一种环保高强度秸秆水泥砌砖及其制备方法
技术领域
本发明具体涉及一种环保高强度秸秆水泥砌砖及其制备方法。
背景技术
农作物秸秆是世界上数量最多的一种农业生产副产品，也是一种可以综合利用的重要生物资源。随着农业生产和农村能源事业的发展，秸秆出现大量的剩余，剩余秸秆的处理问题日渐凸显。秸秆具有优良的建筑性能，在人类建筑史，秸秆等植物性纤维都曾经被作为建筑材料使用，具有轻质、保温、隔热、吸声、韧性和节能的优良性能。已有研究表明，秸秆砖墙的隔热性能最好，秸秆的导热系数仅为混凝土导热系数的3%，规格200mm厚的墙板，保温系数高于370mm黏土砖墙4倍，取暖热耗和成本降低4倍。秸秆砖或秸秆墙板的质量约为粘土砖墙的20%-25%，造价仅为黏土砖墙的70%。此外，由于秸秆具有一定的韧度，使得秸秆砖的抗震性和抗冲击性均优于粘土砖，因此，秸秆等废弃物的合理处理和资源化利用对清洁高效生产和可持续发展显得至关重要。
然而因受多种因素的制约，秸秆建材的发展遇到了瓶颈，在市场中并没有很好的表现。目前，对于秸秆水泥砌砖的研究方向，大多集中在如何提高秸秆和胶黏剂的粘合性能上。但是秸秆中含有果胶质、灰分等物质，如果没有进行纤维素的提取，胶黏剂难以进入秸秆孔隙中，导致秸秆产品性能差，没有很好的市场。目前将其中的纤维素分解出来，一般采用苯酚和氢氧化钠进行处理，大规模制取，将面临处理大量污水的难题，不仅成本会大幅度上升，而且目前处理技术上也存在问题。同时秸秆建材在潮湿环境中后期可能会产生膨胀开裂的危险现象，另外在南方潮湿环境中秸秆在生产和使用过程中可能产生发霉现象也未考虑。这均是需要对秸秆进行深入研究，探索出一种可不涉及大量污水处理，提升秸秆板力学性能并且成本较低的商业性开发的方案。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种环保高强度秸秆水泥砌砖及其制备方法。
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：一种环保高强度秸秆水泥砌砖的制备方法，包括以下步骤：
（1）先按玉米秸秆和谷类秸秆混合进行焚烧，得到草木灰，再将草木灰与水混合形成草木灰溶液，另取玉米秸秆浸泡于草木灰溶液中一段时间，然后将玉米秸秆和草木灰溶液分离；
（2）将分离出的玉米秸秆晾干后浸泡于油中，待一段时间后取出晾干；
（3）将步骤1中的草木灰溶液加热蒸发掉水分，得到粉体A；
（4）将玉米秸秆截成两种长度的段，长段为200-220mm，短段为80-105mm，然后用两根长段和两根短段按横向纵向交叉摆放并通过外扎绳紧固得到井字状的玉米秸秆骨架，将两个玉米秸秆骨架叠在一起放置于模具中；
（5）将谷类作物秸秆用粉碎机粉碎至长度5cm以下，然后将其与粉体A和阻燃胶黏剂按质量比10：0.1-0.4：2-5的比例混合搅拌均匀后输送至模具中进行模压成型，其压力控制在3-10MPa，制得秸秆砌砖坯料；
（6）将麻布浸泡于生漆2-12h，取出麻布包裹于玉米秸秆板上，然后刮去麻布上多余的生漆后晾干，最后秸秆砌砖坯料输送到可控湿度和温度的养护室中养护14天，其中养护条件为湿度40-75％，温度为25-45℃，制成环保高强度秸秆水泥砌砖。
所述谷类作物秸秆为小麦秸秆、大麦秸秆、黑麦秸秆、燕麦秸秆、黑小麦秸秆、稻秸秆中的一种或多种混合。
所述草木灰溶液的浓度为30-50克/升，所述玉米秸秆进行10-60分钟浸渍。
所述谷类作物秸秆的长度为0.5-2cm。
采用草木灰溶液在温度为50-80℃进行浸渍。
所述谷类作物秸秆粉碎后经过以下预处理：将粉碎后的谷类作物秸秆放置于反应容器中，然后通过加入压力为15×105至20×105帕斯卡和温度180-210℃的饱和蒸汽，然后在蒸煮一段时间后减压使反应容器压力降回到大气压后取出谷类作物秸秆。
