CN101428994B - 一种用植物纤维和水泥增强的轻质保温隔热生土材料 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种用植物纤维和水泥增强的轻质保温隔热生土材料。它是以天然生土为主要材料，添加植物纤维、水泥和其它添加剂加水拌和后自然干燥而成，具有自重轻、保温隔热性能好、生产工艺简单、可以循环使用并易于降解、造价低廉、保持传统生土墙体肌理和质感等特点，是一种适用于村镇建筑及旅游建筑的绿色环保墙体材料，既可用于替代传统夯土、土坯，也可替代实心粘土烧结砖作为村镇建筑的墙体材料，还可用来铺设楼面和屋面，提高这些部位的保温隔热以及吸声性能。
Description
技术领域
本发明涉及建筑工程技术领域，具体地说是一种用植物纤维和水泥增强的轻质保温隔热生土材料。
背景技术
目前，在城市化快速发展的背景下，作为大量消耗能源与资源的建筑业，必须发展绿色建筑，改变建筑业高投入、高消耗、高污染、低效率的模式。村镇建筑占全国建筑面积50％以上，在资源、环境与发展的矛盾日益突出的情况下，村镇建筑要尽最大努力减少对资源、环境的压力，因此，大力发展村镇绿色建筑研究与实践，对建设新农村、营造特色城镇、减少资源消耗、保护生态环境具有重要意义。
生土建筑在国外有悠久的历史，在人们普遍关注生态危机、能源危机、环境污染的今天，生土建筑又重新成为各国学者关注研究的热点。各国研究人员根据本国的土质情况，开展大量试验研究，探索出影响生土建筑功能和抗震能力的相关因素，提出了相应的规范和标准。发达国家围绕生土建筑展开的研究主要集中在三个方面：一是如何提高生土强度，为此主要以添加水泥为加强材料，并研究新型土壤改性剂；二是开发生土建筑专用施工设备，提高施工效率；三是研究施工工艺与生土墙体物理力学性能的关系，比如夯实密度、土的组成与颗粒含量对生土墙体导热系数指标的影响机理等。发达国家的上述技术成就有效提高了生土建筑的强度、耐久性、施工效率和抗震性能。
国内关于生土建筑的研究工作主要集中在两个方面：一是如何提高生土强度和生土建筑的抗震性能，为此主要以添加水泥、石灰、粉煤灰为加强材料，并通过加筋(钢丝网、农作物及植物秸秆)提高生土墙体整体性；二是研究施工工艺与生土墙体物理力学性能的关系，比如夯实密度、土的组成与颗粒含量、含水率对生土墙体强度和耐久性的影响机理等。研究思路与国外基本相同，研究工作的深度和***性和国外先进水平相比有一定差距，尤其在提高施工效率以及规程规范制订方面还有很多工作要做。
总的来说，国内外相关研究工作有效提高了生土建筑的强度、耐久性、施工效率和抗震性能，但尚未摆脱生土墙体自重大、用土多、导热系数高等生土建筑固有的缺点。
随着经济技术条件的改善，实心粘土烧结砖逐渐成为村镇建筑的主要墙体材料。虽然烧结粘土砖、普通烧结粘空心砖和混凝土砌块等墙体材料的生产工艺和技术规范已经非常成熟，但其在广大村镇建筑中的应用仍存在一些问题，这些问题主要体现在以下几个方面：
A.在生产烧结粘土砖、普通烧结粘空心砖和混凝土砌块等这些墙体材料过程中要消耗大量的能源，产生大气污染，这些材料废弃后回收利用率低，产生大量不可降解的建筑垃圾；
B.在经济落后地区，广大农民购买工业化生产墙体材料用于住房建设尚不现实，将这些建筑材料运输到偏远山区也将产生很高的运输费用，农民难于承受；
C.为了保护耕地，国家出台了一系列墙改政策，如国务院办公厅在2005年发布了“关于进一步推进墙体材料革新和建筑节能的通知”(国办发[2005]33号)。与此宏观政策相矛盾的是：随着经济条件的改善，普通烧结实心粘土砖在我国广大村镇建筑中的使用却日渐普及。
D.为降低建筑能耗，国家采取了一系列措施，国家***在制定的“节能中长期专项规划”中也规定了“十一五”期间，在全国范围内新建建筑要严格实施节能50％的设计标准。住宅建筑外墙耗热量占整个建筑总耗热量的29.49～38.29％，而烧结粘土空心砖和混凝土砌块等的导热系数均大于0.45W/(m·K)，经过计算采用目前的墙体厚度小于300mm的情况下不能满足国家节能标准的第三步要求。因此需要采取保温隔热措施，或者使用保温、隔热性能更好的墙体材料才能达到预定目标，而这又是广大农村人口难于承受的。
鉴于生土是我国村镇建筑普遍使用的天然建材，因此，有必要结合村镇建筑的经济、技术和资源条件，在绿色建筑理念指导下，开发新型生土材料来克服既有生土材料自重大、用土多、导热系数高、施工效率低等缺点。
发明内容
