CN102491719B - 秸秆灰渣免烧成型建筑材料及制备方法 - Google Patents

Abstract

一种秸秆灰渣免烧成型建筑材料，主要由秸秆灰渣、水泥、生石膏、生石灰制备而成，在该成型建筑材料中，含有来源于秸秆灰渣的钾盐和/或氧化钾。该成型建筑材料的制备方法，原料：秸秆灰渣50～70重量份、水泥5～10重量份、生石膏5～15重量份、生石灰5～15重量份、促进剂2～5重量份；制备工艺：(1)在室温、常压下将秸秆灰渣、生石膏、生石灰和水泥混合均匀，然后向混合粉料中加入其总重量28～40％的水并进行搅拌，搅拌时间以混合粉料呈泥状为限，继后加入促进剂并混合均匀；(2)将步骤(1)制备的泥状混合料加入模具，在室温、常压下振动成型，然后脱模取出坯料，将所述坯料放置在室内于室温、常压下使其完全固化。

Description

秸秆灰渣免烧成型建筑材料及制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料领域，涉及一种利用秸秆灰渣制备的秸秆灰渣免烧成型建筑材料及制备方法。

背景技术

我国是一个农业大国，据文献报导，我国每年各类农作物秸秆超过7亿吨，麦秸秆达到1亿吨，居世界首位。近年来，在政府鼓励下，对农作物秸秆回收利用有了进一步发展，除了传统的粉碎还田、加工饲料以外，还用于造纸及建筑装饰材料等。据资料报导秸秆还田约15％，作为饲料约16％，工业原料利用约占3％，其他近70％的秸秆没有被回收利用，很多都在大气中被燃烧，且仅有15％的燃烧效率，是农村和城市周边空气污染的罪魁祸首。

据资料显示，每千克秸秆燃烧相当于500克标准煤产生的热量，平均含硫量仅为0.38％，而煤的含量约为1％。在欧洲发达国家，将秸秆用于发电缓解煤炭需求成为一项主要的措施，例如在丹麦就建有133座应用秸秆燃烧发电厂。当前在我国也逐步推广利用燃烧秸秆的发电厂建设，截至2007年底，核准的生物质直燃发电项目约百个，装机容量2500兆瓦，建成投交并网发电的项目总装机容量400兆瓦以上，截至2008年底，仅我国国能生物质发电集团就有10个30兆瓦和7个12兆瓦的生物质电站正在运营。当前以燃烧秸秆作为发电能源的电厂主要分布在我国中东部和北方，如江苏淮阴、徐州、盐城等地建有8个热电厂、山东单县、河南沁阳、武汉仙桃、陕西西安、陕西三原、安徽大唐安庆、湖北荆州、宜城、河北保定等均建有这类发电厂。随着国家明确提出到2015年秸秆综合利用率在80％的行动目标，我国秸秆资源化驶入快车道。以“秸秆能源”为代表的生物质能利用发电成为今后秸秆利用的一个重要途径。

将秸秆用于发电，秸秆燃烧后会产生大量灰渣，例如一个中小型直燃秸秆的热电厂(3.6万千瓦)，每年消耗农田秸杆近达30万吨，燃烧秸杆产生的灰渣将达到45000吨；全国新兴上百家直燃秸秆的热电厂，随着电厂的不断运行，秸秆灰渣必将堆积如山。虽然秸秆燃烧后的灰渣可以作为肥料，但其肥效没有当前的复合肥好，作为肥料使用，其用量非常有限，因此，秸秆灰渣的利用是一个及待解决的问题，否则将对环境造成污染，并影响直燃秸秆的热电厂的发展。

CN101844883A公开了一种新型复合生态水泥及其制品应用，该专利申请中虽然涉及用秸秆灰作为原料制备复合生态水泥，用所述复合生态水泥制备建筑制品，但其原料中其它组分较多，秸秆灰的含量低，尤其是其制备的免烧砖，秸秆灰仅占免烧砖产品重量的3.3％，再者，该专利申请中复合生态水泥的E组分为有机高分子化合物，如尿醛树脂、VAE乳液、纤维素等，在生产和使用中会污染环境，对人体造成损害。

