CN108046840A - 一种稻草秸秆增强型泡沫混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种稻草秸秆增强型泡沫混凝土及其制备方法，该混凝土由15～75质量份普通硅酸盐水泥、10～25质量份粉煤灰、10～55质量份矿渣微粉、5～15质量份钢渣粉等材料组成的干基胶凝组分，通过加入适量水和泡沫剂制成混凝土浆体，在此基础上加入改性的稻草秸秆纤维，入模、成型、养护28d后得到增强增韧型的泡沫混凝土。该泡沫混凝土不仅具有轻质、保温、隔热等特点，还具有防干缩、抗裂、增韧等优点，非常适合矿山回填等大体积混凝土的施工，也可以应用于新型墙材的生产。

Description

一种稻草秸秆增强型泡沫混凝土及其制备方法
技术领域
本发明属于新型建材技术领域，具体涉及一种改性稻草秸秆生产的泡沫混凝土及其加工方法。
背景技术
泡沫混凝土是指以水泥基胶凝材料、掺和料等为主要胶凝材料，加入外加剂和水制成料浆，经发泡剂发泡，浇注成型、养护而成的轻质混凝土。与普通砂浆相比，泡沫混凝土内部分布着大量的封闭气孔，因而具有体积密度小、隔热、保温、隔音、抗震、耐火、节能等特点，其被广泛应用于屋面、热力管道、地暖、非承重墙、隔音板等的建设中，对我国建筑节能和墙体材料改革有重要的推进作用。与普通混凝土相比，泡沫混凝土具有较高的孔隙率使得泡沫混凝土表现出很多特殊性能，如质量轻、密度小、隔热保温、可泵性好等等。
然而，长期以来，泡沫混凝土存在着水化过程中的水化热和需水量较高，干缩较大，易导致混凝土开裂。同时，由于其干容重较小，泡沫混凝土强度和韧度较低。因此，如何提高泡沫混凝土强度和韧度是解决目前泡沫混凝土及其制品的技术关键。
我国是一个农业大国，每年产出大量的农业剩余物——秸秆。据最新资料统计，全国农作物秸秆每年有7亿t，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。我国学者很早就有意识地将生物秸秆资源应用到建筑材料中，其方式大致分为三类，一类是通过物理方法压实秸秆系，形成满足致密要求的墙体材料，包括秸秆砖和秸秆复合板，即生物质固化，然后直接使用。另一类是利用空心混凝土砖体，在空心混凝土砖体内设有捆扎在一起的秸秆压实体，在秸秆压实体内位于秸秆之间的间隙处填充有混凝土。还有一类是将秸秆细化添加到混凝土里。
将秸秆应用于水泥基混凝土主要有两种形式：一种是将秸秆粉碎，即只对秸秆做物理处理；另一种是将秸秆煅烧，改变其化学组成。秸秆含碳水化合物的量较高，将秸秆直接粉碎添加至水泥混凝土中，使的水泥水化过程会有物质析出，使胶凝混合物的凝结与硬化的速度减慢、强度下降，因此最好先对秸秆进行预处理。将秸秆煅烧成灰烬作为掺和料添加到水泥混凝土中是目前研究得比较热的一个研究方向。如专利CN102887674A“一种改性秸秆灰生产的加气砖及其加工方法”就在加气砖的原料中添加了5-10改性秸秆灰，所采取的改性秸秆灰的方法是将秸秆灰拌入相当于粉体重量1～2％的用环氧油酸丁酯、1～2％的木质素磺酸钙搅拌均匀，烘干，粉碎成150～200目粉末得到。这种改性秸秆灰的方法是建立在对秸秆进行煅烧成灰的基础上，整个工艺复杂、能耗高。文献[1]([1]杨彬，丁斌.低温环境下麦秸秆灰改性碳纤维混凝土性能试验研究[J].混凝土与水泥制品，2017，(05)：49-52.)也研究了在水泥混凝土中掺入秸秆灰的试验，麦秸秆灰颗粒较细，需水量较大，因此，麦秸秆灰的掺入会较大程度上影响碳纤维混凝土的工作性能；同时，由于麦秸秆灰中有较多K+存在，会导致混凝土表面因盐析而出现泌水现象。因此，将秸秆煅烧成灰再添加到水泥混凝土中尚存在一些研究的内容，其实际应用推广任重道远。
