CN116161888A - 混凝土砌块及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是关于一种混凝土砌块及制备方法。所述制备方法包括以下步骤：1)玉米秸秆破碎筛分，得第一玉米芯；2)将所述第一玉米芯裹浆处理，静置，得第二玉米芯；3)以所述第二玉米芯替代部分骨料配制混凝土，制成混凝土砌块。本发明所要解决的技术问题是如何消化利用玉米秸秆，既能使玉米秸秆变废为宝，得到资源化利用，又能提高混凝土砌块的隔热、保温性能，同时还能降低混凝土砌块的吸水率和提高混凝土砌块的强度等性能，从而更加适于实用。
Description
技术领域
本发明属于材料技术领域，特别是涉及一种混凝土砌块及制备方法。
背景技术
我国是农业大国，其中玉米是主要农作物之一，每年会产生大量的玉米芯，约为5200万吨。通常情况下，这些玉米芯会作为废弃物填埋，或者作为燃料焚烧，不仅浪费土地，而且污染环境。
玉米芯具有细胞状的结构，具有大量的孔隙，其导热系数为0.093W/m2·℃，具有优越的保温和隔音性能。若能将玉米芯应用至水泥混凝土技术领域作为保温材料的话则有望提高混凝土的热工性能。然而，将玉米芯添加至混凝土等碱性环境中使用时，其对水泥的水化具有抑制作用，从而使得混凝土砌块的强度降低。
发明内容
本发明的主要目的在于，提供一种混凝土砌块及制备方法，所要解决的技术问题是如何消化利用玉米秸秆，既能使玉米秸秆变废为宝，得到资源化利用，又能提高混凝土砌块的隔热、保温性能，同时还能降低混凝土砌块的吸水率和提高混凝土砌块的强度等性能，从而更加适于实用。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种混凝土砌块的制备方法，其包括以下步骤：
1)玉米秸秆破碎筛分，得第一玉米芯；
2)将所述第一玉米芯裹浆处理，静置，得第二玉米芯；
3)以所述第二玉米芯替代部分骨料配制混凝土，制成混凝土砌块。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
优选的，前述的制备方法，其中所述第一玉米芯的粒径≤4.75mm。
优选的，前述的制备方法，其中所述将所述第一玉米芯裹浆处理是将所述第一玉米芯放进水灰比为0.8的水泥浆中搅拌均匀，使所述第一玉米芯的表面包覆一层水泥浆料。
优选的，前述的制备方法，其中所述第一玉米芯与所述水泥浆中水泥的质量比为0.8～1.1:1。
优选的，前述的制备方法，其中所述第一玉米芯与所述水泥浆中水泥的质量比为0.8～1.0:1。
优选的，前述的制备方法，其中所述静置的时间为3～56天。
优选的，前述的制备方法，其中所述静置的时间为7～28天。
优选的，前述的制备方法，其中以质量百分含量计，所述第二玉米芯与所述骨料的质量比为10～50％:50～90％，二者的总质量为100％。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种混凝土砌块，其包括第二玉米芯；所述第二玉米芯为核壳结构，其包括：第一玉米芯，其由玉米秸秆破碎筛分所得；所述第一玉米芯的粒径≤4.75mm；包覆层，其是包覆于所述第一玉米芯表面的固化水泥层；所述包覆层将所述第一玉米芯完整地包覆，使其与外界隔断；其中，以质量百分含量计，所述混凝土砌块中包括7～35％的所述第二玉米芯。
优选的，前述的混凝土砌块，当所述混凝土砌块中包括20％的所述第二玉米芯时，所述混凝土砌块的导热系数≤0.50W/m·K；其强度提高率为5～10％。
借由上述技术方案，本发明提出的一种混凝土砌块及制备方法至少具有下列优点：