发明内容

本发明的目的是提供一种秸秆灰渣免烧成型建筑材料及制备方法，所述秸秆灰渣免烧成型建筑材料及制备方法不仅可提高秸秆灰渣的利用量，有利于环境造保护，而且可产生良好的社会效益和经济效益。

本发明所述秸秆灰渣免烧成型建筑材料，主要由秸秆灰渣、水泥、生石膏、生石灰制备而成，在所述成型建筑材料中，含有来源于秸秆灰渣的钾盐和/或氧化钾。

本发明所述秸秆灰渣免烧成型建筑材料，秸秆灰渣50重量份～70重量份、水泥5重量份～10重量份、生石膏5重量份～15重量份、生石灰5重量份～15重量份，但对成型建筑材料进行分析时，难于分析出它们的含量。

本发明所述秸秆灰渣免烧成型建筑材料，其组分中还包括明矾，所述明矾为3重量份～10重量份，以增加硫酸根和铝离子增强硫铝酸及硅铝酸复合盐的水合作用，加强灰渣与其他化学组分的化合凝固作用。

在免烧成型建筑材料的制备中，由于秸秆灰渣的含量在一定范围内变化，因而本发明所述秸秆灰渣免烧成型建筑材料，其所含钾盐和/或氧化钾的总量至少为秸秆灰渣免烧成型建筑材料总重量的1％。

本发明所述秸秆灰渣免烧成型建筑材料，可根据用户的要求制备成各种产品，但一般为砖或板材或棒材。

本发明所述秸秆灰渣免烧成型建筑材料的制备方法，所用原料及制备工艺如下：

原料包括：秸秆灰渣50重量份～70重量份、水泥5重量份～10重量份、生石膏5重量份～15重量份、生石灰5重量份～15重量份、促进剂2重量份～5重量份，所述秸秆灰渣、生石膏、生石灰的粒度为20目～200目；

制备工艺：

(1)在室温(室内自然温度)、常压下将秸秆灰渣、生石膏、生石灰和水泥混合均匀，形成混合粉料，然后向所述混合粉料中加入其总重量28％～40％的水并进行搅拌，搅拌时间以混合粉料呈泥状为限，继后加入促进剂并混合均匀；

(2)将步骤(1)制备的泥状混合料加入模具，在室温(室内自然温度)、常压下振动成型形成坯料，然后脱模取出坯料，将所述坯料放置在室内于室温、常压下使其完全固化，即获得所述成型建筑材料。

本发明所述秸秆灰渣免烧成型建筑材料的制备方法，其原料中还可增加明矾(增加硫酸根和铝离子增强硫铝酸及硅铝酸复合盐的水合作用)，所述明矾为3重量份～10重量份，粒度为20目～200目，所述明矾与秸秆灰渣、生石膏、生石灰、水泥一起混合，形成混合粉料。

从成型建筑材料的性能与制作成本综合考虑，本发明所述秸秆灰渣免烧成型建筑材料的制备方法，秸秆灰渣、生石膏、生石灰的粒度，或秸秆灰渣、生石膏、生石灰、明矾的粒度优选50目～120目。

获取符合粒度要求的秸秆灰渣、生石膏、生石灰、明矾，其途径有：1、从市场购买；2、委托他人加工或自己加工。

本发明述秸秆灰渣免烧成型建筑材料的制备方法，其促进剂为氯化钙、氯化钠、醋酸、三乙醇胺中的至少一种。

本发明所述秸秆灰渣免烧成型建筑材料的制备方法，对秸秆灰渣、生石膏、生石灰和水泥，或秸秆灰渣、生石膏、生石灰、明矾和水泥优选通过研磨混合均匀，可以增加原料成分的分散性，以及增加秸秆灰渣的活性，使得混合原料的化合胶凝作用更加充分。。

本发明所述方法中，所用水可以是自来水、井水、未受化工原料和油渍污染的河水、湖水。

本发明的机理是：由于秸秆灰渣中含有二氧化硅、氧化钙、氧化镁、氧化铝、氧化钾以及氧化铁等成分，通过本发明的配方和工艺，加入生石膏、生石灰和普通水泥，或加入生石膏、生石灰、明矾和普通水泥等对秸秆灰成分进行了调整，加上促进剂和水，促使混合原料发生胶凝化合反应，形成大量的由水化硅酸钙(C-S-H)、水化硅酸铝(A-S-H)及水化铝酸钙(C-A-H)和水化铁铝酸钙(C-A-F-H)等组成的复杂胶凝固相物质，表现出类似混凝土的高强结构特性。

