CN110041040B

CN110041040B - 一种装配式建筑材料及其制备方法

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Publication number: CN110041040B
Application number: CN201910387733.8A
Authority: CN
Inventors: 鲁兵; 曹光荣
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-05-10
Filing date: 2019-05-10
Publication date: 2021-09-07
Anticipated expiration: 2039-05-10
Also published as: CN110041040A

Abstract

本发明公开了一种装配式建筑材料及其制备方法。本发明利用植物秸秆等含有木质素和纤维素的植物废弃物为主要原料，采用石英砂与氢氧化钠进行反应生成硅酸钠类物质，然后加入尿素增强其黏度形成粘合剂，经混料、石英砂填充植物废弃物的孔隙、成型、表面喷涂和老化制备而成。本发明制备的装配式建筑材料具有质轻、收缩率低、保温隔热性能好等优势，完全可用于低、中、高层各类建筑。

Description

一种装配式建筑材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种装配式建筑材料及其制备方法，属于建筑材料制备技术领域。

背景技术

农作物收获后产生大量的植物秸秆，这些植物秸秆被堆积在田间地头，影响了田间管理，或被秸秆还田粉碎后埋在土壤里。这些物质在土壤中当年不能腐化，使下茬作物播种后出苗困难，影响了出苗率和最终产量。有的农户还采用焚烧的方式，植物秸秆在燃烧过程中产生二氧化碳气体、烟雾及粉尘等，污染空气。

城市绿化中，在进行室内景观植物的修剪过程中产生大量的树枝、树叶等废弃物。粮食加工过程中也会产生大量的未被充分利用的物质，如玉米轴、稻壳等。这些物质含有木质素、纤维素等，被焚烧或者秸秆还田，同样产生上述的一系列问题。同时木材、毛竹加工过程中也会产生下脚料。

这些植物秸秆和下脚料如何处理，是当前需要解决的问题。采用植物秸秆制备装配式建筑材料目前已有报道，但是植物秸秆只是作为辅助的成分少量添加，并没有以植物秸秆为主料制备装配式建筑材料的报道，同时其使用的粘合材料多为有机制品，有“无醛不成胶之说”，醛类粘合剂会释放有害气体，如苯、苯酚、甲醛等致癌物质，甲醛等更是白血病等多种疾病的“健康杀手”，采用健康环保的粘合剂是当前发展的需要。

发明内容

针对上述问题，本发明研发了一种利用植物秸秆等含有木质素和纤维素的植物废弃物制备装配式建筑材料的方法。利用上述材料可以生产墙体材料(砖石、水泥构件等)，也可以生产室内装饰材料(如地板、天花板等)，制备的装配式建筑材料具有质轻、收缩率低、保温隔热性能好等优势。这样处理农作物秸秆及其他植物废弃物可以减轻农民处理废弃物的负担且增加农民收入，同时节省了建筑成本。

本发明的工艺流程：选材→粉碎细化→粘合剂生产、混料、填充→成型→表面喷涂→老化→成品。

1、选材：含有木质素和纤维素的天然植物原料(主要是植物废弃物)，如：植物秸秆(玉米秸秆、小麦秸秆、大麦秸秆、水稻秸秆等)、玉米轴、稻壳、花生壳、坚果壳，毛竹及加工下脚料，园林修剪废弃物(如树枝、树叶)，木材加工下脚料(如树皮、锯末)、甘蔗渣、废旧木制家具，废纸盒、纸板，废旧衣物等其他植物废弃物。

2、粉碎细化

墙体材料粉碎至0.5-5cm，粗粉碎增加构建强度，节省了加工使用的动力。

室内装饰材料需要粉碎细化至10-180目，细粉碎便于与其他材料充分粘结，产品细腻，用于装饰具有隔音、隔热和保温的优势。

对于废旧衣物可以采用拉、切等方式，使其成为纤维状，与其他材料混合，起到强化建筑材料的作用。

3、填充

石英砂，是一种坚硬，化学性质稳定的无机矿物，主要成分为二氧化硅。石英砂的颜色为乳白色或无色半透明状，密度为2.65，堆积密度(1-20目为1.6～1.8，20-200目为1.5)，其化学、热学和机械性能具有明显的异向性，不溶于酸，微溶于KOH溶液，其内在分子链结构、晶体形状和晶格变化规律使其具有耐高温、热膨胀系数小、高度绝缘、耐腐蚀等特性，即使产品中少量掺入，也足以提高产品的各项机械、物理和化学性能。