所述阻燃胶黏剂由以下方法制得：按重量份数将硫铝酸盐水泥60-80份、醋丙乳液20-30份、高岭土20-30份、聚倍半硅氧烷10-18份、氨基磺酸4-10份、脂肪醇聚氧乙烯醚5-12份、氢氧化镁10-20份、六偏磷酸钠10-16份、氢氧化铝10-16份、水60-80份、乙二胺3-7份、聚二甲基硅氧烷4-8份、两性聚丙烯酰胺8-12份加入到容器中搅拌均匀后制成阻燃胶黏剂。
所述玉米秸秆和谷类秸秆按质量比3-5：7-10的比例混合进行焚烧，得到草木灰。
上述制备方法制得的环保高强度秸秆水泥砌砖。
有益效果：
（1）生产原料农作物废弃料，且生产过程不需要苯酚和氢氧化钠，采用草木灰处理去除表面的果胶层，表面粗糙度明显增加，秸秆半纤维素相对含量降低，增强了其黏合能力，相较于传统发明的碱处理方法具有相同效果还不污染环境节约成本，节能环保，并且将草木灰回收后用于秸秆水泥砌砖中，还能有效地杀灭病原菌及病毒，同时配合最外层的麻布的防虫防霉作用，有效地起到防止秸秆霉变虫蛀。
（2）将谷类作物秸秆粉碎后经过以下预处理，其谷类作物秸秆会出现一定程度的软化或溶解，在秸秆板成型时谷类作物秸秆与阻燃胶黏剂充分接触，阻燃胶黏剂渗透到谷类作物秸秆纤维中。随板材成型时，渗透有阻燃胶黏剂的谷类作物秸秆与玉米秸秆交织在一起，增强玉米秸秆纤维与谷类作物秸秆的界面结合，提高了产品的力学性能及防水性能，具有良好的抗冲击性能，可以更广泛的应用于建筑行业中。
（3）玉米秸秆骨架结构配合麻布质地轻、强力大的特点，使得秸秆水泥砌砖抗冲击和耐摔。同时包裹在最外层的麻布由于浸泡过生漆，使其秸秆水泥砌砖形成一层具有较强的硬度和韧性的保护层，使得秸秆水泥砌砖不容易受到外界环境的影响，延长使用寿命。
（4）可根据中国标准的水泥砖尺寸制备出240×115×53毫米的保温隔热、防虫防腐、耐火性能优良的环保高强度秸秆水泥砌砖，生产过程易于控制，生产成本低。
具体实施方式
实施例1
（1）先按玉米秸秆和谷类秸秆按质量比4：8的比例混合进行焚烧，得到草木灰，再将草木灰与水混合形成草木灰溶液，草木灰溶液的浓度为40克/升，另取玉米秸秆浸泡于草木灰溶液中30分钟，草木灰溶液的温度为60℃，然后将玉米秸秆和草木灰溶液分离；
（2）将分离出的玉米秸秆晾干后浸泡于油中，待一段时间后取出晾干；
（3）将步骤1中的草木灰溶液加热蒸发掉水分，得到粉体A；
（4）将玉米秸秆截成两种长度的段，长段为200-220mm，短段为80-105mm，然后用两根长段和两根短段按横向纵向交叉摆放并通过外扎绳紧固得到井字状的玉米秸秆骨架，将两个玉米秸秆骨架叠在一起放置于模具中；
（5）将谷类作物秸秆用粉碎机粉碎至长度5cm以下（优选0.5-2cm），所述谷类作物秸秆为小麦秸秆、大麦秸秆、黑麦秸秆、燕麦秸秆、黑小麦秸秆、稻秸秆中的一种或多种混合，所述谷类作物秸秆粉碎后经过以下预处理：将粉碎后的谷类作物秸秆放置于反应容器中，然后通过加入压力为18×105帕斯卡和温度200℃的饱和蒸汽，然后在蒸煮一段时间后减压使反应容器压力降回到大气压后取出谷类作物秸秆；然后将其与粉体A和阻燃胶黏剂按质量比10：0.2：3.5的比例混合搅拌均匀后输送至模具中进行模压成型，其压力控制在5MPa，制得秸秆砌砖坯料；其中所述阻燃胶黏剂由以下方法制得：按重量份数将硫铝酸盐水泥70份、醋丙乳液25份、高岭土25份、聚倍半硅氧烷14份、氨基磺酸7份、脂肪醇聚氧乙烯醚9份、氢氧化镁15份、六偏磷酸钠13份、氢氧化铝13份、水70份、乙二胺5份、聚二甲基硅氧烷6份、两性聚丙烯酰胺10份加入到容器中搅拌均匀后制成阻燃胶黏剂；