本发明具有以下有益效果：

1、采用本发明所述方法制备秸秆灰渣免烧成型建筑材料，可大量利用秸秆灰渣，因而不仅可消除秸秆灰渣对发电厂周围环境造成的污染，解除秸秆灰渣对发电厂造成的困扰，促进以秸秆为燃料的电厂的发展，而且可降低成型建筑材料的制作成本，产生良好的社会效益和经济效益。

2、本发明所述方法的原料中无对人体有害的化学物质，因而在秸秆灰渣免烧成型建筑制备和使用中不会造成环境污染，损害人体健康。

3、本发明所述方法采用普通振动成型，成型坯料在在室内放置实现可完全固化，不需要特殊的养护，因而简化了工艺，减少了生产设备投入，使制作成本进一步降低。

4、本发明所述方法中，对秸秆灰渣、生石膏、生石灰、明矾的粒度进行了优选，不仅可保证成型建筑材料的性能符合要求，而且有利于降低制作成本。

5、本发明所述秸秆灰渣免烧成型建筑材料的强度好，以秸秆灰渣免烧砖为例，抗压强度可达15MPa，抗折强度可达3.3MPa，达到了GB11945-1999蒸压灰砂砖的MU15标准。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明所述秸秆灰渣免烧成型建筑材料及制备方法作进一步说明。

实施例1：制备砖

本实施例制备标准砖，尺寸为长240mm、宽115mm、厚53mm。

原料：秸秆灰渣70重量份、明矾3重量份、水泥(标号32.5)5重量份、生石膏15重量份、生石灰5重量份、氯化钙2重量份，秸秆灰渣、生石膏、生石灰、氯化钙、明矾的粒度为100目；

制备工艺：

(1)按上述重量份计量各原料，在室温(20℃)、常压下将秸秆灰渣、生石膏、生石灰和水泥混合均匀，形成混合粉料(约20分钟)，然后向所述混合粉料中加入其总重量35％的自来水并进行搅拌，搅拌时间以混合粉料呈泥状为限(约23分钟)，继后加入促进剂并混合均匀(约10分钟)；

(2)将步骤(1)制备的泥状混合料加入台振成型机的标准制砖模具中，在室温(20℃)、常压下振动成型形成坯料，然后脱模取出坯料，将所述坯料在室内放置于室温(20℃)、常压下固化6天后，其抗压强度12.2MPa，抗折强度2.4MPa，固化28天后，其抗压强度15.5Mpa，抗折强度3.4MPa，密度为1.60t/m³

实施例2：制备砖

本实施例制备标准砖，尺寸为长240mm、宽115mm、厚53mm。

原料：秸秆灰渣50重量份、明矾3重量份、水泥(标号42.5)10重量份、生石膏15重量份、生石灰15重量份、氯化钙1重量份，氯化钠1重量份，秸秆灰渣、生石膏、生石灰、氯化钙、明矾的粒度为20目；

制备工艺：

(1)按上述重量份计量各原料，在室温(24℃)、常压下将秸秆灰渣、生石膏、生石灰和水泥通过研磨混合均匀，形成混合粉料(约25分钟)，然后向所述混合粉料中加入其总重量28％的自来水并进行搅拌，搅拌时间以混合粉料呈泥状为限(约30分钟)，继后加入氯化钙、氯化钠并混合均匀(约8分钟)；

(2)将步骤(1)制备的泥状混合料加入台振成型机的标准制砖模具中，在室温(24℃)、常压下振动成型形成坯料，然后脱模取出坯料，将所述坯料在室内放置于室温(24℃)、常压下固化6天后，其抗压强度13.2MPa，抗折强度2.0MPa，固化28天后，其抗压强度16.5Mpa，抗折强度3.5MPa，密度为1.65t/m³。

