CN108046734A - 农作物秸秆纤维高性能防火装饰板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种农作物秸秆纤维高性能防火装饰板及其制备方法，是以氯氧镁水泥作胶凝材料，农作物秸秆纤维作主体材料，粘土砖粉和秸秆微粉作添加剂并配合自制稳定剂为原料，由下列组分按质量比制成：氯氧镁水泥1、农作物秸秆纤维0.2‑0.4、粘土砖粉0.15‑0.25、秸秆微粉0.03‑0.06、稳定剂0.01‑0.03。在配置氯氧镁水泥和制备农作物秸秆纤维后，将所述原材料按照比例配合搅拌，送入自动制板机压制成型，养护硬化后喷涂各类树脂砂浆或水泥砂浆装饰层即可得到所述的防火装饰板。本发明所制备的装饰板28天弯曲强度达30.5MPa，防火性能达A1级，即不燃。

Description

农作物秸秆纤维高性能防火装饰板及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑装饰板材技术领域，具体涉及一种农作物秸秆纤维高性能防火装饰板及其制备方法。
背景技术
农作物，如小麦、水稻、玉米等的生产过程中必然产生大量的秸秆，这些秸秆都是十分宝贵的资源。据统计，我国近几年秸秆年产量约6亿吨，仅以玉米籽实的产量推测，一株玉米，玉米籽粒与玉米秸秆的产量比为1：1.6，我国2016年玉米产量为2.17亿吨左右，玉米秸秆产量能达到3.472亿吨左右。目前，全国大约有30％的秸秆直接用作农村生活燃料，10％用于牲畜饲料，23％用做工副业生产，6％直接还田。随着我国农村经济不断发展，人民生活水平不断提高，传统的将秸秆作为生活燃料的需求逐年减少，导致剩余秸秆处理难的问题十分突出。为了赶农时、图方便，人们往往将其一烧了之。然而大量的秸秆被就地焚烧，不仅浪费资源，而且排放大量的温室气体CO2，严重污染环境并造成火灾隐患。玉米秸秆的综合利用可加速畜牧业和轻工业的发展，而且能改善生态环境，促进农村产业结构调整以及生态效益、社会效益、经济效益同步增长，保持现代农业可持续发展。与此同时，我国经济的发展和人口的增加，建筑业蓬勃发展，特别是建筑装饰业对高性能板材的需求量不断增长，导致了资源的短缺问题越来越严重。充分利用现有资源，将带来环境压力的玉米秸秆通过新技术加工成经济实用的装饰建筑建筑材料，是我国目前大力发展的新兴产业。
在世界卫生组织公布了石棉为第一类名列榜首的致癌物质后，世界各国逐渐禁止了石棉及含有石棉的板材在建筑工程中的使用。氯氧镁水泥板材成了取而代之的理想材料，原因在于它具有许多优于硅酸盐水泥的性能，如凝结快硬化快、机械强度高、耐磨性好、碱度低耐腐蚀、黏结性好、耐火隔热性能好等。随着氯氧镁水泥各种性能的不断改进，氯氧镁水泥的用途也越来越广泛，不少研究人员在其产品的开发利用方面做了许多研究。与传统的木塑复合材料相比，基于氯氧镁水泥的耐火隔热性能，和少量添加剂制作成的氯氧镁水泥防火材料具有强度适当(抗压强度为35.5MPa、抗折强度为4.48MPa)，可作为墙体的装饰材料用于室内装潢，不仅易施工，还能减低安全隐患。
随着我国城镇化进程的加速，我国每年排放的建筑废弃物达到20亿吨左右。由于30年前我国建筑物大部分为砖混结构，当前我国建筑废弃物的主要成份为粘土砖，达到40-60％。粘土砖吸水率高，强度低，不适合制造再生骨料。因此，如何高效利用建筑废弃物中的红砖，是建筑废弃物资源化利用的关键技术难题。
发明内容
本发明的目的就在于针对上述现有技术的不足，提供一种农作物秸秆纤维高性能防火装饰板及其制备方法，与一般的板材相比，本发明的装饰板材具有优良的抗弯性能及耐火性能、且耐水性能及加工性能优良。