本发明的目的是克服现有村镇建筑生土墙体和实心粘土烧结砖的不足，提供一种用植物纤维和水泥增强的轻质保温隔热生土材料，提高生土的抗裂能力、抗压强度以及纤维和粘土、水泥的粘结力、防火能力、防腐能力等。
本发明的技术方案是：用植物纤维和水泥增强的轻质保温隔热生土材料由生土0％～83％、水泥0％～83％与植物纤维10％～25％、防火剂硼酸、防霉剂硼砂按重量以一定比例放入砂浆搅拌机，加水搅拌均匀，形成浆料，浆料自然干燥后，即得轻质保温隔热生土材料，防火剂硼酸的用量为植物纤维重量的0％～20％、防霉剂硼砂的用量为植物纤维重量 的0％～10％。
本发明在生土中掺入植物纤维，提高生土的抗裂能力；在生土中掺入水泥，提高抗压强度以及纤维和粘土、水泥的粘结力；加入硼酸提高植物纤维的防火能力；加入硼砂提高植物纤维的防腐能力。将上述材料加水搅拌成浆料，该浆料自然干燥后，就形成用植物纤维和水泥增强的轻质保温隔热生土材料。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
一)与传统生土材料相比：
1、自重轻。植物纤维和水泥增强的轻质保温隔热生土材料干密度仅为600～1200kg/m3，传统生土夯土墙和土坯墙自重约1800kg/m3。墙体自重较轻可以减轻建筑自重，减小结构构件尺寸，基础尺寸可以缩小，节约材料，提高结构抗震安全性。
2、强度高。抗压强度值达到2.5MPa以上，而传统生土夯土墙和土坯的抗压强度约0.5MPa；
3、保温隔热。传热系数不大于0.25W/(m·K)，属于绝热材料，隔热和保温能力好，能够改善建筑热环境，减少夏季空调制冷和冬季取暖能耗，对于村镇建筑节能有积极的促进作用。而传统生土夯土墙和土坯的传热系数约为1.0W/(m·K)，隔热和保温能力差；
4、不开裂。植物纤维在材料中均匀分布，在水泥的辅助加强作用下，植物纤维和水泥增强的轻质保温隔热生土材料外观致密，无裂缝产生，克服了传统土坯和夯土外观粗糙、易于开裂的缺点；
5、省土。由于该材料内部孔隙率高，所以，比同体积的传统夯土墙和土坯节约用土达50％以上。由于自重轻，用这种新型生土材料制作的砌块虽然尺寸大，但易于搬运砌筑，施工效率比传统生土夯土墙和土坯墙高。该材料像木材一样易于切割，加工性好；
6、力学性能稳定。参加纤维和水泥后，材料的力学性能较为稳定，同一配比制作的生土砌块的抗压强度值离散性小，工程质量更由保证；
7、扩大了生土材料在建筑上的使用范围。用该新型生土材料可以制作板状建材，铺设于楼面、屋面，从而提高这些部位的保温隔热和吸声性能。
二)与实心粘土烧结砖相比：
1、自重轻，抗震性能好。植物纤维和水泥增强的轻质保温隔热生土材料干密度仅为利 600～1200kg/m3，实心粘土烧结砖自重约1800～1900kg/m3。墙体自重较轻可以减轻建筑自重，减小结构构件尺寸，基础尺寸可以缩小，节约材料，提高结构抗震安全性。
2、循环使用。该材料废弃后掺加农家肥后可以还田，也可以破碎后重新生产建筑砌块，所以具有绿色建筑材料重复使用(Reuse)和循环使用(Recycle)的特征，保护耕地，具有良好的生态效应；
3、保温隔热。传热系数不大于0.25W/(m·K)，属于绝热材料，隔热和保温能力好，能够改善建筑热环境，减少夏季空调制冷和冬季取暖能耗，对于村镇建筑节能有积极的促进作用。而传统生土夯土墙和土坯的传热系数约为0.75W/(m·K)，隔热和保温能力差；
4、施工效率高。由于自重轻，用这种新型生土材料制作的砌块虽然尺寸大，但易于搬运砌筑，施工效率比实心粘土砖墙高；
5、保持传统建筑风貌。该新型生土材料保持了传统生土材料的颜色、质感，用于村镇建筑时更易于保持村镇的传统风貌，对发展民俗旅游有积极的促进作用；
6、价格低廉，节约建材运输费用。该材料的主要原料都是就地取材，节约了材料运输费用。该产品的生产过程简单，对设备和施工现场水电条件要求不高，所以，植物纤维和水泥增强的轻质保温隔热生土材料具有价格低廉的特点，适合在广大村镇地区尤其是西部地区村镇建设中使用；
7、省土。由于该材料内部孔隙率高，所以，比同体积的实心粘土砖墙节约用土达50％以上。由于自重轻，用这种新型生土材料制作的砌块虽然尺寸大，但易于搬运砌筑，施工效率比实心粘土砖墙高；