（6）将麻布浸泡于生漆2-12h，取出麻布包裹于玉米秸秆板上，然后刮去麻布上多余的生漆后晾干，最后秸秆砌砖坯料输送到可控湿度和温度的养护室中养护14天，其中养护条件为湿度40-75％，温度为25-45℃，制成环保高强度秸秆水泥砌砖；成品堆放：出厂也可以进行深加工。
经测试，在1000℃以上的高温或明火下不燃烧，经测试达到A级，符合国标GB8624-2006《建筑材料及制品燃烧性能分级》的相关规定；导热系数为0.167（25℃w/m.k），远小于粘土砖；使用寿命长，成品不吸水，耐候性、耐冻融性均达到国标JGJ144-2004《外墙保温工程技术规定》的相关规定。力学性能优于普通加气混凝土砌块，对制得的环保高强度秸秆水泥砌砖参照国家标准进行性能检测，检测结果见表1。
实施例2
（1）先按玉米秸秆和谷类秸秆按质量比3：7的比例混合进行焚烧，得到草木灰，再将草木灰与水混合形成草木灰溶液，草木灰溶液的浓度为50克/升，另取玉米秸秆浸泡于草木灰溶液中60分钟，草木灰溶液的温度为80℃，然后将玉米秸秆和草木灰溶液分离；
（2）将分离出的玉米秸秆晾干后浸泡于油中，待一段时间后取出晾干；
（3）将步骤1中的草木灰溶液加热蒸发掉水分，得到粉体A；
（4）将玉米秸秆截成两种长度的段，长段为200-220mm，短段为80-105mm，然后用两根长段和两根短段按横向纵向交叉摆放并通过外扎绳紧固得到井字状的玉米秸秆骨架，将两个玉米秸秆骨架叠在一起放置于模具中；
（5）将谷类作物秸秆用粉碎机粉碎至长度5cm以下（优选0.5-2cm），所述谷类作物秸秆为小麦秸秆、大麦秸秆、黑麦秸秆、燕麦秸秆、黑小麦秸秆、稻秸秆中的一种或多种混合，所述谷类作物秸秆粉碎后经过以下预处理：将粉碎后的谷类作物秸秆放置于反应容器中，然后通过加入压力为20×105帕斯卡和温度210℃的饱和蒸汽，然后在蒸煮一段时间后减压使反应容器压力降回到大气压后取出谷类作物秸秆；然后将其与粉体A和阻燃胶黏剂按质量比10：0.1：2的比例混合搅拌均匀后输送至模具中进行模压成型，其压力控制在3MPa，制得秸秆砌砖坯料，其中所述阻燃胶黏剂由以下方法制得：按重量份数将硫铝酸盐水泥60份、醋丙乳液20份、高岭土20份、聚倍半硅氧烷10份、氨基磺酸4份、脂肪醇聚氧乙烯醚5份、氢氧化镁10份、六偏磷酸钠10份、氢氧化铝10份、水60份、乙二胺3份、聚二甲基硅氧烷4份、两性聚丙烯酰胺8份加入到容器中搅拌均匀后制成阻燃胶黏剂。
（6）将麻布浸泡于生漆2-12h，取出麻布包裹于玉米秸秆板上，然后刮去麻布上多余的生漆后晾干，最后秸秆砌砖坯料输送到可控湿度和温度的养护室中养护14天，其中养护条件为湿度40-75％，温度为25-45℃，制成环保高强度秸秆水泥砌砖。成品堆放：出厂也可以进行深加工。
经测试，在1000℃以上的高温或明火下不燃烧，经测试达到A级，符合国标GB8624-2006《建筑材料及制品燃烧性能分级》的相关规定；导热系数为0.170（25℃w/m.k），远小于粘土砖；使用寿命长，成品不吸水，耐候性、耐冻融性均达到国标GB50574-2010《墙体材料应用统一技术规范》的相关规定。力学性能优于普通加气混凝土砌块，对制得的环保高强度秸秆水泥砌砖参照国家标准进行性能检测，检测结果见表1。
实施例3
（1）先按玉米秸秆和谷类秸秆按质量比5：10的比例混合进行焚烧，得到草木灰，再将草木灰与水混合形成草木灰溶液，草木灰溶液的浓度为30克/升，另取玉米秸秆浸泡于草木灰溶液中10分钟，草木灰溶液的温度为50℃，然后将玉米秸秆和草木灰溶液分离；
（2）将分离出的玉米秸秆晾干后浸泡于油中，待一段时间后取出晾干；
（3）将步骤1中的草木灰溶液加热蒸发掉水分，得到粉体A；