本发明提出的混凝土砌块及制备方法，其通过将玉米秸秆破碎，并筛分后取粒径≤4.75mm的颗粒，使用上述玉米芯颗粒部分取代混凝土中的骨料，将其添加至混凝土中做成的混凝土砌块，可以极大地改善混凝土砌块的隔热、保温性能；进一步的，通过将上述玉米芯颗粒进行裹浆处理，在玉米芯颗粒的表面包覆一层水泥浆料，待玉米芯粒子表面的水泥浆料水化反应、干燥之后，再将所述裹浆的玉米芯粒子替代部分混凝土中的骨料进行混凝土配制，得到混凝土砌块；所述混凝土砌块中虽然消化添加了较大量(7～35％)的第二玉米芯，使混凝土砌块具有了优异的隔热、保温性能，但是其吸水性并未明显增加，强度也并无明显降低；推测其原因，可能是由于玉米芯是由纤维素、半纤维素、木质素、果胶和蜡组成的材料，其中的纤维素和半纤维素等成分，在水泥水化环境，也即碱性环境下容易浸出大量的糖类，因此在混凝土中直接加入第一玉米芯粒子之后，可能会导致其在一定程度上抑制水泥的水化，从而降低了混凝土砌块的强度；而本发明的技术方案则针对第一玉米芯的上述特点，在第一玉米芯表面包覆一层水泥层，避免或者减少了玉米芯内部糖分的析出，从而可以避免在混凝土中添加玉米芯粒子可能导致的吸水率大幅提高，混凝土砌块强度降低的缺陷；本发明的技术方案可以消化、利用较多的玉米秸秆类废弃物，一方面使玉米秸秆被资源化利用，减少土地资源浪费和环境污染，另一方面其也可以大幅降低混凝土砌块的导热系数，使其具有良好的隔热、保温性能，同时又不会较多提高其吸水率及降低其强度，取得了良好的综合性能。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合较佳实施例，对依据本发明提出的一种混凝土砌块及制备方法，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
本发明提出一种混凝土砌块的制备方法，包括以下步骤：
首先是将玉米秸秆破碎后进行筛分，取其中粒径≤4.75mm的颗粒，此为第一玉米芯；本发明限定所述第一玉米芯的粒径≤4.75mm，一方面是为了使其与骨料的粒径相当，便于后期使用玉米芯替代骨料；另一方面则是通过控制第一玉米芯的粒径以调节其表面积，从而调控混凝土砌块的综合性能。
其次是将所述第一玉米芯裹浆处理，静置，得第二玉米芯。第一玉米芯的裹浆步骤是本发明的关键步骤。
所述将所述第一玉米芯裹浆处理是将所述第一玉米芯放进水泥浆中搅拌均匀，使所述第一玉米芯的表面包覆一层水泥浆料。
为了使水泥浆能很好地附着于所述第一玉米芯粒子的表面，既能在颗粒表面很好地铺展挂浆，又能在后期静置过程中成形避免粒子间的粘连，本发明优选所述水泥浆的水灰比为0.8。
所述第一玉米芯裹浆处理时，第一玉米芯粒子与水泥浆中水泥的质量比对混凝土砌块的性能具有较大的影响。在混凝土中玉米芯掺量相当的情况下，裹浆处理时玉米芯与水泥的质量比越小，也即玉米芯粒子表层包覆的水泥层越厚，则混凝土砌块的吸水率越低，越接近于未掺合玉米芯粒子的混凝土；但是，玉米芯与水泥的质量比越小，则一方面混凝土中可以添加、消化的玉米芯粒子的量会降低，降低了玉米秸秆消化的速度，另一方面也大大削弱了通过玉米芯改善混凝土隔热、保温性能的程度；为了较好地平衡混凝土砌块的综合性能，本发明优选所述第一玉米芯与所述水泥浆中水泥的质量比为0.8～1.1:1，如实施例1至实施例4所示；进一步的，为了严格控制所述混凝土砌块的吸水率不致于过高，例如吸水率小于100％，本发明优选所述第一玉米芯与所述水泥浆中水泥的质量比为0.8～1.0:1，如实施例1至实施例3所示。
裹浆处理之后还需要将裹浆后的玉米芯粒子进行静置，以使其发生水化反应和干燥，从而在玉米芯粒子的表面形成一层物理阻隔层，以减缓玉米芯内部的糖分被析出，避免影响到混凝土砌块中水泥的水化，从而导致混凝土砌块的强度降低。所述玉米芯表面的包覆层需要充分的水化反应，因此其静置时间不宜过短；若静置时间过短的话，则由于包覆层尚未完全水化，此时所述阻隔层的阻隔效果有限，会影响到混凝土砌块的吸水率和强度等性能；但是，静置时间也不宜过长；因为包覆层已经充分反应之后，继续延长静置时间，对于其性能的提升程度有限，但是时间成本会极大提高，综合性价比不好；本发明优选所述静置的时间为3～56天，如实施例1至实施例7及对比例1所示；进一步的，为了严格控制所述混凝土砌块的吸水率不致于过高，例如吸水率≤100％，本发明优选所述静置的时间为7～28天，如实施例1至实施例4、以及实施例6至实施例7所示。
最后是将所述第二玉米芯添加至混凝土配料中，以所述第二玉米芯替代部分骨料配制混凝土，制成混凝土砌块。