总之，植物纤维和水泥增强的轻质保温隔热生土材料具有轻质、保温、隔热、吸音等效果，这种材料可以加工成建筑砌块使用，也可以整体灌浆形成建筑墙体，还可以制作成片状板材铺设楼、屋面，提高这些部位的保温隔热和吸声能力。而且就地取材，制作工艺流程简单，符合绿色建材“3R”(Reuse—重新使用，Reduce—减少使用，Recycle—循环使用)原则。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
图1是本发明的用植物纤维和水泥增强的轻质保温隔热生土材料；
图2、图3.是发明的用植物纤维增强的轻质保温隔热生土材料；
图4是本发明的用植物纤维增强的水泥材料。
具体实施方式
实施例1：高强度植物纤维和水泥增强的轻质保温隔热生土材料制作
1、用饲料破碎机将植物或农作物秸秆破碎成植物纤维备用；
2、制订植物纤维和水泥增强的轻质保温隔热生土材料的配合比如下表所示：
C表示水泥，E表示生土，P表示植物纤维；表中配比为干料重量比。
3、按照材料的重量配比准备材料；
4、将防火剂和防腐剂放在容器中充分搅拌至完全融解，备用；
5、将生土、纤维和水泥放入砂浆搅拌机中，倒入溶解后的防火剂和防腐剂加水搅拌；
6、搅拌均匀后(时间不少于10分钟)，将搅拌均匀的拌和物倒入事前准备好的模具当中，表面抹光，24小时后脱模；
7、将脱模后的砌块晒干或风干，干燥过程要不断翻晒，防止砌块收缩不均匀，干燥后的砌块抗压强度高达5MPa，可用于承重墙的砌筑。
实施例2：低强度植物纤维和水泥增强的轻质保温隔热生土材料制作
1、用饲料破碎机将植物或农作物秸秆破碎成植物纤维备用；
2、制订低强度植物纤维和水泥增强的轻质保温隔热生土材料的配合比如下表所示：
C表示水泥，E表示生土，P表示植物纤维；表中配比为干料重量比。
3、其余制作过程同实施例1。按此方法制作的砌块自重约600kg/m3，导热系数约0.1W/(m·K)，保温隔热能力更强，可用于砌筑节能建筑的框架填充墙。
实施例3：仅使用植物纤维增强的轻质保温隔热生土材料制作
当工程所在地的生土粘性很好时，可以不添加水泥作为胶结材料，仅使用植物纤维对生土进行加强。这种植物纤维增强的轻质保温隔热生土材料具有更好的环境效应和更为低廉的造价，制作方法如下：
1、用饲料破碎机将植物或农作物秸秆破碎成植物纤维备用；
2、制订植物纤维增强的轻质保温隔热生土材料的常用配合比如下表所示：
E表示生土，P表示植物纤维；表中配比为干料重量比。
3、生土重量称量前，需要做简易的含水率测试，生土重量应扣减生土含水量；
4、将防火剂和防腐剂放在容器中充分搅拌至完全融解，备用；
5、将生土、纤维放入砂浆搅拌机中，加水搅拌，搅拌时倒入添加剂；
6、搅拌均匀后(搅拌时间不少于10分钟)，将搅拌均匀的拌和物倒入事前准备好的模具当中，表面抹光，24小时后脱模；
7、将脱模后的砌块晒干或风干，干燥过程要不断翻晒，防止砌块收缩不均匀，干燥后的砌块可用于承重墙或填充墙的砌筑。
实施例4：植物纤维增强轻质保温隔热水泥砌块制作
在生土难于获得的情况下，可以仅使用植物纤维和水泥制作植物纤维增强的轻质保温隔热水泥砌块。制作方法如下：
1、用饲料破碎机将植物或农作物秸秆破碎成植物纤维备用；
2、制订植物纤维水泥增强轻质保温隔热生土砌块的常用配合比如下表所示：
C表示水泥，P表示植物纤维；表中配比为干料重量比。
3、按照材料的重量配比准备材料。
4、将防火剂和防腐剂放在容器中充分搅拌至完全融解，备用；
5、将水泥、纤维放入砂浆搅拌机中，加水搅拌，搅拌时倒入添加剂；
6、搅拌均匀后(搅拌时间不少于10分钟)，将搅拌均匀的拌和物倒入事前准备好的模具当中，表面抹光，24小时后脱模；
7、将脱模后的砌块晒干或风干，干燥过程要不断翻晒，防止砌块收缩不均匀，干燥后的砌块可用于承重墙或填充墙的砌筑。
上述实施例中可以使用其它无机纤维、废纸纤维取代植物纤维；可以使用石灰、石膏胶结材料取代水泥；为增强抗压强度可以适量掺入砂或矿渣作为骨料。
Claims (2)
1.一种用植物纤维和水泥增强的轻质保温隔热生土材料，其特征是：由生土0％～83％、水泥0％～83％与植物纤维10％～25％、防火剂硼酸、防霉剂硼砂以植物纤维重量按一定比例放入砂浆搅拌机，加水搅拌均匀，形成浆料，浆料自然干燥后，即得轻质保温隔热材料；防火剂硼酸的用量为植物纤维重量的0％～20％、防霉剂硼砂的用量为植物纤维重量的0％～10％。
2.根据权利要求1所述的用植物纤维和水泥增强的轻质保温隔热生土材料，其特征是：为增强抗压强度适量掺入砂或矿渣作为骨料。
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