CN109354454A - 一种轻质秸秆混凝土墙材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种轻质秸秆混凝土墙材其其制备方法，以基准配合比(质量比，这只是一个参考基准比例，不作为实际操作比)为水：水泥：陶粒：砂＝50:100:106:123按照水泥质量百分比。然后，以水泥质量为基准，加入的1％～3％的秸秆，用粉煤灰取代5％～15％水泥。按照体积百分比，采用0，25％，50％的骨料取代率(用石子取代0，25％，50％的陶粒)，同时砂率用38％，40％，42％。能够解决一部分秸秆堆放难以处理的问题，减轻墙体的自重的同时满足秸秆混凝土墙材料在力学性能上的要求。

Description

一种轻质秸秆混凝土墙材及其制备方法
技术领域
本发明属于绿色建筑材料领域，特别涉及一种轻质秸秆墙材的制备方法。
背景技术
墙体是建筑中用量最大的部件，新型墙体的研发制备至关重要，早期业内人士把目光投向保温隔热性能优良的聚苯发泡板及聚氨酯发泡板，从节能上看确实能使建筑能耗降低，但存在诸多环保问题，除价格昂贵外，从全过程能耗来说这种节能并不合理，且运输成本高。
我国是一个农业大国，长期以来秸秆资源得不到有效利用，作为牲畜饲料、还田或焚烧，牲畜对秸秆具有很强的选择性，焚烧会对环境造成污染，且诸如油菜秸秆韧性高，无法作为动物饲料，处置难度大，做成墙材是较好的选择。而且其生产过程及应用均做到节能绿色，有利于环境保护，符合绿色墙材的要求。
工农业废弃物制造墙材是循环再利用的绝好选择，利用西南农村常见的小麦、稻草、油菜等秸秆与工业废料粉煤灰作原材料，通过工艺改良加工成适于西南地区应用的节能墙板，变废为宝。构件轻量化，且改扩建容易，满足当前农村及中小城镇建设中房屋对墙材的性能要求，且可用到高层及超高层建筑中，对保护生态环境大有裨益。
将秸秆与粉煤灰及水泥混合制得的轻质墙材大量用于建筑材料中，且可根据需要研制出秸秆粉煤灰墙材，自重低，不需要加入石子骨料，已经成为合理开发利用秸秆资源的有效途径之一。且油菜秸秆相比水稻秸秆、小麦秸秆的纤维含量更高，具有更为良好的保温隔热性能。
轻骨料混凝土具有轻质、高强、保温、耐火等特点，混凝土中的轻骨料是为了降低混凝土的重量及提高热工效果为目的而采用的骨料，其表观密度要比普通骨料低。陶粒是比较常用的轻质骨料，它具有球状的外形，表面光滑而坚硬，内部呈蜂窝状，有密度低、筒压强度高、孔隙率高，软化系数高、抗冻性良好、抗碱集料反应性优异等特点。特别由于陶粒密度小，内部多孔，形态、成分较均一，且具有一定强度、具有质轻、耐腐蚀、抗冻和良好的隔绝性等多个优点。轻质性是页岩陶粒许多优良性能中最重要的一点，也是利用它能够取代重质砂石的主要原因。
目前，具有轻质、隔热等优点的秸秆纤维墙材得到了一定程度的研发、应用和推广。专利文献CN107162521A公开了“一种秸秆纤维陶粒泡沫混凝土及其制备方法”，按照质量百分比配制而成：市政污泥陶粒占40％～60％，砂占20％～30％，水泥占10％～20％，粉煤灰占3％～10％，秸秆纤维占0.5％～1％，发泡剂占1％～3％，稳泡剂占0.3％～0.6％，强度等级达到C15等级。专利文献CN104058647A公开了“一种秸秆纤维混凝土及其制备方法”，由磷酸钠盐2～3份、氯化钙3～4份、氢氧化钠5～7份、稻草6～8份、秸麦5～7份、玉米秸秆5～7份、聚乙烯吡咯烷酮1～2份、砂260～290份、磷酸乙酯5～7份、二甲基亚砜4～5份、水适量、助剂25～28份、水泥170～190份、石子540～570份、超细矿粉10～30份。