在将所述第二玉米芯添加至混凝土中替代部分骨料时，其添加量比例不宜过大，否则会影响到混凝土砌块的吸水率和强度性能，如对比例1所示，当玉米芯掺量高达40％时，其强度降低幅度较大；其添加比例也不宜过少，否则其对于混凝土砌块隔热、保温性能的改善效果较差，如对比例3所示，且也不利于玉米秸秆的快速消化；以质量百分含量计，本发明优选所述第二玉米芯与所述骨料的质量比为10～50％:50～90％，二者的总质量为100％。
本发明还提出一种混凝土砌块；所述混凝土砌块包括第二玉米芯；所述第二玉米芯为核壳结构，其包括：
第一玉米芯，其由玉米秸秆破碎筛分所得；所述第一玉米芯的粒径≤4.75mm；
包覆层，其是包覆于所述第一玉米芯表面的固化水泥层；所述包覆层将所述第一玉米芯完整地包覆，使其与外界隔断；
其中，以质量百分含量计，所述混凝土砌块中包括7～35％的所述第一玉米芯。
优选的，所述混凝土砌块是根据前述的混凝土砌块的制备方法制备的。
在所述混凝土砌块中添加质量百分含量为20％的未经裹浆处理的第一玉米芯(如对比例2)，与不添加玉米芯的混凝土(如对比例3)比较，在混凝土中添加玉米芯虽然会使其隔热、保温性能极大提高，其导热系数可以由1.16W/m·K降低为0.47W/m·K，但是其吸水率却由45％提高至130％，强度值由35.1Mpa降低至30.2Mpa。
在所述混凝土砌块中添加质量百分含量为20％的经裹浆处理的第二玉米芯，如实施例1至实施例7，与添加20％未经裹浆处理的第一玉米芯，如对比例2比较，由测试数据可见，所述混凝土砌块的导热系数基本保持≤0.50W/m·K的水平，而混凝土砌块的强度得到提高，其强度提高率为3～9％；进一步的，当裹浆处理时玉米芯与水泥的质量比为0.8，且裹浆后静置时间≥28天时，强度提高率8％以上。
下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不能理解为是对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员根据上述本发明的内容对本发明作出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
若无特殊说明，以下所涉及的材料、试剂等均为本领域技术人员熟知的市售商品；若无特殊说明，所述方法均为本领域公知的方法。除非另外定义，所使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内的普通技术人员所理解的通常意义。
实施例1：
本实施例制备一种添加裹浆玉米芯的混凝土砌块，具体制备步骤如下：
1)将玉米秸秆破碎后进行筛分，取粒径为0～4.75mm的颗粒作为第一玉米芯；
2)对所述第一玉米芯进行裹浆处理，首先使用PO 32.5的水泥配制水灰比为0.8的水泥浆体，将所述第一玉米芯放进所述水泥浆中搅拌均匀，使所述第一玉米芯的表面包覆一层水泥浆料；控制所述第一玉米芯与水泥浆中水泥的质量比为0.8；
3)将裹浆处理后的玉米芯静置28天，使包覆于所述第一玉米芯表面的水泥浆层充分发生水化反应并干燥固化，得到第二玉米芯；
4)配制混凝土，配方如下：以质量份计，取PO 32.5的水泥10份，粒径≤4.75mm的石子和砂子22份，本实施例第二玉米芯8份；玉米芯掺量为20％，第二玉米芯对骨料的取代量为26.67％；再加入3份聚羧酸减水剂，5份水，将其拌合均匀；
5)将上述拌合均匀的混凝土拌合物制备成混凝土砌块。
对本实施例制备的混凝土砌块进行吸水率、导热系数及28天抗压强度检测，其结果如表1所示。
实施例2：
本实施例制备一种添加裹浆玉米芯的混凝土砌块，具体制备步骤同实施例1，区别在于：控制所述第一玉米芯与水泥浆中水泥的质量比为0.9。
对本实施例制备的混凝土砌块进行吸水率、导热系数及28天抗压强度检测，其结果如表1所示。
实施例3：
本实施例制备一种添加裹浆玉米芯的混凝土砌块，具体制备步骤同实施例1，区别在于：控制所述第一玉米芯与水泥浆中水泥的质量比为1.0。
对本实施例制备的混凝土砌块进行吸水率、导热系数及28天抗压强度检测，其结果如表1所示。
实施例4：
本实施例制备一种添加裹浆玉米芯的混凝土砌块，具体制备步骤同实施例1，区别在于：控制所述第一玉米芯与水泥浆中水泥的质量比为1.1。
对本实施例制备的混凝土砌块进行吸水率、导热系数及28天抗压强度检测，其结果如表1所示。
