CN109928654B

CN109928654B - 一种改性树叶纤维轻质保温混凝土及其制备方法

Info

Publication number: CN109928654B
Application number: CN201711346958.6A
Authority: CN
Inventors: 姜德民
Original assignee: North China University of Technology
Current assignee: North China University of Technology
Priority date: 2017-12-15
Filing date: 2017-12-15
Publication date: 2022-02-15
Anticipated expiration: 2037-12-15
Also published as: CN109928654A

Abstract

本发明提供一种树叶纤维的改性方法，以及利用改性树叶纤维制备轻质保温混凝土的技术方法。将落叶经烘干、破碎、筛分等工艺，加工成纤维（或颗粒），把纯丙烯酸乳液喷涂到树叶纤维表面进行改性，制备成改性树叶纤维。树叶纤维轻质保温混凝土的有机保温组分是改性树叶纤维，无机保温组分是闭口膨胀珍珠岩、玻化微珠、粘土陶粒。用于改善保温混凝土水泥水化条件的外加剂是粉煤灰、三乙醇胺、氯化钙、高效减水剂。树叶纤维轻质保温混凝土的成型工艺主要有搅拌、振实、注模或浇筑、养护。树叶纤维轻质保温混凝的大量应用可以提高落叶资源化率，减少落叶焚烧造成的空气污染，具有良好的经济效益和社会效益。

Description

一种改性树叶纤维轻质保温混凝土及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种树叶纤维的改性方法，以及利用改性树叶纤维作为原料，制备轻质保温混凝土的技术方法。

背景技术

天然植物纤维是自然界中最为丰富的可再生资源。城市落叶也是一种量大易得的植物纤维原材料。据统计，北京秋天处于落叶高峰时期，每天落叶重量都在3000吨左右，而北京的落叶利用率还不到50%。利用落叶制备植物纤维轻质保温混凝土，将是解决城市落叶资源化的有力途径。然而，植物纤维与水泥相容性问题一直是国内外一道难题。植物纤维与水泥相容性差主要体现几个方面：一是植物纤维在水泥水化环境中的溶出物质（称为浸提物）对水泥水化的阻凝影响；二是植物纤维中存在大量极性的羟基基团，具有较高吸水率，对纤维与水泥基材料的物理力学性能造成不利影响；三是植物纤维在水泥水化物中的碱性侵蚀使植物纤维的强度和耐久性能大大降低。

目前天然植物纤维改性处理的方法主要有热处理法、碱处理法、偶联剂法、酰化法、

表面接枝法、复合处理法等。前人的这些方法大多数都是针对树脂基复合材料，对水泥基复合材料的针对性和实用性不是很强。前人的植物纤维处理方法有的过程繁杂，耗费人力物力，不适宜大规模生产，有的所用化学剂有一定毒副作用。

本发明的目的在于提供一种树叶纤维的改性方法，以及利用改性树叶纤维作为保温组分，制备轻质保温混凝土的技术方法。

发明内容

本发明是提供利用改性树叶纤维制备轻质保温混凝土的技术方法。该制备工艺包括以下步骤：

树叶纤维的改性方法：

1) 将秋天收集的落叶经烘干、破碎、筛分等工艺，加工成纤维（或颗粒）。

2）将一定浓度的纯丙烯酸乳液用水稀释，目的是为了使乳液顺利从喷雾器的喷头喷出雾状，达到均匀涂覆的效果。

3）将树叶纤维放到搅拌机中，边搅拌边用喷雾器喷涂纯丙烯酸乳液，喷涂的程度是使乳液在树叶纤维表面达到潮湿而不流淌的状态。将喷涂好的纤维放到电热鼓风干燥箱中烘干到干燥状态，冷却至室温后装入密封塑料袋中备用。