但目前大量利用秸秆和少量水泥制得的复合材料各原料之间的相容性差，虽容重大大降低，但导致抗压及抗拉强度均明显下降，不易于满足相关规范要求。且在配合比设计过程中，由于区域墙板的物理及力学性能要求不同及母材材料差异性，对各陶粒、秸秆等原料的掺量选取也存在较大差异性，鉴于此，有必要针对油菜秸秆、粉煤灰及陶粒等材料，结合当地气候特点，研发一种能大量应用秸秆粉煤灰制备轻质高强围护墙材的方法。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种轻质秸秆混凝土墙材其其制备方法，能够解决一部分秸秆堆放难以处理的问题，降低墙体容重的同事满足秸秆混凝土墙材料在力学性能上的要求。
本发明顺应建筑业发展趋势，以满足当前建筑工业化和绿色建筑需求为导向，利用工农业废弃物变废为宝，从物质组分与结构上着手，秸秆是韧性高，粉煤灰是一种刚性材料，将这两种废弃物结合起来，能够开发出低成本高性能的墙材，取材当地，用于当地建设，且有利于废物回收利用。
根据《轻骨料混凝土技术规程》(JGJ51-2002)采用松散体积法进行基准配合比设计，得到基准配合比(质量比，这只是一个参考基准比例，不作为实际操作比)为水：水泥：陶粒：砂＝50:100:106:123按照水泥质量百分比。然后，以水泥质量为基准，加入的1％～3％的秸秆，用粉煤灰取代5％～15％水泥。按照体积百分比，采用0，25％，50％的骨料取代率(用石子取代0，25％，50％的陶粒)，同时砂率(根据《轻骨料混凝土技术规程》(JGJ51-2002)砂率为总骨料体积(即粗骨料+细骨料体积)的38％，40％，42％)用38％，40％，42％。
本发明提供的轻质秸秆混凝土墙材的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤一：将晒干的油菜秸秆切段后用碱液浸泡，然后晾干，粉碎成粉末；
步骤二：取复合硅酸盐水泥85～95％，粉煤灰5～15％，复合硅酸盐水泥和粉煤灰总质量为100％，再以复合硅酸盐水泥和粉煤灰总质量为基准，取50％的水，1～3％的秸秆，50％～106％页岩陶粒，123％-136％的砂或等同砂粒径范围的建渣细颗粒(简称建渣砂)，0～191％石子或等同石子粒径范围的建渣粗颗粒(简称建渣石)充分搅拌混合均匀后，掺入防水剂，浇筑在模具中，浇筑完成后凝结3～5天后脱模，再养护室内养护28天即得秸秆混凝土墙材。
说明：步骤二中百分比为质量百分比。
进一步地，步骤一中，将晒干的油菜秸秆切成2～4cm的小段，然后放入质量浓度3～5％的碱溶液中浸泡5～10小时。进一步地，所述碱液为质量浓度为NaOH碱溶液。
进一步地，步骤二所述养护是将脱模后的试件放入标准养护室，在温度20±2℃、相对湿度95％以上的条件下，养护28天。
进一步的，所述水泥为复合硅酸盐水泥P.C32.5R或P.C42.5R，优选为P.C42.5R。
进一步的，所述秸秆为农作物秸秆，尤其是当用于其它用途时较难处理的油菜秸秆。油菜秸秆相较于其他农作物秸秆，油菜秸秆的纤维含量最高，导致秸秆韧性较强，第一不能作为牲畜的饲料(因为牲畜咬不断)，第二不能焚烧，第三干油菜桔杆一般经过粉碎，包装，煅烧，组合后才能作为肥料，成本相当高。本发明为油菜秸秆提供了一条恰到好处的应用途径。油菜秸秆纤维的能增加混凝土的延展性，抗拉裂性能，以提高结构抗震性能，降低造价。