对秸秆进行纤维化改性可以克服秸秆直接掺入到混凝土中产生的K+和木质素等析出的不足，可以避免秸秆煅烧处理后灰烬掺加到混凝土中的工作性能不佳的弊端，从而提高秸秆利用的附加值，从根本上杜绝秸秆焚烧带来的安全隐患。因此，利用改性稻草秸秆纤维配制泡沫混凝土对泡沫混凝土的增韧增强具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种稻草秸秆增强型泡沫混凝土材料及其制备方法，不仅可以克服现有秸秆掺入到水泥混凝土中有物质析出和工作性能不佳的不足，也克服了传统泡沫混凝土的强度低、易开裂的问题，还有利于环保和资源循环利用。
本发明的技术方案为：
一种稻草秸秆增强型泡沫混凝土，其特征在于：由普通硅酸盐水泥、粉煤灰、矿渣微粉、钢渣粉混合磨细制成干基胶凝组分，其中各组分的重量百分比如下：
一种稻草秸秆增强型泡沫混凝土，其特征在于：其制备方法包括以下步骤：
(1)将改性稻草纤维用纤维质量5～10％倍的水进行润湿，备用；
(2)搅拌前应将搅拌机预润湿，保证搅拌机内无明水；
(2)按普通硅酸盐水泥、矿渣微粉和钢渣粉等三种原材料总质量(0.45～0.60)倍比例将水、干基胶凝组分加入搅拌机开始搅拌，搅拌120～300s，得到泡沫混凝土浆体；
(3)向上述泡沫混凝土浆体中加入泡沫混凝土浆体体积的1.2～1.4倍的泡沫剂继续搅拌30～90s，再加入改性稻草秸秆纤维，再搅拌30～60s后入模、成型、自然养护28d。
所述普通硅酸盐水泥为标号为32.5或42.5的普通硅酸盐水泥。
所述粉煤灰为燃煤电厂所产生的一级灰。
所述矿渣微粉为高炉粒化矿渣经干燥粉磨后所得的粉末，其比表面积为450～850m2/kg。
所述钢渣粉为单质铁含量＜1％的转炉钢渣尾渣或者钢渣水洗尾泥通过粉磨制成的钢渣粉，其比表面积为250～650m2/kg。
所述发泡剂为动物蛋白发泡剂、松香发泡剂、植物蛋白发泡剂和复合型发泡剂中的一种或多种。
所述的改性稻草秸秆纤维由稻草秸秆改性而得，每立方米泡沫混凝土浆体中改性稻草秸秆纤维掺量为3kg～18kg，其改性方法是：将稻草秸秆洗净表面泥土，用质量浓度为5～25％的NaOH溶液浸泡12～48h，用自来水或蒸馏水洗涤至稻草秸秆纤维的pH至7.5，干燥后包装。
本发明的技术原理为：水泥在发泡剂的作用下产生密度较低的混凝土，粉煤灰作为掺和料起到水泥水化初期填充孔隙的作用，矿渣微粉由于颗粒细，比表面积大在水泥水化初期对水泥泡沫混凝土起增强作用；而钢渣由于含有一定的游离氧化钙等物质在后期产生体积膨胀，在宏观上泡沫混凝土体系起到膨胀作用，巩固了泡沫混凝土的泡沫混凝土，从而使泡沫混凝土后期不产生塌陷等危害；而改性的稻草秸秆纤维在泡沫混凝土中起到增强增韧作用，既增加了泡沫混凝土的强度，又防止泡沫混凝土的开裂。
本发明与现有技术相比，其有益效果如下：
本发明提供的一种稻草秸秆增强型泡沫混凝土材料及其制备方法具有初期强度高、后期强度增长明显、长期强度稳定等特点，钢渣的微膨胀抵消了水泥本身的干缩；稻草秸秆纤维的改性剔除了原有秸秆中的木质素等对水泥有缓凝作用的成分，保留了秸秆纤维本身的增韧特性，非常适合矿山回填等大体积混凝土的施工，也可以应用于新型墙材的生产。
附图说明
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明一种钢渣基矿物聚合物胶凝材料的方法作进一步详细说明，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