实施例5：
本实施例制备一种添加裹浆玉米芯的混凝土砌块，具体制备步骤同实施例1，区别在于：将裹浆处理后的玉米芯静置3天，使包覆于所述第一玉米芯表面的水泥浆层充分发生水化反应并干燥固化，得到第二玉米芯。
对本实施例制备的混凝土砌块进行吸水率、导热系数及28天抗压强度检测，其结果如表1所示。
实施例6：
本实施例制备一种添加裹浆玉米芯的混凝土砌块，具体制备步骤同实施例1，区别在于：将裹浆处理后的玉米芯静置7天，使包覆于所述第一玉米芯表面的水泥浆层充分发生水化反应并干燥固化，得到第二玉米芯。
对本实施例制备的混凝土砌块进行吸水率、导热系数及28天抗压强度检测，其结果如表1所示。
实施例7：
本实施例制备一种添加裹浆玉米芯的混凝土砌块，具体制备步骤同实施例1，区别在于：将裹浆处理后的玉米芯静置56天，使包覆于所述第一玉米芯表面的水泥浆层充分发生水化反应并干燥固化，得到第二玉米芯。
对本实施例制备的混凝土砌块进行吸水率、导热系数及28天抗压强度检测，其结果如表1所示。
对比例1：
本对比例制备一种添加裹浆玉米芯的混凝土砌块，具体制备步骤同实施例1，区别在于：配制混凝土时，配方中粒径≤4.75mm的石子和砂子14份，本对比例第二玉米芯16份；玉米芯掺量为40％，第二玉米芯对骨料的取代量为53.33％。
对本对比例制备的混凝土砌块进行吸水率、导热系数及28天抗压强度检测，其结果如表1所示。
对比例2：
本对比例制备一种添加未裹浆玉米芯的混凝土砌块，具体制备步骤如下：
1)将玉米秸秆破碎后进行筛分，取粒径为0～4.75mm的颗粒作为未裹浆玉米芯；
2)配制混凝土，配方如下：以质量份计，取PO 32.5的水泥10份，粒径≤4.75mm的石子和砂子22份，未裹浆玉米芯8份；未裹浆玉米芯掺量为20％，未裹浆玉米芯对骨料的取代量为26.67％；再加入3份聚羧酸减水剂，5份水，将其拌合均匀；
3)将上述拌合均匀的混凝土拌合物制备成混凝土砌块。
对本对比例制备的混凝土砌块进行吸水率、导热系数及28天抗压强度检测，其结果如表1所示。
对比例3：
本对比例制备一种不添加玉米芯的混凝土砌块，具体制备步骤如下：
1)配制混凝土，配方如下：以质量份计，取PO 32.5的水泥10份，粒径≤4.75mm的石子和砂子30份；再加入3份聚羧酸减水剂，5份水，将其拌合均匀。
对本对比例制备的混凝土砌块进行吸水率、导热系数及28天抗压强度检测，其结果如表1所示。
表1
由上述表1的工艺参数可见，实施例1至实施例7、与对比例2都是添加了20％的玉米芯，实施例1至实施例7的第一玉米芯进行裹浆并静置，将其加工为核壳结构的第二玉米芯，而对比例2则是直接添加未裹浆的第一玉米芯；由表1的测试数据可见，对第一玉米芯进行裹浆及静置处理，可以极大地降低混凝土砌块的吸水率，其强度也有所提高，强度提高率为3～10％，而隔热、保温性能未见明显变化；推测其原因可能在于包覆层完整地包覆于第一玉米芯的表面，因此所述包覆层可以在一定程度阻隔玉米芯与混凝土的碱性环境，一方面该物理阻隔层使玉米芯难以吸水从而降低了混凝土砌块的吸水率，另一方面该物理阻隔层避免或减缓了玉米芯中糖分的析出，从而抑制了玉米芯对水化反应的影响，因此玉米芯裹浆处理后强度会有一定程度的提高。
由上述表1的工艺参数可见，实施例1至实施例4都是在裹浆之后又使其静置了28天形成第二玉米芯；由表1的测试数据可见，随着裹浆处理时玉米芯与水泥质量比的增加，混凝土砌块的吸水率也随之提高，而强度和导热系数则表现出缓慢降低，说明裹浆处理时若玉米芯表面的包覆层越薄，则会使包覆层的物理阻隔性降低，从而导致其吸水率明显提高；同时物理阻隔性降低使玉米芯中的糖分有所析出，从而影响了水泥的水化而使强度略有降低；导热系数缓慢降低表现并不明显，原因在于随着裹浆处理时玉米芯与水泥质量比的增加，在第二玉米芯添加量相同的情况下，实质上添加的纯玉米芯的量略有降低所致。