进一步的，所述秸秆微粒的粉碎成粒径为4～16目的絮状粉末。
进一步地，所述砂和建渣的粒径为0.15-5mm。
进一步的，所述粉煤灰为I级，粉煤灰细度≤25.0％，烧失量≤8％，含水量≤1％。
进一步的，所述页岩陶粒级配为5～20，实测堆积密度为452.1kg/m2，实测压筒强度为1.8Mpa。
进一步地，所述防水剂的掺入量为以复合硅酸盐水泥和粉煤灰总质量为基准，掺入2.5-3.5％，进一步地，铝盐防水剂，20℃时密度1.18～1.2，PH值7～9。执行标准:JC474-1999〔砂浆、混凝土防水剂〕标准。根据防水防潮需要，还可以添加其他符合国家标准的外加剂，如防水剂、引气剂等。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明将难以处理的农作物废料油菜秸秆作为掺和料掺入混凝土，以粉煤灰替代水泥增加混凝土的流动性，油菜秸秆纤维的主要作用是增加混凝土的延展性，抗拉裂性能，以提高结构抗震性能，降低造价。本发明提供的秸秆混凝土墙材条板，相对于普通混凝土材料条板而言自重大大降低，为普通混凝土条板自重的2/5。轻质的墙材可以减少建筑物的自重，提高结构的抗震能力，减少建筑物的基础处理费，降低造价，节约运输费用。
(2)本发明使用的秸秆粉煤灰混凝土材料，经由实验室试验制得，配合比为水：水泥：页岩陶粒：砂＝50kg:100kg:106kg:123kg，由实验数据分析可得，当秸秆掺量3％，粉煤灰掺量15％，全轻骨料取代石子时得到的墙材，容重可以降低至1050Kg/m3，而力学性能满足《建筑隔墙用轻质条板》(JGJ169-2005)规定的抗压强度3.5MPa，满足正常使用要求。
(3)本发明提供的秸秆混凝土墙材，絮状秸秆的主要作用相当于柔性纤维，在材料中起到抑制裂缝扩展的目的，从而提高墙材的抗拉强度、使墙材具有一定的延性、并相应提高其韧性，通过与秸秆纤维的界面粘结，将外力传递给秸秆纤维，因而弥补了复合材料抗拉强度低、变形能力差的弱点；秸秆粉末可降低材料重量，制成的墙材保温性能提高。
(4)本发明提供的秸秆混凝土墙材，具备突出的保温(北方保温，南方隔热)、隔音、高强度的特点，特别适用于我国热、温、寒和严寒地区的建筑保温，用于高寒地区可以有效解决建筑外墙保温问题，降低建筑耗能，并通过添加防水剂(粉)，调整合理的配合比(搭配好粗细料与用量，外加剂类别与掺量，或掺专用防水材料，振捣密实等)可轻松解决防水，防潮问题，能适合多雨、多潮气候，提高外墙的耐久性。
(5)本发明以合理掺量工业废弃物粉煤灰取代部分水泥，主以合理掺量的桔杆颗粒全取代石子(大大降低砼的自重)为重大突破，实现农业废弃物在墙材领域得到充分且合理的回收利用。桔杆颗粒全取代石料，除了自重大大降低，为农业废弃物找到回收渠道，使墙材的性能也大大提升，且生产工艺更简单，生产过程更环保，综合成本降低。
(6)本发明提供的秸秆混凝土墙材，适用于广大农村和乡镇居民自建住房，墙材在农村资源丰富，由农作物秸秆生产的秸秆砌块及秸秆板材就地取材、技术简单、施工简便、可广泛适用于广大农村和乡镇居民的自建住宅。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照文字说明能够据以实施。
以下实施例中，进一步地，所述防水剂为铝盐防水剂，20℃时密度1.18～1.2，PH值7～9。执行标准:JC474-1999〔砂浆、混凝土防水剂〕标准。所述水泥为复合硅酸盐水泥选用P.C32.5R。
实施例1