本发明所用钢渣粉来自于马鞍山钢铁公司风淬钢渣，其主要化学成分为：SiO2：13.92％、Al2O3：4.42％、Fe2O3：20.18％、CaO：43.96％、MgO：9.43％、SO3：0.35％、f-CaO：1.38％，其比表面积为250～650m2/kg。矿渣粉来自马鞍山钢铁公司高炉粒化矿渣采取立磨系统粉磨，其主要化学成分为：SiO2：32.8％、Al2O3：17.54％、Fe2O3：0.20％、CaO：37.87％、MgO：9.65％、SO3：1.00％、f-CaO：1.38％，其比表面积为450～850m2/kg。
所用粉煤灰为国电武汉青山燃煤电厂所产生的一级灰，经粉磨后，比表面积为330m2/kg。
在开始实施例前，首先制备改性稻草秸秆纤维，其制备步骤是：将取自湖北省麻城市农村稻草秸秆洗净表面泥土，用质量浓度为5～25％的NaOH溶液浸泡12～48h，加入自来水或蒸馏水淹没全部已秸秆，采取超声波洗涤装置将稻草秸秆纤维洗涤10分钟，使稻草秸秆纤维的pH至7.5，采用恒温烘箱在105℃的条件下干燥后15小时，将干燥后的稻草纤维秸秆装入自封口的包装袋内，待后续实施例使用。
实施例1
将32.5普通硅酸盐水泥、粉煤灰、矿渣微粉、钢渣粉按照以下质量百分比配比：
将上述物料进行混合均匀再磨细到比表面积400m2/kg。将改性稻草纤维用纤维质量5％倍的水进行润湿。向搅拌机搅拌桶进行预润湿，保证搅拌机内无明水，向搅拌机中加入32.5普通硅酸盐水泥、粉煤灰、矿渣微粉和钢渣粉等四种原材料，加入40.5份的自来水，开动搅拌机，搅拌300s，得到泡沫混凝土浆体；向上述泡沫混凝土浆体中加入泡沫混凝土浆体体积的1.2倍的动物蛋白发泡剂继续搅拌30s，再按照每立方米泡沫混凝土浆体中改性稻草秸秆纤维掺量为3kg的比例加入改性稻草秸秆纤维，再搅拌30s后入模、成型、自然养护28d后得到泡沫混凝土砌块。
对上述泡沫混凝土砌块进行性能测试，其干容重为820kg/m3，表面无裂痕，抗折强度为6.5MPa，抗压强度为21.1MPa。由此说明本发明配制的稻草秸秆纤维增强型泡沫混凝土具有抗压强度和抗折强度高。由于改性稻草秸秆纤维的增韧作用，泡沫混凝土制品防抗裂性能好，可以应用于新型墙材的生产。
实施例2
将42.5普通硅酸盐水泥、粉煤灰、矿渣微粉、钢渣粉按照以下质量百分比配比：
将上述物料进行混合均匀再磨细到比表面积380m2/kg。将改性稻草纤维用纤维质量10％倍的水进行润湿。向搅拌机搅拌桶进行预润湿，保证搅拌机内无明水，向搅拌机中加入42.5普通硅酸盐水泥、粉煤灰、矿渣微粉和钢渣粉等四种原材料，加入51.0份的自来水，开动搅拌机，搅拌280s，得到泡沫混凝土浆体；向上述泡沫混凝土浆体中加入泡沫混凝土浆体体积的1.4倍的松香发泡剂继续搅拌90s，再按照每立方米泡沫混凝土浆体中改性稻草秸秆纤维掺量为6kg的比例加入改性稻草秸秆纤维，再搅拌90s后入模、成型、自然养护28d后得到泡沫混凝土。
对上述泡沫混凝土砌块进行性能测试，其干容重为680kg/m3，表面无裂痕，抗折强度为2.1MPa，抗压强度为6.5MPa。由此说明本发明配制的稻草秸秆纤维增强型泡沫混凝土具有抗压强度和抗折强度高。由于改性稻草秸秆纤维的增韧作用，泡沫混凝土制品防抗裂性能好，可以应用于大体积的地基回填施工。
实施例3
将42.5普通硅酸盐水泥、粉煤灰、矿渣微粉、钢渣粉按照以下质量百分比配比：
