土、42.5强度等级硅酸盐水泥、高岭土、膨胀玻化微珠、羧甲基纤维素钠、硅酸钠、干酪素和水各组份，再将各组份放入搅拌机中，搅拌混合均匀后，向其中加入32%水，继续搅拌均匀，制成混合料，其中控制浆体稠度在70mm，干密度1360kg/m³，抗压强度8MPa。

实施例4：

将所述干涸的河道淤泥88%、42.5强度等级硅酸盐水泥5.0%、硅灰2.5%、矿渣微粉2.5%、膨胀玻化微珠2.0%、羟乙基纤维素0.004%、氯化钙0.5%、硅酸钠0.5%、丁苯乳胶0.5%、聚合物胶粉0.5%和33%水；首先将干涸的河道淤泥过0.50mm筛，除去杂质，按所述比例取干涸的河道淤泥、42.5强度等级硅酸盐水泥、硅灰、矿渣微粉、膨胀玻化微珠、羟乙基纤维素、氯化钙、硅酸钠、丁苯乳胶、聚合物胶粉和水各组份，再将各组份放入搅拌机中，搅拌混合均匀后，向其中加入33%水，继续搅拌均匀，制成混合料，其中控制浆体稠度在60mm，干密度1320kg/m³，抗压强度5MPa。

按以上实施例制备的生土砌筑粘结材料，保水性好、稠度合适、凝结时间适宜、抗裂性好，强度、抗冻性、抗干湿循环等性能均满足砌筑粘结材料的要求。

Claims (7)

1.一种适用于生土砌块的生土砌筑粘结材料，其特征在于，包括以下重量百分比的组份：80-88%生土，5-10%水泥，5-10%活性混合材，1-2%超轻骨料和1-2%外加剂；

所述外加剂包括保水剂、激发剂、增强剂中的一种或任意几种复配；

所述保水剂是低粘度甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素钠或羟乙基纤维素中的一种，

所述激发剂是硫酸钠、氯化钙和硅酸钠的一种或任意几种复配；

所述增强剂是聚合物胶粉、丁苯乳胶、干酪素中的一种或任意几种复配；

在组成所述外加剂的组份中：所述保水剂的重量百分比是0.001-0.004%，所述激发剂的重量百分比是0.5-1.5%，所述增强剂的重量百分比是0.5-1.0%；所述保水剂、激发剂和外加剂的重量比之和为1-2%，掺加的激发剂可以提供SO4^2-、OH^-和Ca²⁺，与溶解于液相的Al₂O₃反应生成稳定的钙矾石，从而有利于Ca²⁺扩散到颗粒内部，与内部活性Al₂O₃和SiO₂反应，提高活性激发的程度。

2.根据权利要求1所述的一种适用于生土砌块的生土砌筑粘结材料，其特征在于，所述水泥是42.5强度等级硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。

3.根据权利要求1所述的一种适用于生土砌块的生土砌筑粘结材料，其特征在于，所述活性混合材是硅灰、矿渣微粉、高岭土中的一种或任意几种复配。

4.根据权利要求1所述的一种适用于生土砌块的生土砌筑粘结材料，其特征在于，所述超轻骨料是膨胀玻化微珠和/或聚苯乙烯泡沫颗粒；

所述膨胀玻化微珠堆积密度120 -150 kg/m³；

所述聚苯乙烯泡沫颗粒堆积密度10-21kg/m³，粒度≤5mm。

5.根据权利要求4所述的一种适用于生土砌块的生土砌筑粘结材料，其特征在于，所述超轻骨料是膨胀玻化微珠和聚苯乙烯泡沫颗粒混用时，重量比例为1：0.5-1.5，堆积密度62.5-77.5kg/m³。

6.一种权利要求1所述的适用于生土砌块的生土砌筑粘结材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）、生土预处理，

将生土过0.50mm筛，除去杂质，待用；

2）、备料，

按所述比例取生土、水泥、活性混合材、超轻骨料，外加剂，混合均匀，得混合料；

3）、制备混合料，

将混合料放入搅拌机中，搅拌过程中加入水，水的加入量为干粉料总重量的31-34%，控制浆体稠度在60-80mm；得浆状生土砌筑粘结材料。

7.一种权利要求6所述的适用于生土砌块的生土砌筑粘结材料的制备方法，其特征在于，将所述生土砌筑粘结材料使用于生土砌块砌筑后，干燥、固化，干化后生土砌筑粘结材料的干密度是1300-1400kg/m³，抗压强度是5-13MPa。