一种农作物秸秆再生保温砖及其制备方法
【专利摘要】一种农作物秸秆再生保温砖及其制备方法，所述农作物秸秆再生保温砖由以下重量份数的原料制成，小麦秸秆20～25份，化学添加剂0.2～0.5份，骨料90～180份，水60～80份，以及水泥，其中，水灰比0.6～0.8。还包括农作物秸秆再生保温砖的制备方法。本发明之农作物秸秆再生保温砖具有良好的早强性、砖体密实性，导热系数、保温隔热；同时，利用农作物秸秆秸秆制备保温建筑材料，不但成本低廉、性能好，而且减少了环境污染，可减少粘土砖的使用，节约土地，增加收入农民，产生良好的社会效益和经济利益。
【专利说明】
-种农作物稻轩再生保溫砖及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明设及一种再生保溫砖及其制备方法，具体设及一种农作物賴杆再生保溫砖 及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 农作物賴杆是成熟农作物茎叶(穗)部分的总称，通常指小麦、水稻、玉米、馨类、油 菜、棉花、甘薦和其它农作物(通常为粗粮)在收获巧实后的剩余部分。它是由光合作用形成 的细胞壁物质，在形成过程中賴杆中的C、H、0组成了一系列的有机物质，包括纤维素、木质 素、半纤维素、脂肪、蛋白质等高分子聚合物W及些许水分。其中，纤维素类物质是植物细胞 壁的主要组成成分，它是由D-葡萄糖基通过β-( 1，4)巧键连接起来的线型高分子聚合物，起 骨架作用，是提供植物纤维力学性质的主要成分。它包括木质素、纤维素等，可使賴杆具有 纤维增强作用。賴杆中的无机盐用灰分表示，由娃酸盐和其他少许微量元素组成，含量大约 为6%左右。农作物成熟后，賴杆中的维生素差不多被全部破坏，因此，賴杆中所含的维生素 很少。当前，农作物賴杆利用主要W农民、农业和农村利用为主，利用率低，且W焚烧方式作 为主要处理手段的现象日益突出。同时，賴杆焚烧既产生了大量浓重的烟雾，造成严重的大 气污染。因此，改革传统落后的賴杆利用方式，如何解决賴杆的合理去向、有效利用问题显 得尤为紧迫。
[0003] 现阶段，我国资源的利用现状表现为:一方面，城市化进程的推进促使各行各业加 大资源的开采力度，特别是非可再生资源的采掘，其中又W建筑行业为甚。近几年，每年我 国城乡建房不少于10亿平方米，需要各种隔墙材料大约20亿平方米。其中，实屯、粘±砖年使 用量为7000亿块左右，生产耗煤约占全国总能耗量的25%，生产企业占地约335501万平方 米，毁田7337万平方米。其次，我国社会总能耗的近50%是建筑领域的耗能，而建筑围护外 墙及屋面的耗能又占建筑耗能的60%。建筑节能特别是外墙体的保溫节能，是节能减排的 重中之重。因此，需要优质新型墙体材料来替代黏±砖，从而解决黏±砖毁占耕地、能耗高 的难题。
[0004] 农作物賴杆作为一种可再生的新型建筑材料，若能将其制备成农作物賴杆再生保 溫砖应用于建筑墙体，不仅有助于提高建筑物的保溫隔热效果，改善农民的居住环境，而且 取材方便、加工简单，可节约大量砖、砂、石、灰等传统建筑材料，缓和材料供需和材料运输 的矛盾，在一定程度上缓解了我国森林资源、±地资源等问题，保护环境、节约能源、解决了 资源、经济和环境的矛盾，必将具有显著的社会价值和经济价值。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题是，提供一种农作物賴杆再生保溫砖及其制备方法。