步骤一、将晒干的油菜秸秆切成2～4cm的小段，然后放入质量浓度3.5％的碱溶液中浸泡5～10小时改性处理，然后晾干；开启粉碎机，将秸秆粉碎成4目大小的絮状秸秆粉末。
步骤二、按基准配合比标准水泥重量100kg，水泥由复合硅酸盐水泥95％，粉煤灰5％组成，再以复合硅酸盐水泥和粉煤灰总质量100kg为基准，取水为其重量的50％，4～16目的秸秆1％，页岩陶粒106％，砂123％，石子0％充分搅拌混合均匀后，掺入防水剂，浇筑在模具中；浇筑完成后，凝结3～5天后脱模，并将脱模后的试件放入标准养护室，在温度20±2℃、相对湿度95％以上的条件下，养护28天，得到新型秸秆混凝土墙材，容重为1434.67Kg/m3，28d抗压强度达到11.09MPa，28d抗劈裂强度达到1.50MPa，侵水48h后抗压强度为9.61MPa，软化系数为0.86。
实施例2
步骤一、将晒干的油菜秸秆切成2～4cm的小段，然后放入3.5％的碱溶液中浸泡5～10小时，然后晾干；开启粉碎机，将秸秆粉碎成4目大小的秸秆微粒。
步骤二、按基准配合比标准水泥重量100kg，水泥由复合硅酸盐水泥90％，粉煤灰10％组成，再以复合硅酸盐水泥和粉煤灰总质量100kg为基准，取水为其重量的50％，4～16目的秸秆2％，页岩陶粒103％，砂130％，石子0％充分搅拌混合均匀后，掺入防水剂，浇筑在模具中；浇筑完成后，凝结3～5天后脱模，并将脱模后的试件放入标准养护室，在温度20±2℃、相对湿度95％以上的条件下，养护28天，得到新型秸秆混凝土墙材，容重为1236.30Kg/m3，28d抗压强度达到7.81MPa，28d抗劈裂强度达到1.18MPa，侵水48h后抗压强度为6.48MPa，软化系数为0.82。
实施例3
步骤一：将晒干的油菜秸秆切成2～4cm的小段，然后放入3.5％的碱溶液中浸泡5～10小时，然后晾干；开启粉碎机，将秸秆粉碎成4目大小的秸秆微粒。
步骤二：按基准配合比标准水泥重量100kg，水泥由复合硅酸盐水泥85％，粉煤灰15％，再以复合硅酸盐水泥和粉煤灰总质量100kg为基准，取水为其重量的50％，4～16目的秸秆3％，页岩陶粒99％，砂136％，石子0％充分搅拌混合均匀后，掺入防水剂，浇筑在模具中；浇筑完成后，凝结3～5天后脱模，并将脱模后的试件放入标准养护室，在温度20±2℃、相对湿度95％以上的条件下，养护28天，得到新型秸秆混凝土墙材，容重为1052.15Kg/m3，28d抗压强度达到6.3MPa，28d抗劈裂强度达到1.11MPa，侵水48h后抗压强度为5.63MPa，软化系数为0.89。
实施例4
步骤一：将晒干的油菜秸秆切成2～4cm的小段，然后放入3.5％的碱溶液中浸泡5～10小时，然后晾干；开启粉碎机，将秸秆粉碎成4目大小的秸秆微粒。
步骤二：按基准配合比标准水泥重量100kg，水泥由复合硅酸盐水泥90％，粉煤灰10％组成，再以复合硅酸盐水泥和粉煤灰总质量100kg为基准，取水为其重量的50％，4～16目的秸秆3％，页岩陶粒80％，砂123％，石95％充分搅拌混合均匀后，掺入防水剂，浇筑在模具中；浇筑完成后，凝结3～5天后脱模，并将脱模后的试件放入标准养护室，在温度20±2℃、相对湿度95％以上的条件下，养护28天，得到新型秸秆混凝土墙材，容重为1281.48Kg/m3，28d抗压强度达到6.34MPa，28d抗劈裂强度达到1.05MPa，侵水48h后抗压强度为5.85MPa，软化系数为0.92。
实施例5：
