CN105110758A - 一种利用玉米秸秆和氯氧镁水泥复合制备建筑保温材料的方法 - Google Patents

Abstract

一种利用玉米秸秆和氯氧镁水泥复合制备建筑保温材料的方法属于建筑保温材料领域，最大限度地利用玉米秸秆等农业剩余物，添加氯氧镁水泥、乳液及辅助添加剂，制备的建筑保温材料，可用于城市化和新农村建设需要。本发明利用典型的农业剩余物-玉米秸秆，使用氯氧镁水泥作为无机胶凝材料和一些辅助添加剂，解决了玉米秸秆的规模化利用。制备工艺采用浇注成型工艺，进行适当养护，形成复合建筑保温材料。本发明重点在于实现保温隔热功能，以及具有较好力学特性，兼顾防火、防水、防腐功能。其防火功能是通过用来粘结玉米秸秆的无机胶凝材料-氯氧镁水泥来实现的，保温功能是通过添加的玉米秸秆来实现的，防水功能是通过添加EVA乳液来实现的。

Description

一种利用玉米秸秆和氯氧镁水泥复合制备建筑保温材料的方法

技术领域

本发明属于建筑保温材料领域，最大限度地利用玉米秸秆等农业剩余物，添加氯氧镁水泥、乳液及辅助添加剂，制备的建筑保温材料，可用于城市化和新农村建设需要。

背景技术

目前，我国农业剩余物年产量达8亿吨，玉米秸秆是我国第二大农作物秸秆，约占总量的21.67％，主要分布于黄淮海地区。随着传统取火和蓄牧使用量的减少，大量农业剩余物无法得到充分利用。

近几年，农业剩余物资源已经逐渐得到人们的重视，对其综合的利用研究也取得了一些进展。其主要用途为用做燃料、肥料、饲料、使用菌基料。但每年被利用的农业剩余物数量相对有限，大部分都被集中焚烧处理，进而造成严重的大气污染和资源流失，此外国家命令禁止农业剩余物被焚烧处理，导致大量农业剩余物堆放在田间地头。

随着我国人民生活水平的提高，以及新农村建设与发展，新能源在农村的普及率有了很大提高，农业剩余物作为饲料及肥料的用量逐年减少，而工业加工利用率也在相对降低，导致大量农业剩余物没有得到再生利用，面临开发新的农业剩余物再生利用方法。

20世纪70年代，农作物秸秆的综合利用开始引起全世界范围内的关注，同时联合国粮农组织已召开三次主题为利用农作物秸秆制造人造板的会议。进入20世纪80年代，欧洲的一些人造板设备厂，如德国的SIEMPELKAMP公司、瑞典的DAPROMA公司、英国的CAMPAK公司，专门研究了农作物秸秆的制备技术与设备。在20世纪90年代初，美国、日本、欧洲等发达国家就已经开始了农业剩余物在建筑材料中应用，研究最多的原料为秸秆和蔗渣。

在我国近10年来的城市化开发和新农村建设工作，推动了各类建筑材料的广泛需求，因此，农业剩余物用作建筑材料越来越受到人们的重视。我国20世纪80年代开始，也投入了大量的人力物力，并取得一定的成果。农业剩余物与有机材料(各类有机胶)复合制备人造板的工艺技术已经相对成熟，使用的各类胶黏剂包括：异氰酸酯、脲醛树脂、聚氨酯等，该类产品已在装饰和建筑工程中得以应用。农业剩余物与有机树脂所制得的保温板是纯有机物，其防水、防霉、防火、耐久性相对较差，存在着较大的使用风险和安全隐患。另外农业剩余物与无机胶凝材料的复合因其成本低、环保、质轻、防火、防腐等优点开始引起了人们的关注，可用于工程、房屋建筑中的非承重墙体及装饰材料。

目前，农业剩余物与无机胶凝材料复合生产的无机类建筑材料页逐渐发展起来，其农机胶凝材料主要以普通硅酸盐水泥和石膏为主。此类产品可广泛使用的农业剩余物包括玉米秸秆、高粱秸秆、麦秸秆、稻草、棉花秆等，将农业剩余物破碎成一定尺寸的植物纤维作为填充体，形式为板块产品。