[0006] 本发明解决其技术问题采用的技术方案是，一种农作物賴杆再生保溫砖，由W下 重量份数的原料制成，农作物賴杆20~25份(优选24份），化学添加剂0.2~0.5份(优选0.34 份），骨料90~180份(优选180份），水60~80份(优选80份），W及水泥，其中，水灰比0.6~ 0.8(优选 0.8)。
[0007]进一步，农作物賴杆选自长度为10~20mm的小麦賴杆。
[000引进一步，所述化学添加剂是由棚酪、混合棚砂和五氯酪钢按照质量比为1:1.5配制 而成，无味，对人体无害功能，且防霉变、防虫、防腐，主要是建筑材料的防腐剂。
[0009]进一步，所述骨料选自河砂或河砂和石粉的混合物。
[0010] 进一步，所述河沙选自平均粒径为0.25mmW下的细砂，平均粒径为0.25~0.35mm 的中砂或平均粒径为0.5mm W上的粗砂。
[0011] 进一步，所述水泥为复合娃酸盐水泥。
[0012] 本发明进一步解决其技术问题采用的技术方案是，一种农作物賴杆再生保溫砖的 制备方法，其特征在于，包括W下步骤：
[0013] (1)粉碎:将惊晒后的小麦賴杆粉碎成长度为10~20mm;
[0014] (2)和料:先将粉碎的小麦賴杆、化学添加剂和水按顺序和剂量加入揽拌机，揽拌5 ~8min，再加入水泥、骨料揽拌10~15min;
[001引（3)成型、养护:将步骤(2)中揽拌均匀的料浆加入到制砖模具中振动成型，待成型 8~lOh后拆模，在自然条件下养护25~28天，即成。
[0016] 本发明之农作物賴杆再生保溫砖具有良好的早强性、砖体密实性，导热系数、保溫 隔热；同时，利用农作物賴杆賴杆制备保溫建筑材料，不但成本低廉、性能好，而且减少了环 境污染，可减少粘上砖的使用，节约上地，增加收入农民，产生良好的社会效益和经济利益。
【附图说明】
[0017] 图1为Z Π 早期强度与28天的关系。
[001引图2为ΖΠ 回归分析关系式。
[0019] 图3为Z虹早期强度与28天的关系。
[0020] 图4为Z虹回归分析关系式。
【具体实施方式】
[0021 ]下面结合实施例对本发明进一步加 W说明。
[0022] 1、原料
[0023] 小麦賴杆选用周口市郊区的小麦賴杆;农作物賴杆的纤维素分子有结晶区和非结 晶区，分子在结晶区内排列有序，很紧密;而在非结晶区内，分子排列无序，娇松散，称为无 定形区。纤维的强度视结晶部分的比例而定;纤维的膨润能力等视无结晶部分的含量而定。 小麦賴杆主要由纤维素、木素和聚戊糖组成，无机成分仅占18%，它们主要由巧、钟、侣、铁、 钢、和二氧化娃等化合物组成，其中二氧化娃为主要成分。可见，小麦賴杆的无定形部分含 量较少，具有较强的抗拉性。麦賴杆外表面组织致密，积聚着大量的Si化和栓质细胞，纤维 素、半纤维素较少，对细菌侵入有一定的防护作用，且很平滑，表面一层蜡状物的主要成分 为饱和控族化合物及其衍生物、高级脂肪酸等，麦賴杆内表面组织疏松、翅皮较多，其主要 半纤维素、木质素及果胶等成分组成。小麦賴杆的横断面呈蜂窝状，中层和内层主要是木 素、纤维素和半纤维素，组织较为疏松，细胞排列不够紧密，利于胶液的湿润、扩散和渗透。 小麦賴杆在潮湿状态下易受到霉菌、细菌等微生物的侵蚀，破坏小麦賴杆结构，导致腐烂， 使小麦賴杆丧失强度。因此，小麦賴杆使用前须将其惊晒，w手斑其杆易断为准。
[0024] 水泥选用周口水泥厂生产的P . C复合娃酸盐水泥，水泥的抗压强度、抗折强度、体 积安定性、标准稠度用水量、细度、密度等有关指标均符合《通用娃酸盐水泥KGB175-2007) 标准；
[0025] 化学添加剂是由棚酪、混合棚砂和五氯酪钢按照质量比为1:1.5配制而成；