各种植物秸秆干燥后内部形成细微的孔洞，这些孔洞减轻了材料重量，也增加了粘合剂的用量和削弱了机械强度，必须进行填充。填充材料选择石英砂，石英砂具有价格低廉，用量少的优势，对石英砂细化至可以过120目筛，有利于进入秸秆的孔洞，起填充作用，太粗糙了不能进入秸秆的孔洞。

4、粘合剂的使用

目前建筑常用的粘合材料多为有机制品，有“无醛不成胶之说”，醛类粘合剂会释放有害气体，如苯、甲醛等。本发明采用特殊的粘合剂，既能将建筑材料牢固粘合在一起，又符合健康、环保要求。

本发明采用石英砂(二氧化硅)与氢氧化钠进行反应生成硅酸钠类物质，然后加入尿素增强其黏度(可使粘结力提高20％以上)形成粘合剂，该粘合剂粘结力强。可以将植物秸秆很好的粘合在一起。

上述粘合剂也可以用于本发明砌块之间的粘合，用本粘合剂生产建材时，固化时间可控，有利于加快构建的成型速度和强化构建质量。

5、混料

粘合剂、石英砂和植物秸秆充分搅拌混合。一般控制转速600-1000r/min，搅拌时间5-10min。

6、成型

热成型(35-75℃)，成型时间短，成型时间3-10分钟。材料加热后变得柔软，有利于各种成分粘合，可用于生产密度较大的板材，用于室内装修的天花板和地板等。

常温加压成型，成型时间：10-35分钟。当加压至0.5-5kg/cm²时，适用于墙体保温材料生产；当加压至0.8-2.5kg/cm²时，适用于高层建筑材料的生产；当加压至0.5-2.5kg/cm²时，适用于室内装饰材料的生产。

压力较小时生产出的产品，内部疏松，质量较轻，可减少墙体承重，保温隔热性能好。压力较大生产的产品，结构紧凑，强度大，使用这种材料不用另外采用加固措施，防水性能好，内外墙均可使用。

7、表面喷涂

产品定型后，其表面易产生纵向纹，降低了防水功能，必须进行表面喷涂二氧化硅凝胶，去除微裂纹。

8、老化

与水泥构件老化过程不同的是，不用加水或覆盖，直接放置，使用前，不低于48h的老化时间，并且通风良好，避免水淋浸。

老化过程中材料中的结晶体，尤其是粘合剂与被粘合物合为一体，使构件更加牢固，砌块之间在粘合后不被拉脱。

本发明的具体技术方案是：一种装配式建筑材料的制备方法，其特征是，其原料及重量份为：含有木质素和纤维素的天然植物原料60-90份，石英砂5-15份，氢氧化钠溶液(浓度45-50％)5-15份，尿素3-8，硅溶胶1-5份，脱模剂(如硅油等)1-5份。

制备方法：

1)粉碎：将天然植物原料进行粉碎，制备墙体材料粉碎至0.5-5cm，制备室内装饰材料需要粉碎细化至10-180目；对石英砂粉碎细化至过120目筛；

2)制备粘合剂：先将石英砂和氢氧化钠溶液加入反应釜，蒸汽加压至0.8-1.0MPa下反应30-120小时，生成60±5°Bé(波美度)的清液；

3)混合：将步骤2)的产物(包括清液和未反应的石英砂)中加入尿素，使尿素充分溶解，然后加入到天然植物原料碎屑中充分搅拌混合均匀，控制反应温度为40℃以下，以免造成结块，不利于成型；一般控制转速600-1000r/min，搅拌时间5-10min。