然而，农业剩余物与普通硅酸盐水泥与石膏复合尚存在以下问题：(1)农业剩余物中含有大量的木质素、纤维素及糖类,亲水性很强，农业剩余物吸水后发生膨胀，使农业剩余物与无机凝胶材料间尚未形成稳固粘结就发生破坏，从而影响建筑材料制品的整体强度；(2)农业剩余物遇水后，木质素、聚戊糖等有机物导致有机胶凝材料在凝结过程中产生缓凝作用。如果针对上述问题采取除糖脱脂工作，必将增加工艺、装备和成本，对于建筑材料而言，很难具有经济可行性，最终还是无法形成规模化应用与推广；(3)无机类复合的建筑材料的农业剩余物体积添加量一般在10％-30％之间，不能解决农业剩余物的大量消纳；(4)无机复合的农业剩余物建筑材料在防腐防霉方面尚有不足，没有引起足够重视，导致在湿潮环境应用受到了限制，主要是对农业剩余物防腐防霉技术手段不佳所导致的。

我国镁矿资源丰富，其氯氧镁水泥的生产工艺简便，无需窑炉、干燥器等热工设备，生产能耗大大降低，且氯氧镁水泥不含对人体有害的物质；其次，由于氯氧镁水泥具有极高的强度，在大量掺入秸秆等农业固体废弃物后，它仍能满足强度的使用要求。同时，氯氧镁水泥对农业剩余物有防腐防霉的的作用，防止其制备过程中缓凝严重的现象，提高了产品的使用寿命。

我国十一五期间(2006-2010年)开始进行新农村建设，逐步改善农村生活居住条件和住宅抗震要求，农村传统住宅面临维修和重建，将消耗大量建材产品，随着我国限制是实心粘土砖的使用，急需大量新农村建设用建筑材料，因此，利用农业剩余物-玉米秸秆，结合氯氧镁水泥及一些辅助添加剂，开发适用新农村建设用的氯氧镁水泥复合玉米秸秆的无机保温建筑材料。

发明内容

本发明利用典型的农业剩余物-玉米秸秆，使用氯氧镁水泥作为无机胶凝材料和一些辅助添加剂，开发一种适用农村和城市建设建筑保温材料，解决了玉米秸秆的规模化利用。该建筑材料成型制备工艺采用浇注成型工艺，进行适当养护，形成复合建筑保温材料。

本发明使用氯氧镁水泥作为玉米秸秆的无机胶凝材料，氯氧镁水泥由氧化镁和卤水构成，氧化镁为轻烧氧化镁，活性氧化镁含量大于50％，氯化镁与水按质量比为2.3:5配制卤水。

玉米秸秆需要进行破碎与筛分处理，长度控制在5-20mm，其在建筑材料中的起到填充物作用，利用其低导热特性，质量轻特点，实现建筑材料的保温绝热功能。

乳液作为辅助添加剂，主要用于玉米秸秆的表面处理。由于玉米秸秆具有很强的吸水性，在与氯氧镁水泥混合搅拌过程中，会过度地吸收镁水泥中的水分，将会破坏氯氧镁水泥的5·1·8相产生(即5Mg(OH)₂·MgCl₂·8H₂O)，将造成镁水泥反卤、强度下降等现象。利用乳液进行玉米秸秆的表面处理，不仅可改善其吸水性，还可提高玉米秸秆与镁水泥间的结合强度。乳液为市售的EVA乳液。

粉煤灰、硅灰的主要成分为活性SiO₂、Al₂O₃，作为辅助添加剂能改善氯氧镁水泥的耐水性能，而且可以取代部分氧化镁，降低生产成本，保护环境。所以，粉煤灰或硅灰是本发明不可缺少的组成。

通过上述基本原料，本发明形成玉米秸秆-氯氧镁水泥胶-乳液-辅助添加剂等复合的建筑材料，该复合建筑材料具有保温功能、防水功能、防火功能。其防火功能是通过用来粘结玉米秸秆的无机胶凝材料-氯氧镁水泥来实现的，保温功能是通过添加的玉米秸秆来实现的，防水功能是通过添加EVA乳液来实现的。

本发明的复合建筑材料，重点在于实现保温隔热功能，以及具有较好力学特性，兼顾防火、防水、防腐功能。

本发明是基于玉米秸秆农业剩余物制备建筑保温材料的目的，所以在本发明中使用玉米秸秆体积百分比相对较高，为了结合制品的制备方法和生产控制需要，在本发明中使用配比按质量百分比。