[0026] 河砂：细砂（细度模数1.6~2.2 )，平均粒径0.25mm W下；中砂（细度模数2.3~ 3.0)，平均粒径为0.25~0.35mm;粗砂(细度模数3.1~3.7)，平均粒径为0.5mm W上；
[0027] 石粉为石头的粉末。
[0028] 实施例1
[0029] 1、农作物賴杆再生保溫砖的试验配比
[0030] 采用Ξ种不同组成成分的农作物賴杆再生保溫砖配合比，将Ξ种不同配合比的农 作物賴杆再生保溫砖，分别编号ζι、ζπ、zm，组成成分含量和水灰比如表1所示，其中，小麦 賴杆、添加剂、粗砂、中砂、细砂、石粉、水的百分含量均是W水泥的质量为基准，组成成分中 骨料和水是变量，小麦賴杆、添加剂和水泥添加量不变。
[0031 ]表1-农作物賴杆再生保溫砖配合比
[0032]
[0034] 2、农作物賴杆再生保溫砖的制备：
[0035] (1)粉碎：将惊晒后的小麦賴杆放入LG-450型多功能粉草机，粉草机主轴转速 2800V/min，测草效率300~600kg/h，将其粉碎成长度为10~20mm。
[0036] (2)和料:先将粉碎的小麦賴杆、化学添加剂和水按顺序和剂量加入揽拌机，揽拌5 分钟后，再加入水泥、河砂或石粉揽拌15分钟，运种加料方式可W揽拌均匀。试验表明，若所 有材料同时倒入揽拌机揽拌，水和添加剂遇到水泥、小麦賴杆等极易形成賴杆块或小泥团 等，很难揽拌均匀。
[0037] (3)振动成型：振动成型采用化T5-20型混凝±搁块成型机，料仓下料口可根据砖 型调节大小并且仓口口可控制开合避免漏料，当下料口填充完毕后，需要对上表面抹平，同 时撒上少量的粉碎的小麦賴杆，防止成型后振动器抬起会粘料，对砖造成破坏;强制布料机 与主机一体提高稳定性，布料平台升降调节方便，采用旋转强制下料具有揽拌功能布料均 匀;料车采用卡轨结构，在布料时料车不易抬起避免漏料保证彩砖面层的外观质量;采用搁 块机专用振动电机可长期频繁起动经久耐用;采用独特振动连接方式和同步振动箱把激振 力完全传递在振动台上激振动强大缩短成型周期，可比现有技术中的成型周期缩短近一 半，从而使制品密实效果更好。
[0038] (4)养护:农作物賴杆再生保溫砖成型后，直接运往场地惊晒，成型化后直接码煤， 在自然条件下养护28天。
[0039] 3、结果分析
[0040] (1)农作物賴杆再生保溫砖抗压强度分析
[0041 ]表1-农作物賴杆再生保溫砖自然养护28天抗压强度
[0042]
[0043] 根据《烧结保溫砖和保溫搁块》GB 26538-2011抗压强度要求，将表1的计算结果 进行强度指标评定，可判断Zn、Zm为MU3.5级标准砖。因此，賴杆用于砖在工程中应用结构 上完全符合要求。
[0044] (2)农作物賴杆再生保溫砖早期强度与自然养护28天强度关系式
[0045] 调整农作物賴杆再生保溫砖的配合比时，需要知道其早期强度与28天强度的关 系。因此，若能建立农作物賴杆再生保溫砖早期强度与自然养护28天强度的关系方程式，就 可通过早期强度推定其28天强度。农作物賴杆再生保溫砖zn、zm的早期强度与自然养护 28天的强度值见表2。
[0046] 表2-农作物賴杆再生保溫砖早期强度与自然养护28天强度
[0047]
[0048] 首先分析农作物賴杆再生保溫砖ΖΠ 早期强度(7天)与自然养护28天强度的关系， 图1为ΖΠ 早期强度(7天)与自然养护28天强度关系的散点图，通过回归分析有指数，对数、 移动平均等不同的关系式，经过比较，用多项式表示其相关性最好，即纵坐标为自然养护28 天的抗压强度，横坐标为早期抗压强度，相关性系数为0.908,其回归分析关系式如图2所 示。通过此关系式可由农作物賴杆再生保溫砖ΖΠ 早期强度推算其自然养护28天的强度值。