实施例3：制备砖

本实施例制备标准砖，尺寸为长240mm、宽115mm、厚53mm。

原料：秸秆灰渣60重量份、明矾5重量份、水泥(标号42.5)8重量份、生石膏10重量份、生石灰12重量份、氯化钠1重量份、氯化钙3重量份、三乙醇胺1重量份，秸秆灰渣、生石膏、生石灰、明矾的粒度为80目；

制备工艺：

(1)按上述重量份计量各原料，在室温(28℃)、常压下将秸秆灰渣、生石膏、生石灰和水泥混合均匀，形成混合粉料(约20分钟)，然后向所述混合粉料中加入其总重量31％的自来水并进行搅拌，搅拌时间以混合粉料呈泥状为限(约25分钟)，继后加入氯化钠、氯化钙并混合均匀(约7分钟)；

(2)将步骤(1)制备的泥状混合料加入台振成型机的标准制砖模具中，在室温(28℃)、常压下振动成型形成坯料，然后脱模取出坯料，将所述坯料在室内放置于室温(28℃)、常压下固化7天后，其抗压强度13.5MPa，抗折强度2.5MPa，固化28天后，其抗压强度16.5MPa，抗折强度3.5MPa，密度为1.63t/m³。

实施例4：制备板材

本实施例制备板材，其尺寸为长1200mm、宽900mm、厚80mm。

原料：秸秆灰渣65重量份、水泥(标号42.5)8重量份、生石膏15重量份、生石灰8重量份、氯化钙3重量份、氯化钠1重量份，秸秆灰渣、生石膏、生石灰、氯化钙粒度为100目；

制备工艺：

(1)按上述重量份计量各原料，在室温(25℃)、常压下将秸秆灰渣、生石膏、生石灰和水泥通过研磨混合均匀，形成混合粉料(约25分钟)，然后向所述混合粉料中加入其总重量40％的自来水并进行搅拌，搅拌时间以混合粉料呈泥状为限(约15分钟)，继后加入氯化钙、氯化钠并搅拌混合均匀(约5分钟)；

(2)将步骤(1)制备的泥状混合料加入台振成型机的标准制板模具中，在室温(25℃)、常压下振动成型形成坯料，然后脱模取出坯料，将所述坯料在室内放置于室温(25℃)、常压下固化7天后，其抗压强度13.7MPa，抗折强度2.3MPa，固化28天后，其抗压强度18.5MPa，抗折强度4.0MPa，密度为1.68t/m³。

实施例5：制备板材

本实施例制备板材，其尺寸为长1000mm、宽800mm、厚60mm。

原料：秸秆灰渣58重量份、水泥(标号32.5)10重量份、明矾3重量份、生石膏12重量份、生石灰12重量份、氯化钠4重量份、三乙醇胺1重量份，秸秆灰渣、生石膏、生石灰、氯化钙粒度为120目；

制备工艺：

(1)按上述重量份计量各原料，在室温(26℃)、常压下将秸秆灰渣、生石膏、生石灰和水泥混合均匀，形成混合粉料(约20分钟)，然后向所述混合粉料中加入其总重量38％的自来水并进行搅拌，搅拌时间以混合粉料呈泥状为限(约18分钟)，继后加入氯化钠、三乙醇胺并搅拌混合均匀(约6分钟)；

(2)将步骤(1)制备的泥状混合料加入台振成型机的标准制板模具中，在室温(26℃)、常压下振动成型形成坯料，然后脱模取出坯料，将所述坯料在室内放置于室温(26℃)、常压下固化7天后，其抗压强度14.8MPa，抗折强度3.8MPa，固化28天后，其抗压强度21.5MPa，抗折强度4.2MPa，密度为1.67t/m³。

实施例6：制备棒材

本实施例制备棒材，其尺寸为高800mm、长250mm、宽250mm。

原料：秸秆灰渣68重量份、水泥(标号32.5)7重量份、生石膏5重量份、生石灰15重量份、氯化钙4重量份、氯化钠0.5重量份、醋酸0.5重量份，秸秆灰渣、生石膏、生石灰、氯化钙粒度为110目；

制备工艺：

(1)按上述重量份计量各原料，在室温(23℃)、常压下将秸秆灰渣、生石膏、生石灰和水泥通过研磨混合均匀，形成混合粉料(约25分钟)，然后向所述混合粉料中加入其总重量37％的自来水并进行搅拌，搅拌时间以混合粉料呈泥状为限(约20分钟)，继后加入氯化钙、氯化钠、醋酸并搅拌混合均匀(约5分钟)；