步骤一：将晒干的油菜秸秆切成2～4cm的小段，然后放入3.5％的碱溶液中浸泡5～10小时，然后晾干；开启粉碎机，将秸秆粉碎成16目大小的秸秆微粒。
步骤二：按基准配合比标准水泥重量100kg，水泥由复合硅酸盐水泥85％，粉煤灰15％组成，再以复合硅酸盐水泥和粉煤灰总质量100kg为基准，取水为其重量的50％，4～16目的秸秆1％，页岩陶粒80％，砂130％，石子92％充分搅拌混合均匀后，掺入防水剂，浇筑在模具中；浇筑完成后，凝结3～5天后脱模，并将脱模后的试件放入标准养护室，在温度20±2℃、相对湿度95％以上的条件下，养护28天，得到新型秸秆混凝土墙材，容重为1382.22Kg/m3，28d抗压强度达到11.45MPa，28d抗劈裂强度达到1.55MPa，侵水48h后抗压强度为9.15MPa，软化系数为0.79。
实施例6
步骤一：将晒干的油菜秸秆切成2～4cm的小段，然后放入3.5％的碱溶液中浸泡5～10小时，然后晾干；开启粉碎机，将秸秆粉碎成16目大小的秸秆微粒。
步骤二：按基准配合比标准水泥重量100kg，水泥由复合硅酸盐水泥95％，粉煤灰5％组成，再以复合硅酸盐水泥和粉煤灰总质量100kg为基准，取水为其重量的50％，4～16目的秸秆2％，页岩陶粒74％，砂136％，石子89％充分搅拌混合均匀后，掺入防水剂，浇筑在模具中；浇筑完成后，凝结3～5天后脱模，并将脱模后的试件放入标准养护室，在温度20±2℃、相对湿度95％以上的条件下，养护28天，得到新型秸秆混凝土墙材，容重为1231.56Kg/m3，28d抗压强度达到9.84MPa，28d抗劈裂强度达到1.56MPa，侵水48h后抗压强度为8.29MPa，软化系数为0.84。
实施例7
步骤一：将晒干的油菜秸秆切成2～4cm的小段，然后放入3.5％的碱溶液中浸泡5～10小时，然后晾干；开启粉碎机，将秸秆粉碎成16目大小的秸秆微粒。
步骤二：按基准配合比标准水泥重量100kg，水泥由复合硅酸盐水泥85％，粉煤灰15％组成，再以复合硅酸盐水泥和粉煤灰总质量100kg为基准，取水为其重量的50％，4～16目的秸秆2％，页岩陶粒53％，建渣砂123％，石子190％充分搅拌混合均匀后，掺入防水剂，浇筑在模具中；浇筑完成后，凝结3～5天后脱模，并将脱模后的试件放入标准养护室，在温度20±2℃、相对湿度95％以上的条件下，养护28天，得到新型秸秆混凝土墙材，容重为1527.70Kg/m3，28d抗压强度达到9.36MPa，28d抗劈裂强度达到1.36MPa，侵水48h后抗压强度为8.09MPa，软化系数为0.86。
实施例8
步骤一：将晒干的油菜秸秆切成2～4cm的小段，然后放入3.5％的碱溶液中浸泡5～10小时，然后晾干；开启粉碎机，将秸秆粉碎成16目大小的秸秆微粒。
步骤二：按基准配合比标准水泥重量100kg，水泥由复合硅酸盐水泥95％，粉煤灰5％组成，再以复合硅酸盐水泥和粉煤灰总质量100kg为基准，取水为其重量的50％，4～16目的秸秆3％，页岩陶粒51％，砂130％，建渣石185％充分搅拌混合均匀后，掺入防水剂，浇筑在模具中；浇筑完成后，凝结3～5天后脱模，并将脱模后的试件放入标准养护室，在温度20±2℃、相对湿度95％以上的条件下，养护28天，得到新型秸秆混凝土墙材，容重为1416.01Kg/m3，28d抗压强度达到5.47MPa，28d抗劈裂强度达到1.16MPa，侵水48h后抗压强度为5.19MPa，软化系数为0.94。
实施例9