本发明制备农作物秸秆纤维高性能防火装饰板的关键技术是利用建筑废弃物再生红砖粉作为添加剂，改善氯氧镁水泥水化产物的结构，防止其晶相转变，从而减低装饰板强度降低的风险。同时，本发明技术中还将添加自制的稳定剂，稳定剂与氯化镁充分反应，会明显降低农作物秸秆纤维装饰板材的吸水变形。由于无机氯氧镁水泥水化产物与红砖粉添加剂包裹在农作物纤维的表面，将增加装饰板的防火性能。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种农作物秸秆纤维高性能防火装饰板，是以氯氧镁水泥作胶凝材料，农作物秸秆纤维作主体材料，粘土砖粉和秸秆微粉作添加剂并配合自制稳定剂为原料，由下列组分按质量比制成：氯氧镁水泥1、农作物秸秆纤维0.2-0.4、粘土砖粉0.15-0.25、秸秆微粉0.03-0.06、稳定剂0.01-0.03。
优选地，是由下列组分按质量比制成：氯氧镁水泥1、农作物秸秆纤维0.3、粘土砖粉0.2、秸秆微粉0.04、稳定剂0.02。
所述氯氧镁水泥浆中氧化镁/氯化镁的摩尔比为6.5～8.5:1，氯化镁溶液的浓度为 25％。轻烧氧化镁中活性为60％，或者65％。其配制方法为：当氧化镁活性为60％时，每1kg的氧化镁与0.756kg的氯化镁溶液混合。当氧化镁活性为65％时，每1kg的氧化镁与0.768kg的氯化镁溶液混合。
优选地，所述氧化镁/氯化镁的摩尔比为7.5:1，氯化镁溶液的浓度为25％。
所述农作物秸秆纤维包括玉米秸秆纤维、水稻秸秆纤维和小麦秸秆纤维。秸秆微粉对应的包括玉米秸秆微粉、水稻秸秆微粉和小麦秸秆微粉。其制备方法如下：将晒干的农作物秸秆用粉碎机粉碎并筛分，得到3-15mm的秸秆纤维和0-3mm的秸秆微粉。三种秸秆纤维作本发明的装饰板的主体材料；秸秆微粉作本发明装饰板的填充材料。
所述粘土砖粉为再生红砖粉，由回收的建筑废弃物粘土砖经过破碎、筛分制备，其颗粒粒径为<0.075毫米；最佳为<0.045毫米。
所述稳定剂按重量百分比为：磷酸盐水泥40-60、高铝水泥30-40、化学纯氧化钙10-20。
优选地，所述稳定剂按重量百分比为：磷酸盐水泥50、高铝水泥35、化学纯氧化钙15。其制备方法：按照配合比称取磷酸盐水泥、高铝水泥、化学纯氧化钙加入到搅拌机中，搅拌20min。
上述农作物秸秆纤维高性能防火装饰板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、配置氯氧镁水泥：配置25％的氯化镁溶液，静置24小时后按轻烧氧化镁的活性为60％或65％加入氧化镁即得氯氧镁水泥，具体为：当氧化镁活性为60％时，每1kg 的氧化镁与0.756kg的氯化镁溶液混合，当氧化镁活性为65％时，每1kg的氧化镁与 0.768kg的氯化镁溶液混合；
B、制备农作物秸秆纤维：将晒干的农作物秸秆用粉碎机粉碎并筛分，得到3-15mm的秸秆纤维和0-3mm的秸秆微粉；
C、按配方比例称取氯氧镁水泥、农作物秸秆纤维、红砖粉、秸秆微粉和稳定剂在搅拌机中搅拌5-8分钟后，送入自动制板机压制成型，在可控湿度和温度的养护室中养护，其中养护条件为湿度40-75％，温度为25-45℃，优选地湿度55％，温度35℃；
D、养护14天后喷涂各类树脂砂浆或水泥砂浆装饰层。