[0049] 其次分析农作物賴杆再生保溫砖Zm早期强度（14天）与自然养护28天强度的关 系，图3为Zm早期强度（14天)与自然养护28天强度关系的散点图，通过回归分析有指数，对 数、移动平均等不同的关系式，经过比较，几种表示的相关性相差不大，运里选择W幕的形 式为例表示其关系式，即纵坐标为自然养护28天的抗压强度，横坐标为早期抗压强度，相关 性系数为0.895,其回归分析关系式如图4所示。通过此关系式可由农作物賴杆再生保溫砖Z m早期强度推算其自然养护28天的强度值。
[0050] (3)农作物賴杆再生保溫砖抗折强度分析
[0051] 表3-农作物賴杆再生保溫砖水中浸泡24天的抗折强度及折压比
[0化2]
[0054] 科学折压比可W防止搁体过早的产生裂缝，建议折压比是试件的抗折强度均值与 其相应的抗压强度的比值，参照《墙体材料应用统一技术规范KGB50574-2010)关于承重砖 折压比的规定。由表3可知，Ξ种配合比的农作物賴杆再生保溫砖的折压比都略高，对增强 作用的本质来说，可提高农作物賴杆再生保溫砖的初性、抗裂性和抗冲击强度，而賴杆不但 起到了保溫作用，而且还起到了纤维增强作用。若将此砖用于2~3层建筑，搁墙砖不承受或 承受很小的荷载，砖的抗折性能不会对搁体应用产生不利影响。
[0055] (4)农作物賴杆再生保溫砖冻融性能分析
[0056] 砖在吸水饱和后，当溫度降至冰点，材料内部的水分就会结冰，且体积增大9%，内 部会产生膨胀力，在其内部应力作用下，材料表面就会出现剥落、裂纹等破坏现象。当溫度 上升时，运种应力会消失，如此反复冻融循环，材料内部结构遭到破坏，最终导致材料质量 的损失和强度的下降。对于农作物賴杆再生保溫砖，它的抗冻性是衡量其耐久性的一个重 要参数，而反映冻融性能的指标为冻融后质量损失率和冻融后抗压强度损失率，具体分析 如表4所示。
[0057]表4-农作物賴杆再生保溫砖冻融试验结果 「0化引
[0059] 参照《烧结保溫砖和保溫搁块KGB 26538-2011)、《烧结普通砖KGB 5101-2003) 中规定:冻融试验后，每块砖样质量损失率最大不得超过2%，强度损失率《25%，且不允许 出现掉皮、分层、缺棱掉角等冻坏现象，冻后裂纹长度符合规定。由表4可知，Ξ种配合比农 作物賴杆再生保溫砖的抗冻性均能达到上述标准的规定。
[0060] (5)砖的含水率、吸水率、饱和系数
[0061] 砖的含水率可W改变砖的体积，搁体使用过程中所处的环境和砖上墙时的含水率 等因素对搁体的干燥收缩影响较大。砖在搁体中的初始含水率由砖上墙时的含水率决定， 砖的平衡含水率受搁体使用环境的湿度大小的影响，从而影响墙体的干缩。
[0062] 搁体的吸水率是影响搁体耐久性的主要因素，搁体吸入水分过多，会使搁体受到 严重的霜冻，也会导致可溶盐渗出，浸蚀含有波兰特水泥材料和砂浆。砖的含水率还影响墙 体的强度、保溫隔热性能。
[0063] 测得Ξ种配合比的农作物賴杆再生保溫砖的含水率，吸水率、饱和系数如表5、6、7 所示。
[0064] 表5-ZI的含水率、吸水率、饱和系数
[00 化]
[0071]通过对比相关标准，判断农作物賴杆再生保溫砖基本符合《烧结保溫砖和保溫搁 块KGB 26538-2011)中的相关规定。其中农作物賴杆再生保溫砖的常溫水浸泡2地吸水率 基本符合粉煤灰保溫砖和保溫搁块(FB)、渺泥保溫砖和保溫搁块(YNB)、其他固体废弃物保 溫砖和保溫搁块(QGB)的要求，饱和系数全部满足四种保溫砖和保溫搁块的规定。