4)成型：将步骤3)混合后的材料置于模具内，热成型或者常温加压成型，模具内侧涂上脱模剂，以利于脱模；

5)表面喷涂：成型后开模取出模块，立即表面涂抹硅溶胶，对材料表面生成的纵向微裂纹填充，以增加其抗水能力；

6)老化：在通风良好(不用加水或覆盖，直接放置，避免水淋湿的条件下)的条件下放置2天以上老化即可使用。

本发明还提供了上述装配式建筑材料的使用方法：制备好的砌块通常使用凸榫和凹卯结构连接，这种结构在材料成型模具设计时，即形成凹凸不同的节点，以凸榫和凹卯相吻合，加快建筑施工速度。砌块可以是面与面的结合，可以是两条边的拼合，还可以是面与边的交接结构。点的结构方式用于横竖材料丁字结合，成角结合，交叉结合，以至直型材和弧形材的延伸结合。如“格榫”、“双榫”、“通榫”等。每个结合点，涂有粘合剂，使整个墙体成为一体。

榫卯是我国劳动人民在数百年前极为精巧的发明，这种构件连接方式，使得我国传统的木结构超越了当代建筑排架、框架或者钢架特殊柔性结构，不但可以承受较大的荷载，而且允许一切产生的变形。在地震荷载下通过变形抵消一定的地震能量，较少结构的地震响应。砌块、立柱、横梁以及门框边框均可以采用这种木制和预制结构，榫、卯、榫眼和榫槽都可以根据需要改变模具即可，一次成型，生产速度快，符合当前建筑业和政府推广的装配式建筑需求。

本发明的有益效果是：

1)节约成本

本发明采用植物秸秆、木材加工下脚料等植物废弃物作为主要原料生产装配式建筑材料，变废为宝，不仅可以减轻了农民处理废弃物的负担且增加农民收入，同时节省了建筑成本。

2)使用健康环保的粘合剂

本发明首先采用矿物原料制备了无机粘合剂，加工过程中不产生废水、废气及粉尘，使用过程中不分解，不产生化学变化，不产生有害物质。采用上述粘合剂生产内装饰材料时，装配工艺简化，造价低，有其它内装饰材料不可替代的品质。

3)工艺简单

本产品无需红砖制造中的烧结工艺，不需要水泥制品的浇注或者蒸压(粉煤灰砖必须使用的条件)，并且省去了红砖用泥土侵占耕地的问题。

4)产品性能好

与其它传统建材相比，具有保温隔热性能好，质轻(其重量仅为同体积水泥制品的1/6左右，红砖的1/4左右)，收缩率低(不会因收缩率大而变形)，造价低廉的优势，结构性能符合建筑要求。

本发明产品的抗压强度与红砖相当。目前较为流行的轻质碱——矿渣水泥砌块制造密度小于700kg/m³，抗压强度达5MPa。而本发明产品的制造密度≤500kg/m³，抗压强度达≥10MPa，完全可用于低、中、高层各类建筑。由于其整体性强，重量轻，抗震性能强，该材料可成为适宜的抗地震材料。

附图说明

图1为模块未进行表面喷涂的侧面；

图2为模块进行表面喷涂后的正面。

具体实施方式

实施例1：墙体砖块(尺寸：240mm×115mm×53mm)

配方：小麦秸秆50kg，锯末15kg，石英砂10kg，48wt％的氢氧化钠溶液10kg，尿素5kg，硅溶胶(中性)3kg，硅油1kg。

制备方法：

1)将小麦秸秆粉碎至粒度0.5-1cm的碎屑，将锯末粉碎至粒度0.5-1cm的碎屑，将石英砂粉碎细化至过120目筛；

2)先将粉碎细化后的石英砂和48wt％的氢氧化钠溶液加入反应釜，蒸汽加压至1MPa反应34-50小时，滤清液为60波美度(°Bé)。

3)将滤清液(与未反应的石英砂一起)中加入尿素，使尿素充分溶解，然后加入小麦秸秆、锯末混合碎屑充分搅拌混匀(转速600-1000r/min，搅拌时间5-10min)，控制反应温度为40℃以下，以免造成结块，不利于成型；

4)将步骤2)的材料置于模具内，常温加压(1.5kg/cm²)一次性成型。模具内侧涂上硅油，以利于脱模。

5)表面喷涂：成型后开模取出模块，立即表面涂抹硅溶胶，对材料表面生成的纵向微裂纹填充(如图1-2所示)，以增加其抗水能力；

6)老化：在通风良好(不用加水或覆盖，直接放置，避免水淋湿的条件下)的条件下放置3-4天老化即可使用。

产品性能：

1、质轻

红砖的表现密度约1800kg/m³，水泥混凝土的表观密度约2300kg/m³，标准红砖(尺寸：240mm×115mm×53mm)重量为2.63kg，本发明生产的建筑模块(尺寸：240mm×115mm×53mm)重量约为600g，其重量仅为同体积水泥制品的1/6左右，红砖的1/4左右。