步骤一：将晒干的油菜秸秆切成2～4cm的小段，然后放入3.5％的碱溶液中浸泡5～10小时，然后晾干；开启粉碎机，将秸秆粉碎成16目大小的秸秆微粒。
步骤二：按基准配合比标准水泥重量100kg，水泥由复合硅酸盐水泥90％，粉煤灰10％组成，再以复合硅酸盐水泥和粉煤灰总质量100kg为基准，取水为其重量的50％，4～16目的秸秆1％，页岩陶粒50％，建渣砂136％，建渣石178％充分搅拌混合均匀后，掺入防水剂，浇筑在模具中；浇筑完成后，凝结3～5天后脱模，并将脱模后的试件放入标准养护室，在温度20±2℃、相对湿度95％以上的条件下，养护28天，得到新型秸秆混凝土墙材，容重为1604.74Kg/m3，28d抗压强度达到10.81MPa，28d抗劈裂强度达到1.61MPa，侵水48h后抗压强度为10.54MPa，软化系数为0.97。
实验数据与规范对比
根据《建筑用隔墙轻质条板》JGT 169-2005规定建筑用轻质条板的物理性能中，抗压强度需≧3.5MPa，软化系数需≧0.80。
请问是否有与其他常规同类
上述9组实例，28天抗压强度均大于规定的3.5MPa，软化系数基本满足≧0.8的要求。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实例。

Claims (10)

1.一种轻质秸秆混凝土墙材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将晒干的油菜秸秆切段后用碱液浸泡，然后晾干，粉碎成粉末；
步骤二：取复合硅酸盐水泥85～95％，粉煤灰5～15％，复合硅酸盐水泥和粉煤灰总质量为100％，再以复合硅酸盐水泥和粉煤灰总质量为基准，取50％的水，1～3％的秸秆，50％～106％页岩陶粒，123％-136％的砂，0～191％石子充分搅拌混合均匀后，掺入防水剂，浇筑在模具中，浇筑完成后凝结3～5天后脱模，再养护室内养护即得秸秆混凝土墙材。
2.根据权利要求1所述轻质秸秆混凝土墙材的制备方法，其特征在于，步骤一中，将晒干的油菜秸秆切成2～4cm的小段，然后放入质量浓度3～5％的碱溶液中浸泡5～10小时。
3.根据权利要求2所述轻质秸秆混凝土墙材的制备方法，其特征在于，所述碱液为质量浓度为3～5％的NaOH碱溶液。
4.根据权利要求1所述轻质秸秆混凝土墙材的制备方法，其特征在于，步骤二所述养护是将脱模后的试件放入标准养护室，在温度20±2℃、相对湿度95％以上的条件下，养护28天。
5.根据权利要求1所述轻质秸秆混凝土墙材的制备方法，其特征在于，所述秸秆油菜秸秆。
6.根据权利要求1所述轻质秸秆混凝土墙材的制备方法，其特征在于，所述秸秆微粒的粉碎成粒径为4～16目的絮状粉末。
7.根据权利要求1所述轻质秸秆混凝土墙材的制备方法，其特征在于，所述粉煤灰为I级，粉煤灰细度≤25.0％，烧失量≤8％，含水量≤1％。
8.根据权利要求1所述轻质秸秆混凝土墙材的制备方法，其特征在于，所述页岩陶粒级配为5～20，实测堆积密度为452.1kg/m2，实测压筒强度为1.8Mpa。
9.根据权利要求1所述轻质秸秆混凝土墙材的制备方法，其特征在于，所述防水剂的掺入量为以复合硅酸盐水泥和粉煤灰总质量为基准，掺入2.5-3.5％，防水剂为铝盐防水剂，20℃时密度1.18～1.2，PH值7～9。
10.权利要求1-9所述方法制备的轻质秸秆混凝土墙材。
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