将上述物料进行混合均匀再磨细到比表面积450m2/kg。将改性稻草纤维用纤维质量8％倍的水进行润湿。向搅拌机搅拌桶进行预润湿，保证搅拌机内无明水，向搅拌机中加入42.5普通硅酸盐水泥、粉煤灰、矿渣微粉和钢渣粉等四种原材料，加入37.5份的自来水，开动搅拌机，搅拌120s，得到泡沫混凝土浆体；向上述泡沫混凝土浆体中加入泡沫混凝土浆体体积的1.3倍的植物蛋白发泡剂继续搅拌90s，再按照每立方米泡沫混凝土浆体中改性稻草秸秆纤维掺量为9kg的比例加入改性稻草秸秆纤维，再搅拌60s后入模、成型、自然养护28d后得到泡沫混凝土。
对上述泡沫混凝土砌块进行性能测试，其干容重为750kg/m3，表面无裂痕，抗折强度为3.7MPa，抗压强度为14.5MPa。由此说明本发明配制的稻草秸秆纤维增强型泡沫混凝土具有抗压强度和抗折强度高。由于改性稻草秸秆纤维的增韧作用，泡沫混凝土制品防抗裂性能好，可以应用于建筑回填施工。
实施例4
将42.5普通硅酸盐水泥、粉煤灰、矿渣微粉、钢渣粉按照以下质量百分比配比：
将上述物料进行混合均匀再磨细到比表面积480m2/kg。将改性稻草纤维用纤维质量7％倍的水进行润湿。向搅拌机搅拌桶进行预润湿，保证搅拌机内无明水，向搅拌机中加入42.5普通硅酸盐水泥、粉煤灰、矿渣微粉和钢渣粉等四种原材料，加入36份的自来水，开动搅拌机，搅拌240s，得到泡沫混凝土浆体；向上述泡沫混凝土浆体中加入泡沫混凝土浆体体积的1.4倍的复合发泡剂继续搅拌60s，再按照每立方米泡沫混凝土浆体中改性稻草秸秆纤维掺量为12kg的比例加入改性稻草秸秆纤维，再搅拌45s后入模、成型、自然养护28d后得到泡沫混凝土砌块。
对上述泡沫混凝土砌块进行性能测试，其干容重为950kg/m3，表面无裂痕，抗折强度为8.7MPa，抗压强度为25.6MPa。由此说明本发明配制的稻草秸秆纤维增强型泡沫混凝土具有抗压强度和抗折强度高。由于改性稻草秸秆纤维的增韧作用，泡沫混凝土制品防抗裂性能好，可以应用于新型墙材的生产。
实施例5
将32.5普通硅酸盐水泥、粉煤灰、矿渣微粉、钢渣粉按照以下质量百分比配比：
将上述物料进行混合均匀再磨细到比表面积350m2/kg。将改性稻草纤维用纤维质量5％倍的水进行润湿。向搅拌机搅拌桶进行预润湿，保证搅拌机内无明水，向搅拌机中加入32.5普通硅酸盐水泥、粉煤灰、矿渣微粉和钢渣粉等四种原材料，加入48份的自来水，开动搅拌机，搅拌180s，得到泡沫混凝土浆体；向上述泡沫混凝土浆体中加入泡沫混凝土浆体体积的1.3倍的复合发泡剂继续搅拌90s，再按照每立方米泡沫混凝土浆体中改性稻草秸秆纤维掺量为15kg的比例加入改性稻草秸秆纤维，再搅拌90s后入模、成型、自然养护28d后得到泡沫混凝土砌块。
对上述泡沫混凝土砌块进行性能测试，其干容重为1150kg/m3，表面无裂痕，抗折强度为7.8MPa，抗压强度为26.1MPa。由此说明本发明配制的稻草秸秆纤维增强型泡沫混凝土具有抗压强度和抗折强度高。由于改性稻草秸秆纤维的增韧作用，泡沫混凝土制品防抗裂性能好，可以应用于新型墙材的生产。
实施例6
将32.5普通硅酸盐水泥、粉煤灰、矿渣微粉、钢渣粉按照以下质量百分比配比：
将上述物料进行混合均匀再磨细到比表面积350m2/kg。将改性稻草纤维用纤维质量6％倍的水进行润湿。向搅拌机搅拌桶进行预润湿，保证搅拌机内无明水，向搅拌机中加入32.5普通硅酸盐水泥、粉煤灰、矿渣微粉和钢渣粉等四种原材料，加入45份的自来水，开动搅拌机，搅拌150s，得到泡沫混凝土浆体；向上述泡沫混凝土浆体中加入泡沫混凝土浆体体积的1.2倍的动物蛋白发泡剂继续搅拌60s，再按照每立方米泡沫混凝土浆体中改性稻草秸秆纤维掺量为18kg的比例加入改性稻草秸秆纤维，再搅拌60s后入模、成型、自然养护28d后得到泡沫混凝土砌块。