本发明的配比和制备工艺如下：

其余为水；

制备工艺如下：

将氯化镁与水按质量比2.3:5进行称量并混合在一起形成混合溶液，搅匀并静置，滤去杂质取其上清液，形成卤水；利用秸秆破碎机对干燥的玉米秸秆进行破碎，破碎后进行过筛处理，目的为除去杂质与细小的秸秆碎末，把处理后的各级配的玉米秸秆置于干燥处放置，储存备用。

玉米秸秆表面喷洒EVA乳液处理，EVA乳液是醋酸乙烯－乙烯共聚乳液的简称，是以醋酸乙烯和乙烯单体为基本原料，与其它辅料通过乳液聚合方法共聚而成的高分子乳液。本发明所用EVA乳液是市售商品，生产企业为北京有机化工厂，商品牌号为EVA28-150，其中乙酸乙烯酯含量为27-29％。

将玉米秸秆置于搅拌机中进行搅拌，搅拌机为水泥砂浆搅拌机和混凝土搅拌机两种机械形式之一；将乳液均匀的洒在玉米秸秆的表面，搅拌均匀，其乳液在玉米秸秆表面形成一层乳液薄膜，来阻隔玉米秸秆的吸水性。然后，将按一定比例配置的氧化镁、粉煤灰或硅灰的混合粉料，搅拌机的滚筒中，不断搅动。待充分混合均匀后，加入卤水及一定比例的水。最后，将浆体浇注到以及准备好的模具里面，便浇注边机械振捣，优选振捣棒或振动平台作为振动装置，模具填满后进行表面刮平处理，送达养护室进行养护，养护完成后进行拆模，形成复合建筑保温材料。

本发明特点在于可以大量消纳玉米秸秆等农业剩余物制备建筑保温材料，其具有良好的低导热及轻质的特性，可满足城市化和新农村建设需要。

本发明的复合建筑保温材料可做成厚度为20-120mm的板材，用于墙体保温材料使用。本发明利用氯氧镁水泥为无机胶凝材料来作为玉米秸秆的粘胶材料，不仅可以防止玉米秸秆的腐烂发霉的问题，同时可以得到较高强度的产品。通过利用EVA乳液对玉米秸秆进行表面处理来改性秸秆的吸水特性及增加秸秆与镁水泥的结合力。通过粉煤灰或硅灰作为氧化镁的辅助添加剂来减少氧化镁用量，降低生产成本，同时还可提升产品的耐水性。通过上述技术创新和制备方法的创新，制备性能优良的玉米秸秆-氯氧镁水泥胶-乳液-辅助添加剂体系的复合建筑材料，玉米秸秆在建筑材料中质量使用量可达20.18％，实现了玉米秸秆的充分利用。利用玉米秸秆制备的建筑保温材料制品性能达到：密度为567-912kg/m³,抗压强度为3.43-9.16MPa,抗折强度2.36-5.72MPa,导热系数0.091-0.211W/m·K，憎水率为95-98％，燃烧等级为B1级，玉米秸秆复合镁水泥建筑保温材料制品配方和产品综合性能见表1所示，表1配方是按质量百分比，在实际配料时，可转换成质量单位公斤，本发明比传统农业剩余物制备的无机建筑材料的性能得到大幅提高，本发明取得了显著的技术效果和经济优势。

具体实施方式

表1

实施例1

按表1配方1的配比进行配料称量，其配比分别为：玉米秸秆12.44kg,氧化镁45kg，卤水29.81kg，EVA乳液5Kg,粉煤灰1kg、硅灰0.91Kg,水5.84kg。

首先，将12.44kg玉米秸秆置于水泥砂浆搅拌机中进行搅拌；其次，将5kgEVA乳液均匀的混拌在玉米秸秆的表面；然后，将45kg氧化镁与1kg粉煤灰、0.91kg硅灰的混合粉料加入到搅拌机的滚筒中，不断搅拌，直至混合均匀；然后，加入29.81kg的卤水及5.84kg水，继续搅拌，直至混合均匀。最后，将浆体浇注到已经准备好的20mm厚的模具里面，边浇注边利用振捣棒搅动，模具填满后进行表面刮平处理，送达养护室进行养护，养护完成后进行拆模，形成复合建筑保温材料。

当制品养护28天，进行制品性能综合测试，其结果为：体积密度912kg/m³，抗压强度9.16MPa，抗折强度5.72MPa，导热系数0.211W/(m·k)，憎水率98％，燃烧等级B1。