优先地，上述步骤1）中，树叶纤维原料可以是杨树叶、银杏叶、玉兰叶、槐树叶等阔叶材中的一种或几种。

优先地，上述步骤1）中，树叶烘干条件为：温度50~70℃，时间8~12小时。

优先地，上述步骤1）中，烘干后树叶的破碎采用万能粉碎机，通过更换不同孔径的网筛获得不同粒径的纤维。

优先地，上述步骤1）中，破碎后的树叶纤维粒径0.3~1.18mm。

优先地，上述步骤2）中，纯丙烯酸乳液质量固含量50.0%左右，密度1.04g/ml左右，pH 值8.8左右，纯丙烯酸乳液与水稀释的质量比约为1:1。

优先地，上述步骤3）中，喷涂后的树叶纤维烘干条件为：温度50~85℃，时间24~30小时。

上述步骤3）中，树叶纤维的改性机理：主要是采用喷涂法使植物纤维表面覆盖一层相应的改性物质薄层。本发明采用的丙烯酸乳液是一种小粒径纯丙乳液，对多孔材料表面具有良好的附着力，并具有良好的成膜性，生成的膜具有较好的抗水解性能和耐碱性，能有效减少树叶纤维的吸水性，阻止水泥中OH^-等侵蚀离子的迁移，提高植物纤维的耐水性、抗碱性、耐久性。同时，阻止树叶纤维里的浸提物的释放速度，减少浸提物对水泥凝结时间的影响。

利用上述改性后的树叶纤维制备轻质保温混凝土的方法：

1）树叶纤维制备轻质保温混凝土的原材料及配比（质量比）：硅酸盐水泥（42.5级或32.5级）100%，粉煤灰（Ⅱ级）11.1%，闭口膨胀珍珠岩（1.0~3.0mm）6.3%，玻化微珠(0.1~0.3mm) 12.0%，粘土陶粒（0.6~9.5 mm）29.1%，树叶纤维（改性后）16.7%，聚羧酸减水剂（减水率35%）0.8%，三乙醇胺0.1%，氯化钙2.2%，水18.4~93.5%。

2）搅拌方法：采用强制式搅拌机，拌合物的投料顺序(如附图1所示)：

首先，将水泥、粉煤灰、闭口膨胀珍珠岩、玻化微珠、粘土陶粒放入搅拌机中，干拌0.5min，加1/3的水，再拌合1min，加入树叶纤维，又加1/3的水，拌合1~2min，最后加入剩余的1/3水（含减水剂），拌合2~3min，制成混凝土拌合物（料浆）。

3）成型方法：将料浆浇注入模具中，采用振动台表面加压振动，振捣延续时间应以拌和物捣实和避免轻骨料上浮为原则，宜为10~30s，压板的应力以不压碎轻骨料为原则。采用标准养护（20±1℃，相对湿度≥90%）或自然养护，硬化后脱模和切割成所需尺寸的轻质混凝土墙板或砌块等制品。对流动性大些的料浆也可直接浇注保温层隔板内、浇注保温楼面层或屋顶层、或用于内外墙抹面用作保温层等，必要时可用插入式振捣器振捣或振动抹子等工具，将浮在表层的轻骨料颗粒压入混凝土内。

本发明的树叶纤维轻质保温混凝土，可以通过调整树叶纤维、轻骨料保温组分、胶凝材料等材料的掺量来调整保温混凝土的容重和内部孔隙结构，使混凝土具有良好的保温性能和一定的力学性能和耐久性能。

本发明的树叶纤维轻质保温混凝土的保温机理：绝热材料的性能主要取决于主晶相与基质本身的物理性质、颗粒大小分布情况、气孔的大小及分布、气孔率的大小等等。本发明的植物纤维保温混凝土是多相组合体，构成绝热材料的固相是硬化后的水泥基材料，它本身的导热系数并不一定很小（根据不同密度0.20～0.65W/m·K），但是当此种制品内存在许多气孔并充满了气体时，由于气体的导热系数很低[封闭状态下，0℃时导热系数为0.023W/（m·k）]，从而使固相构成的气孔率很高的轻质材料、或颗粒状材料间充满气体的散状材料、或者纤维状材料间充满气体的棉、毡状材料，都具有很低的导热性，从而使复合保温材料导热系数减小。本发明的轻质保温混凝土采用的无机保温组分(闭孔膨胀珍珠岩和玻化微珠)、有机保温组分（树叶纤维或颗粒）、以及轻骨料（轻质粉煤灰陶粒），它们的内部都充满了大量的孔隙, 对降低保温混凝土导热性发挥巨大作用，尤其是短纤维或颗粒状的树叶纤维、玻化微珠、闭孔膨胀珍珠岩，在保温混凝土中充当了封闭孔的功能，对降低导热系数效果明显。树叶纤维轻质保温混凝土的保温结构组成示意图如附图2所示。