[0072] 砖在浸水时，水分首先通过大量与相通的连通孔和半径较大的空隙快速进入砖内 部，多为大毛细孔水和自由水，当运两种孔被水充满后，水会向较小的凝胶孔、封闭孔、毛细 孔转移，而农作物賴杆再生保溫砖孔隙率较大再加上内部賴杆吸水性强。因此，吸水率较大 于其他类型砖。
[0073] (6)农作物賴杆再生保溫砖干燥收缩分析
[0074] 墙体的失水干燥收缩和外界环境的溫度变化引起的变形被普遍认为是造成墙体 开裂的主要原因，其中W墙体失水干燥和溫度降低的组合变形最为不利。美国搁体规范认 为，虽然墙体的干燥收缩是由砂浆和砖共同组成，但是搁墙砖占主要部分，因此墙体的收缩 可W用砖的干燥收缩值来评估。
[0075] 搁墙砖的干燥收缩机理在于:砖在干燥过程中，毛细孔水的蒸发使得毛细孔内部 水面下降，弯月面的曲率增大，进而导致毛细孔壁所受的表面张力增大，毛细孔内便形成毛 细管收缩应力，进而使砖不断收缩，体积变小。通过干燥收缩试验，农作物賴杆再生保溫砖 干燥收缩值如表8所示。
[0076] 表8-农作物賴杆再生保溫砖干燥收缩值
[0077]
[0078] 对比不同砖的干燥收缩范围，参见表9.由表8可知，农作物賴杆再生保溫砖的干燥 收缩值相对较大。
[0079] 表9-不同砖对于干燥收缩值的要求
[0080]
[0081] 初步判断干燥收缩值偏大的原因在于砖吸水膨胀较大。吸水膨胀机理在于:砖在 浸水饱和时，砖中的粗孔和大毛细孔迅速吸水，当砖吸水饱和后，内部颗粒间的拆开压力增 大和水对孔壁的持续挤压会造成孔径幅度和颗粒间增加而容纳更多的水，再加上賴杆在砖 内分布较为广泛，同时賴杆纤维吸水能力较强，造成砖继续吸水形成过饱和状态，加剧膨 胀。
[0082] (7)农作物賴杆再生保溫砖导热系数的分析
[0083] 通过CD-DR3030型导热系数测定仪测得的ΖΙ、ΖΠ 两种配合比的农作物賴杆再生 保溫试样的导热系数。ΖΙ、ΖΠ 两种配合比的农作物賴杆再生保溫试样平均导热系数结果见 表10。
[0084] 表10-农作物賴杆再生保溫试样平均导热系数
[0085]
[0086] 由表10可知，ΖΙ、ΖΠ 两种配合比的农作物賴杆再生保溫试样的导热系数均小于 0.12A，W/m · Κ，再则小麦賴杆是不连续、空屯、、质轻的多孔材料，W上特性使得小麦賴杆具 有良好的天然保溫性能。农作物賴杆再生保溫砖将賴杆粉碎成10~20mm长度，经过高压后， 砖内的麦賴之间较密实，其空隙很小、狭长且均匀分布，不存在较大的空气层，空隙间的对 流换热很小，其影响可W忽略不计。在自然溫度下的农作物賴杆再生砖，虽然内外表面存在 溫差，但是内部溫差较小，福射导热的影响也很小。由此可知，农作物賴杆再生砖的传热过 程主要是热传导模式。当热量传递的时候，空隙间大量空气流动性差，使得热量难W通过空 气传递，其传热W空气导热为主，具有良好的绝热特性，因此农作物賴杆再生保溫砖的保溫 效果明显。
[0087] 目前，常用的墙体材料基本导热系数如表11所示。
[0088] 表11-常用墙体材料导热系数
[0089]
[0090] 通过与表11比较分析得出，农作物賴杆再生保溫砖的导热系数小于加气混凝±、 钢筋混凝±、蒸压粉煤灰砖搁体等墙体材料，而普通混凝±和普通砖内部结构有孔隙且贯 通，空气流动性大，热量可W通过空气传递出去，使得溫度迅速降低。因此，在砖中加入定量 的賴杆，能够很好的提高砖的保溫隔热效果。
[0091] (8)农作物賴杆再生保溫砖经济性及社会效益分析
[0092] 表12-不同墙体材料热阻(含保溫层）
[0093]
[0094]