由上述表1的工艺参数可见，实施例1和实施例5至实施例7裹浆处理时玉米芯与水泥质量比都是0.8，只是裹浆之后的静置时间不同；由表1的测试数据可见，随着裹浆处理后的静置时间增加，混凝土砌块的吸水率也随之降低，而强度则表现出缓慢增加，说明静置时间越长，则包覆层的水化反应越充分，其物理阻隔性越好，从而使得混凝土砌块的吸水率明显降低，同时物理阻隔性好会减少玉米芯中糖分的析出，从而有利于混凝土砌块中的水泥水化，因此其强度会有所增加；但是，静置28天和56天时的性能相差不大，说明玉米芯裹浆之后静置28天即可保证混凝土砌块的导热系数，提高混凝土砌块的强度，再延长静置时间会造成时间成本的增加，综合性价比不高，因此本发明优选静置时间≤28天。
由上述表1的工艺参数可见，对比例3中未添加玉米芯，实施例1至实施例7中添加了20％掺量的第二玉米芯，对比例1中添加了40％掺量的第二玉米芯；由表1的测试数据可见，在同样裹浆量的条件下进行比较，随着第二玉米芯对骨料的取代率的增大，掺玉米芯的混凝土砌块的导热系数和强度显著降低，说明玉米芯的多孔结构虽然能够提高混凝土砌块的热工性能，但同时也降低了混凝土砌块的强度等性能，因此第二玉米芯对骨料的取代量优选10～50％。
由上所述可见，本发明的技术方案通过将玉米秸秆破碎、筛分，然后再对适当粒径的玉米芯进行裹浆、静置处理之后，将其添加至混凝土配方中部分取代骨料，既能使玉米秸秆变废为宝，得到资源化利用，又能提高混凝土砌块的隔热、保温性能，同时还能降低混凝土砌块的吸水率和提高混凝土砌块的强度等性能。
本发明权利要求和/或说明书中的技术特征可以进行组合，其组合方式不限于权利要求中通过引用关系得到的组合。通过权利要求和/或说明书中的技术特征进行组合得到的技术方案，也是本发明的保护范围。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种混凝土砌块的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：
1)玉米秸秆破碎筛分，得第一玉米芯；
2)将所述第一玉米芯裹浆处理，静置，得第二玉米芯；
3)以所述第二玉米芯替代部分骨料配制混凝土，制成混凝土砌块。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一玉米芯的粒径≤4.75mm。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述将所述第一玉米芯裹浆处理是将所述第一玉米芯放进水灰比为0.8的水泥浆中搅拌均匀，使所述第一玉米芯的表面包覆一层水泥浆料。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述第一玉米芯与所述水泥浆中水泥的质量比为0.8～1.1:1。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述第一玉米芯与所述水泥浆中水泥的质量比为0.8～1.0:1。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述静置的时间为3～56天。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述静置的时间为7～28天。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，以质量百分含量计，所述第二玉米芯与所述骨料的质量比为10～50％:50～90％，二者的总质量为100％。
9.一种混凝土砌块，其特征在于，其包括第二玉米芯；所述第二玉米芯为核壳结构，其包括：
第一玉米芯，其由玉米秸秆破碎筛分所得；所述第一玉米芯的粒径≤4.75mm；
包覆层，其是包覆于所述第一玉米芯表面的固化水泥层；所述包覆层将所述第一玉米芯完整地包覆，使其与外界隔断；
其中，以质量百分含量计，所述混凝土砌块中包括7～35％的所述第二玉米芯。
10.根据权利要求9所述的混凝土砌块，其特征在于，当所述混凝土砌块中包括20％的所述第二玉米芯时，所述混凝土砌块的导热系数≤0.50W/m·K；其强度提高率为5～10％。
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2022
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