本发明的树叶纤维轻质保温混凝土的保温性能测试和性能评估：采用300mm×300mm×30mm的样品，用TPMBE-300平板导热仪（GB/T10294-88）测定导热系数。测得3块试样的导热系数平均值为λ=0.14W/(m.K)，满足绝热材料λ＜0.23W/(m.K)的要求。参考GB/T50081-2002（普通混凝土力学性能试验方法标准）、GB/T 17671-1999（水泥胶砂强度检验方法ISO法）、GBJ 82-1985（普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法），测得树叶纤维轻质保温混凝土28天龄期的抗压强度2.03MPa，抗折强度1.04 MPa。抗冻等级达到D20。软化系数1.23，满足工程中耐水性材料的软化系数大于0.85的要求。

本发明的树叶纤维轻质保温混凝土墙板可采用水泥砂浆直接将墙板粘贴于外墙表面，施工程序简单，工期短，耐久性能优良；树叶纤维轻质保温混凝土砌块可直接砌筑非承重墙体或三层以下建筑；树叶纤维轻质保温混凝土（料浆）可直接抹于需要保温的建筑部位（表面、接缝、密封），施工非常简单易行。

树叶纤维轻质保温混凝土具有轻质、韧性高、耐火性能好、无毒、无放射性，具有很好的力学性能、抗冻性，很高的抗渗性、优良的抗腐性。还具有耐水、防潮、抗震性能好、施工方便等优点。利用落叶制备新型轻质保温混凝土，尤其是需求量大的保温墙体材料，可以极大地提高落叶资源化率，有效地减少落叶焚烧造成的空气污染。对我国经济的可持续发展，节约资源和能源，实现建筑的现代化将产生深远的意义和作用。本发明成果的应用具有良好的经济效益和社会效益。

Claims

1.一种树叶纤维轻质保温混凝土，其特征在于：由如下质量配比制备而成：硅酸盐水泥100%，粉煤灰11.1%，闭口膨胀珍珠岩6.3%，玻化微珠12.0%，粘土陶粒29.1%，改性树叶纤维16.7%，聚羧酸减水剂0.8%，三乙醇胺0.1%，氯化钙2.2%，水18.4~93.5%；

所述改性树叶纤维采用喷涂法使植物纤维表面覆盖一层相应的改性剂物质薄层；所述改性剂为弹性较好、防水效果较好的纯丙烯酸乳液改性剂；

所述纯丙烯酸乳液质量固含量为50.0%，密度为1.04g/mL，pH值为8.8，纯丙烯酸乳液与水稀释的质量比为1:1；

保温组分是由有机保温组分和无机保温组分构成的，有机保温组分是改性树叶纤维，无机保温组分是闭口膨胀珍珠岩、玻化微珠、粘土陶粒。

2.根据权利要求1所述的树叶纤维轻质保温混凝土，其特征在于：树叶纤维原料为秋天收集的落叶，选取的是杨树叶、银杏叶、玉兰叶、槐树叶中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的树叶纤维轻质保温混凝土，其特征在于：树叶为经过烘干、破碎、筛分工艺，加工而成的纤维。

4.根据权利要求1所述的树叶纤维轻质保温混凝土的制备方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

（1）将水泥、粉煤灰、闭口膨胀珍珠岩、玻化微珠、粘土陶粒、改性树叶纤维、聚羧酸减水剂、三乙醇胺、氯化钙、水按照一定投料顺序放入搅拌机中，拌合成组分均匀的料浆；

（2）将步骤（1）搅拌好的料浆浇注入模具中，采用振动台表面加压振动成型，成型后的试件采用标准养护或自然养护，得到轻质混凝土墙板或砌块制品；或将步骤（1）搅拌好的料浆也可直接浇筑于施工部位或用于内外墙抹面用作保温层。