对上述泡沫混凝土砌块进行性能测试，其干容重为1350kg/m3，表面无裂痕，抗折强度为9.3MPa，抗压强度为45.1MPa。由此说明本发明配制的稻草秸秆纤维增强型泡沫混凝土具有抗压强度和抗折强度高。由于改性稻草秸秆纤维的增韧作用，泡沫混凝土制品防抗裂性能好，可以应用于新型墙材的生产。
实施例7
将32.5普通硅酸盐水泥、粉煤灰、矿渣微粉、钢渣粉按照以下质量百分比配比：
将上述物料进行混合均匀再磨细到比表面积350m2/kg。将改性稻草纤维用纤维质量10％倍的水进行润湿。向搅拌机搅拌桶进行预润湿，保证搅拌机内无明水，向搅拌机中加入32.5普通硅酸盐水泥、粉煤灰、矿渣微粉和钢渣粉等四种原材料，加入43份的自来水，开动搅拌机，搅拌300s，得到泡沫混凝土浆体；向上述泡沫混凝土浆体中加入泡沫混凝土浆体体积的1.2倍的动物蛋白发泡剂继续搅拌30s，再按照每立方米泡沫混凝土浆体中改性稻草秸秆纤维掺量为18kg的比例加入改性稻草秸秆纤维，再搅拌60s后入模、成型、自然养护28d后得到泡沫混凝土砌块。
对上述泡沫混凝土砌块进行性能测试，其干容重为1013kg/m3，表面无裂痕，抗折强度为8.1MPa，抗压强度为23.2MPa。由此说明本发明配制的稻草秸秆纤维增强型泡沫混凝土具有抗压强度和抗折强度高。由于改性稻草秸秆纤维的增韧作用，泡沫混凝土制品防抗裂性能好，可以应用于新型墙材的生产。

Claims (4)

1.一种稻草秸秆增强型泡沫混凝土，其特征在于：由普通硅酸盐水泥、粉煤灰、矿渣微粉、钢渣粉混合磨细制成干基胶凝组分，其中各组分的重量百分比如下：
2.根据权利要求1，一种稻草秸秆增强型泡沫混凝土，其特征在于：其制备方法包括以下步骤：
(1)将改性稻草纤维用纤维质量5～10％倍的水进行润湿，备用；
(2)搅拌前应将搅拌机预润湿，保证搅拌机内无明水；
(2)按普通硅酸盐水泥、矿渣微粉和钢渣粉等三种原材料总质量(0.45～0.60)倍比例将水、干基胶凝组分加入搅拌机开始搅拌，搅拌120～300s，得到泡沫混凝土浆体；
(3)向上述泡沫混凝土浆体中加入泡沫混凝土浆体体积的1.2～1.4倍的泡沫剂继续搅拌30～90s，再加入改性稻草秸秆纤维，再搅拌30～60s后入模、成型、自然养护28d。
3.根据权利要求1或权利要求2，一种稻草秸秆增强型泡沫混凝土，其特征在于：所述普通硅酸盐水泥为标号为32.5或42.5的普通硅酸盐水泥；所述粉煤灰为燃煤电厂所产生的一级灰；所述矿渣微粉为高炉粒化矿渣经干燥粉磨后所得的粉末，其比表面积为450～850m2/kg；所述钢渣粉为单质铁含量＜1％的转炉钢渣尾渣或者钢渣水洗尾泥通过粉磨制成的钢渣粉，其比表面积为250～650m2/kg；所述发泡剂为动物蛋白发泡剂、松香发泡剂、植物蛋白发泡剂和复合型发泡剂中的一种或多种。
4.根据权利要求1或权利要求2，一种稻草秸秆增强型泡沫混凝土，其特征在于：所述的改性稻草秸秆纤维由稻草秸秆改性而得，每立方米泡沫混凝土浆体中改性稻草秸秆纤维掺量为3kg～18kg，其改性方法是将稻草秸秆洗净表面泥土，用质量浓度为5～25％的NaOH溶液浸泡12～48h，用自来水或蒸馏水洗涤至稻草秸秆纤维的pH至7.5，干燥后包装。
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