2、抗压强度

本发明生产的建筑模块(尺寸：240mm×115mm×53mm)其抗压强度为11MPa，大于红砖的10MPa技术要求(以MU15等级烧结普通砖为例，变异系数≤0.21时，要求强度标准值≥10MPa，变异系数≥0.21时，要求单块抗压强度标准值≥12MPa)。

实施例2：室内装饰材料(地板：910mm×120mm×18mm)

配方：玉米秸秆60kg，石英砂10kg，48wt％的氢氧化钠溶液10kg，尿素5kg，硅溶胶(中性)2.5kg，硅油1.5kg。

制备方法：

1)将玉米秸秆粉碎至120目，将石英砂粉碎细化至过120目筛；

2)先将石英砂和48wt％的氢氧化钠溶液加入反应釜，蒸汽加压至1MPa反应34小时-50小时，滤清液为60波美度(°Bé)。

2)将滤清液(与未反应的石英砂一起)中加入尿素，使尿素充分溶解，然后加入玉米秸秆碎屑充分搅拌(转速600-1000r/min，搅拌时间5-10min)，控制反应温度为40℃以下，以免造成结块，不利于成型；

3)将步骤2)的材料置于模具内，热压(温度50-60℃)一次性成型。模具内侧涂上硅油，以利于脱模；

上述方法制备的墙体材料和装饰材料，具有重量轻、收缩率低、保温隔热性能、抗压强度与红砖相当等优势。用于接装，成本低，防水性能好，不导电，保湿性能好，耐腐蚀等特点，适用于低中高建筑。

Claims

1.一种装配式建筑材料的制备方法，其特征是，其原料及重量份为：含有木质素和纤维素的天然植物原料60-90份，石英砂5-15份，浓度45-50%的氢氧化钠溶液5-15份，尿素3-8，硅溶胶1-5份，脱模剂1-5份；

所述天然植物原料为植物废弃物，所述植物废弃物为植物秸秆，玉米轴，稻壳，花生壳，毛竹及加工下脚料，园林修剪废弃物，木材加工下脚料，甘蔗渣，废旧木制家具，废纸盒中的一种或者几种；

其制备方法为：

1）粉碎：将天然植物原料进行粉碎，制备墙体材料时粉碎至0.5-5cm，制备室内装饰材料时粉碎细化至10-180目；对石英砂粉碎细化至过120目筛；

2）制备粘合剂：先将石英砂和氢氧化钠溶液加入反应釜，蒸汽加压至0.8-1.0MPa下反应30-120小时，生成60±5 °Bé的清液；

3）混合：将步骤2）的所有产物中加入尿素，使尿素充分溶解，然后加入到步骤1）制备的天然植物原料碎屑中充分搅拌混合均匀；

4）成型：将步骤3）混合后的材料置于模具内，模具内侧涂上脱模剂，热成型或者常温加压成型；

所述热成型，成型温度为35-75℃，成型时间3-10分钟；

所述常温加压成型，成型时间：10-35分钟；当加压至0.5-5 kg/cm²时，适用于墙体保温材料生产；当加压至0.8-2.5 kg/cm²时，适用于高层建筑材料的生产；当加压至0.5-2.5kg/cm²时，适用于室内装饰材料的生产；

5）表面喷涂：成型后开模取出模块，立即表面涂抹硅溶胶，对材料表面生成的纵向微裂纹填充；

6）老化：通风良好的条件下放置2天以上进行老化。

2.如权利要求1所述的一种装配式建筑材料的制备方法，其特征是，所述步骤3）控制搅拌转速600-1000r/min，搅拌时间5-10min。

3.如权利要求1所述的一种装配式建筑材料的制备方法，其特征是，所述步骤3）混合过程中控制温度为40℃以下。

4.如权利要求1所述的一种装配式建筑材料的制备方法，其特征是，所述脱模剂为硅油。

5.权利要求1-4中任一项所述的制备方法制备的装配式建筑材料，其特征是，其制造密度≤500kg/m³，抗压强度达≥10MPa。