（4）将玉米秸秆截成两种长度的段，长段为200-220mm，短段为80-105mm，然后用两根长段和两根短段按横向纵向交叉摆放并通过外扎绳紧固得到井字状的玉米秸秆骨架，将两个玉米秸秆骨架叠在一起放置于模具中；
（5）将谷类作物秸秆用粉碎机粉碎至长度5cm以下（优选0.5-2cm），所述谷类作物秸秆为小麦秸秆、大麦秸秆、黑麦秸秆、燕麦秸秆、黑小麦秸秆、稻秸秆中的一种或多种混合，所述谷类作物秸秆粉碎后经过以下预处理：将粉碎后的谷类作物秸秆放置于反应容器中，然后通过加入压力为15×105帕斯卡和温度180℃的饱和蒸汽，然后在蒸煮一段时间后减压使反应容器压力降回到大气压后取出谷类作物秸秆；然后将其与粉体A和阻燃胶黏剂按质量比10：0.4：5的比例混合搅拌均匀后输送至模具中进行模压成型，其压力控制在10MPa，制得秸秆砌砖坯料，其中所述阻燃胶黏剂由以下方法制得：按重量份数将硫铝酸盐水泥80份、醋丙乳液30份、高岭土30份、聚倍半硅氧烷18份、氨基磺酸10份、脂肪醇聚氧乙烯醚12份、氢氧化镁20份、六偏磷酸钠16份、氢氧化铝16份、水80份、乙二胺7份、聚二甲基硅氧烷8份、两性聚丙烯酰胺12份加入到容器中搅拌均匀后制成阻燃胶黏剂。
（6）将麻布浸泡于生漆2-12h，取出麻布包裹于玉米秸秆板上，然后刮去麻布上多余的生漆后晾干，最后秸秆砌砖坯料输送到可控湿度和温度的养护室中养护14天，其中养护条件为湿度40-75％，温度为25-45℃，制成环保高强度秸秆水泥砌砖。成品堆放：出厂也可以进行深加工。
经测试，在1000℃以上的高温或明火下不燃烧，经测试达到A级，符合国标GB8624-2006《建筑材料及制品燃烧性能分级》的相关规定；导热系数为0.172（25℃w/m.k），远小于粘土砖；使用寿命长，成品不吸水，耐候性、耐冻融性均达到GB50574-2010《墙体材料应用统一技术规范%20的相关规定。力学性能优于普通加气混凝土砌块，对制得的环保高强度秸秆水泥砌砖参照国家标准进行性能检测，检测结果见表1。
对比例1
除步骤（2）中将分离出的玉米秸秆晾干后不浸泡油，其原料含量及制备过程与实施例3一致。
对比例2
除步骤（4）中将玉米秸秆按横向排布放置于热压机的模具中外，其原料含量及制备过程与实施例3一致。
对比例3
除步骤（5）中谷类作物秸秆粉碎后不经过预处理外，其原料含量及制备过程与实施例3一致。
对比例4
除步骤（5）中所述阻燃胶黏剂替换成100份硫酸钙石膏与60份水加入到容器中搅拌均匀后制成外，其原料含量及制备过程与实施例3一致。
对比例5
除不含步骤（6）外，其原料含量及制备过程与实施例3一致。
实施例4
对实施例1-3、对比例1-5制得的环保高强度秸秆水泥砌砖进行相关性能检测：该环保高强度秸秆水泥砌砖不开裂、不发霉，自重轻，成本低，可满足建筑工程中对墙体材料的性能要求。
对本发明实施例1-3以及对比例1-5制得环保高强度秸秆水泥砌砖参照GBJ%20129-90%20《砌体基本力学性能试验方法标准》、GB/T%2015231.5-1994%20《玻璃纤维增强水泥性能试验方法%20抗冲击性能》进行理化性能检测，检测结果见表1。
表1、环保高强度秸秆水泥砌砖的检测结果
由表1可以看出,本发明环保高强度秸秆水泥砌砖与对比例1、2相比,抗折性能上升。本发明环保高强度秸秆水泥砌砖与对比例3、4、5相比,在抗压强度、抗冲击强度方面均显著增强。其中本发明实施例1在抗压强度、抗折强度、抗冲击强度、保温性能方面表现更好，综合性能最佳，为本发明最佳实施方式。本发明制备出240×115×53毫米标准尺寸的保温隔热、防虫防腐、耐火性能优良的环保高强度秸秆水泥砌砖，原材料来源广泛，生产过程易于控制，生产成本低。