实施例2

按表1配方2的配比进行配料称量，其配比分别为：玉米秸秆20.18kg,氧化镁36kg，卤水27.11kg，EVA乳液6kg,粉煤灰2.04kg、硅灰1kg、水7.67kg。

首先，将20.18kg玉米秸秆置于混凝土搅拌机中进行搅拌。其次，将6kgEVA乳液均匀的混拌在玉米秸秆的表面；然后，将36kg氧化镁与2.04kg粉煤灰、1kg硅灰的混合粉料加入到搅拌机的滚筒中，不断搅动。待充分混合均匀后，加入27.11kg的卤水及7.67kg水，继续搅拌，直至混合均匀。最后，将浆体浇注到已经准备好的60mm厚的模具里面，选用振动平台，边浇注边振捣，模具填满后进行表面刮平处理，送达养护室进行养护，养护完成后进行拆模，形成复合建筑保温材料。

当制品养护达28天，进行制品性能综合测试，其结果为：体积密度567kg/m³，抗压强度3.43MPa，抗折强度2.36MPa，导热系数0.091W/(m·k)，憎水率95％，燃烧等级B1。

实施例3

按表1配方3的配比进行配料称量，其配比分别为：玉米秸秆17.27kg,氧化镁42kg，卤水25.71kg，EVA乳液5kg,粉煤灰1.05kg、水8.97kg。

将17.27kg玉米秸秆置于水泥砂浆搅拌机中进行搅拌。其次，将5kgEVA乳液均匀的混拌在玉米秸秆的表面；然后，将42kg氧化镁与1.05kg粉煤灰的混合粉料加入到搅拌机的滚筒中，不断搅动。待充分混合均匀后，加入25.7kg的卤水及8.97kg水，继续搅拌，直至混合均匀。最后，将浆体浇注到已经准备好的90mm厚的模具里面，选用振动平台边浇注边机械振捣，模具填满后进行表面刮平处理，送达养护室进行养护，养护完成后进行拆模，形成复合建筑保温材料。

当制品养护达28天，进行制品性能综合测试，其结果为：体积密度732kg/m³，抗压强度5MPa，抗折强度4.43MPa，导热系数0.123W/(m·k)，憎水率97％，燃烧等级B1。

实施例4

按表1配方4的配比进行配料称量，其配比分别为：玉米秸秆15.54kg,氧化镁39.42kg，卤水25.39kg，EVA乳液6kg,粉煤灰3kg、硅灰1.24kg、水9.41kg。

将15.54kg玉米秸秆置于水泥砂浆搅拌机中进行搅拌。其次，将6kgEVA乳液均匀的混拌在玉米秸秆的表面；然后，将39.42kg氧化镁与3kg粉煤灰、1.24kg硅灰的混合粉料加入到搅拌机的滚筒中，不断搅动。待充分混合均匀后，加入25.39kg的卤水及9.41kg水，继续搅拌，直至混合均匀。最后，将浆体浇注到已经准备好的120mm厚的模具里面，采用振动平台边注浆边搅动，并不断的利用振捣棒进行搅动，模具填满后进行表面刮平处理，送达养护室进行养护，养护完成后进行拆模，形成复合建筑保温材料。

当制品养护达28天，进行制品性能综合测试，其结果为：体积密度712kg/m³，抗压强度3.66MPa，抗折强度2.89MPa，导热系数0.138W/(m·k)，憎水率96％，燃烧等级B1。

Claims (3)

1.一种利用玉米秸秆和氯氧镁水泥制备建筑保温材料的方法，其特征在于：包括原料配比和制备工艺，其中原料配比按照质量百分比计算为

其余为水；

制备工艺为

按氯化镁与水的质量比为2.3:5配制卤水；将玉米秸秆通过破碎机进行破碎和筛后对秸秆表面进行乳液处理；

将处理后的玉米秸秆、氧化镁、粉煤灰和硅灰、卤水在搅拌机中进行混合形成混合物浆体；或者混合物浆体中不加硅灰；

将混合物浆体浇注在模具中，借助振动装置将混合物浆体充满模具，表面刮平，进行养护，28天后形成建筑保温材料。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于搅拌机包括水泥砂浆搅拌机或混凝土搅拌机。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于振动装置包括振捣棒或振动平台。