[OOM]由表12可知，农作物賴杆再生保溫砖传热阻比其他墙体材料热阻大很多，其保溫 隔热功能强。因此，其功能价格就相对较低，该墙体材料更经济。
[0096] 若在农作物賴杆再生保溫砖上涂抹一层普通型的水泥基复合保溫砂浆，对比常用 的挤塑聚苯板(XPS)和聚氨醋等保溫材料，如表13所示。
[0097] 表13-不同保溫材料热阻 「00981
[00991
[0100] 由表13可可知，在农作物賴杆再生保溫砖上涂抹一层普通型的水泥基复合保溫砂 浆，比常用的挤塑聚苯板(XPS)和聚氨醋等保溫材料的热阻大，其保溫隔热功能强，功能价 格就相对较低，该墙体材料更经济。根据试验调查，农作物賴杆再生保溫砖搁墙后抹一层保 溫砂浆，比聚苯板的保溫造价每平方低35元左右，同时XPS和聚氨醋的使用寿命为25年，保 溫砂浆的寿命可达70 W上与建筑物寿命同步。
[0101] 综上，根据《搁墙砖试验方法KGBT 2542-2012)分别测定了抗压强度，抗折强度、 冻融性能、含水率、吸水率、饱和系数等物理力学性能，通过试验分析可W得出:Ξ种配合比 农作物賴杆再生保溫砖基本满足《烧结保溫砖和保溫搁块KGB 26538-2011)的要求;通过 冻融试验，Ξ种配合比农作物賴杆再生保溫砖的质量损失率和抗压强度损失率均能符合标 准的规定;吸水率和饱和系数符合《烧结保溫砖和保溫搁块KGB 26538-2011)的要求;干燥 收缩值虽然较高，但是《烧结保溫砖和保溫搁块KGB 26538-2011)中并未对其有所规定。因 此，农作物賴杆再生保溫砖基本符合《烧结保溫砖和保溫搁块KGB 26538-2011)中的各项 规定，应用于工程上是基本可行的。
【主权项】
1. 一种农作物秸杆再生保温砖，其特征在于，由以下重量份数的原料制成，农作物秸杆 20~25份，化学添加剂O . 2~O . 5份，骨料90~180份，水60~80份，以及水泥，其中，水灰比 0 · 6~0·8〇2. 根据权利要求1所述的农作物秸杆再生保温砖，其特征在于，由以下重量份数的原料 制成，小麦秸杆24份，化学添加剂0.34份，骨料180份，水80份，水灰比0.8。3. 根据权利要求1或2所述的农作物秸杆再生保温砖，其特征在于，所述农作物秸杆选 自长度为10~20mm的小麦猜杆。4. 根据权利要求1或2所述的农作物秸杆再生保温砖，其特征在于，所述化学添加剂是 由硼酚、混合硼砂和五氯酚钠按照质量比为1:1.5配制而成。5. 根据权利要求1或2所述的农作物秸杆再生保温砖，其特征在于，所述骨料选自河砂 或河砂和石粉的混合物。6. 根据权利要求5所述的农作物秸杆再生保温砖，其特征在于，所述河沙选自平均粒径 为0.25mm以下的细砂，平均粒径为0.25~0.35mm的中砂或平均粒径为0.5mm以上的粗砂。7. 根据权利要求1或2所述的农作物秸杆再生保温砖，其特征在于，所述水泥为复合硅 酸盐水泥。8. -种如权利要求1~7之一所述的农作物秸杆再生保温砖的制备方法，其特征在于， 包括以下步骤： (1) 粉碎:将晾晒后的小麦秸杆粉碎成长度为10~20mm; (2) 和料：先将粉碎的小麦秸杆、化学添加剂和水按顺序和剂量加入搅拌机，搅拌5~ 8min，再加入水泥、骨料搅拌10~15min; (3) 成型、养护:将步骤(2)中搅拌均匀的料浆加入到制砖模具中振动成型，待成型8~ IOh后拆模，在自然条件下养护25~28天，即成。
【文档编号】C04B28/04GK105948657SQ201610349697
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年5月24日
【发明人】郝彤
【申请人】郑州大学