(2)将步骤(1)制备的泥状混合料加入模具中进行振动，在室温(23℃)、常压下振动成型形成坯料，然后脱模取出坯料，将所述坯料在室内放置于室温(23℃)、常压下固化7天后可以用于施工。

实施例7：制备棒材

本实施例制备棒材，其尺寸为高500mm、长200mm、宽200mm。

原料：秸秆灰渣60重量份、水泥(标号42.5)8重量份、明矾10份重量、生石膏12重量份、生石灰7重量份、氯化钙2重量份、氯化钠1重量份，秸秆灰渣、生石膏、生石灰、氯化钙粒度为150目；

制备工艺：

(1)按上述重量份计量各原料，在室温(27℃)、常压下将秸秆灰渣、生石膏、生石灰和水泥混合均匀，形成混合粉料(约22分钟)，然后向所述混合粉料中加入其总重量38％的自来水并进行搅拌，搅拌时间以混合粉料呈泥状为限(约18分钟)，继后加入氯化钙、氯化钠并搅拌混合均匀(约6分钟)；

(2)将步骤(1)制备的泥状混合料加入模具中进行振动，在室温(27℃)、常压下振动成型形成坯料，然后脱模取出坯料，将所述坯料在室内放置于室温(27℃)、常压下固化7天后可以用于施工。

Claims (8)

1.一种秸秆灰渣免烧成型建筑材料，其特征在于主要由秸秆灰渣、水泥、生石膏、生石灰制备而成，秸秆灰渣50重量份～70重量份、水泥5重量份～10重量份、生石膏5重量份～15重量份、生石灰5重量份～15重量份,在所述成型建筑材料中，含有来源于秸秆灰渣的钾盐和/或氧化钾。

2.根据权利要求1所述秸秆灰渣免烧成型建筑材料，其特征在于组分中还包括明矾，所述明矾为3重量份～10重量份。

3.根据权利要求1或2所述秸秆灰渣免烧成型建筑材料，其特征在于所含钾盐和/或氧化钾的总量至少为秸秆灰渣免烧成型建筑材料总重量的1%。

4.根据权利要求1或2所述秸秆灰渣免烧成型建筑材料，其特征在于为砖或板材或棒材。

5.一种秸秆灰渣免烧成型建筑材料的制备方法，其特征在于所用原料及制备工艺如下：

原料包括：秸秆灰渣50重量份～70重量份、水泥5重量份～10重量份、生石膏5重量份～15重量份、生石灰5重量份～15重量份、促进剂2重量份～5重量份，所述秸秆灰渣、生石膏、生石灰的粒度为20目～200目，所述促进剂为氯化钙、氯化钠、醋酸、三乙醇胺中的至少一种；

制备工艺：

（1）在室温、常压下将秸秆灰渣、生石膏、生石灰和水泥混合均匀，形成混合粉料，然后向所述混合粉料中加入其总重量28%～40%的水并进行搅拌，搅拌时间以混合粉料呈泥状为限，继后加入促进剂并混合均匀；

（2）将步骤（1）制备的泥状混合料加入模具，在室温、常压下振动成型形成坯料，然后脱模取出坯料，将所述坯料放置在室内于室温、常压下使其完全固化，即获得所述成型建筑材料。

6.根据权利要求5所述秸秆灰渣免烧成型建筑材料的制备方法，其特征在于原料还包括明矾，所述明矾为3重量份～10重量份，粒度为20目～200目，所述明矾与秸秆灰渣、生石膏、生石灰、水泥一起混合，形成混合粉料。

7.根据权利要求5或6所述秸秆灰渣免烧成型建筑材料的制备方法，其特征在于秸秆灰渣、生石膏、生石灰的粒度，或秸秆灰渣、生石膏、生石灰、明矾的粒度为50目～120目。

8.根据权利要求5或6所述秸秆灰渣免烧成型建筑材料的制备方法，其特征在于秸秆灰渣、生石膏、生石灰和水泥，或秸秆灰渣、生石膏、生石灰、明矾和水泥通过研磨混合均匀。