所述涂层可以是单色，也可以喷涂成不同花色和图案。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明的农作物秸秆纤维高性能防火装饰板材具有抗菌、抗化学腐蚀、成本低、密度高、强度高、防水防潮、阻燃的特点。本发明采用氯氧镁水泥混合添加农作物秸秆纤维、秸秆粉混合，添加建筑废弃物再生红砖粉改善其防水性能，配以自制的稳定剂，制造出的防火装饰板材抗压强度和抗弯强度很高，利用本发明制备的道路混凝土28天抗弯强度达30.5MPa，防火性能可达A1级别，即不燃。
具体实施方式
下面利用具体实施实例来说明本发明农作物秸秆纤维高性能防火装饰板的性能。
一种农作物秸秆纤维高性能防火装饰板，是以氯氧镁水泥作胶凝材料，农作物秸秆纤维作主体材料，粘土砖粉和秸秆微粉作添加剂并配合自制稳定剂为原料，由下列组分按质量比制成：氯氧镁水泥1、农作物秸秆纤维0.2-0.4、粘土砖粉0.15-0.25、秸秆微粉0.03-0.06、稳定剂0.01-0.03。优选地，是由下列组分按质量比制成：氯氧镁水泥1、农作物秸秆纤维0.3、粘土砖粉0.2、秸秆微粉0.04、稳定剂0.02。
所述氯氧镁水泥浆中氧化镁/氯化镁的摩尔比为6.5～8.5:1，氯化镁溶液的浓度为25％。轻烧氧化镁中活性为60％，或者65％。其配制方法为：当氧化镁活性为60％时，每1kg的氧化镁与0.756kg的氯化镁溶液混合。当氧化镁活性为65％时，每1kg的氧化镁与0.768kg 的氯化镁溶液混合。优选地，所述氧化镁/氯化镁的摩尔比为7.5:1，氯化镁溶液的浓度为 25％。
所述农作物秸秆纤维包括玉米秸秆纤维、水稻秸秆纤维和小麦秸秆纤维。秸秆微粉对应的包括玉米秸秆微粉、水稻秸秆微粉和小麦秸秆微粉。其制备方法如下：将晒干的农作物秸秆用粉碎机粉碎并筛分，得到3-15mm的秸秆纤维和0-3mm的秸秆微粉。三种秸秆纤维作本发明的装饰板的主体材料；秸秆微粉作本发明装饰板的填充材料。
所述粘土砖粉为再生红砖粉，由回收的建筑废弃物粘土砖经过破碎、筛分制备，其颗粒粒径为<0.075毫米；最佳为<0.045毫米。
所述稳定剂按重量百分比为：磷酸盐水泥40-60、高铝水泥30-40、化学纯氧化钙10-20。优选地，所述稳定剂按重量百分比为：磷酸盐水泥50、高铝水泥35、化学纯氧化钙15。其制备方法：按照配合比称取磷酸盐水泥、高铝水泥、化学纯氧化钙加入到搅拌机中，搅拌20min。
上述农作物秸秆纤维高性能防火装饰板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、配置氯氧镁水泥：配置25％的氯化镁溶液，静置24小时后按轻烧氧化镁的活性为60％或65％加入氧化镁即得氯氧镁水泥，具体为：当氧化镁活性为60％时，每1kg 的氧化镁与0.756kg的氯化镁溶液混合，当氧化镁活性为65％时，每1kg的氧化镁与 0.768kg的氯化镁溶液混合；
B、制备农作物秸秆纤维：将晒干的农作物秸秆用粉碎机粉碎并筛分，得到3-15mm的秸秆纤维和0-3mm的秸秆微粉；
C、按配方比例称取氯氧镁水泥、农作物秸秆纤维、红砖粉、秸秆微粉和稳定剂在搅拌机中搅拌5-8分钟后，送入自动制板机压制成型，在可控湿度和温度的养护室中养护，其中养护条件为湿度40-75％，温度为25-45℃，优选地湿度55％，温度35℃；
D、养护14天后喷涂各类树脂砂浆或水泥砂浆装饰层。所述涂层可以是单色，也可以喷涂成不同花色和图案。
实施例1
按照表一、表二、表三的配比配制防火装饰板，轻烧氧化镁中活性为60％配置氯氧镁水泥，养护温度35℃，湿度55％，养护龄期28天。按照国家标准-《普通水泥力学性能试验方法标准》GB/T17671－1999规定的方法测试其抗压强度和抗弯强度，其结果列于表一、表二和表三。可以看出：当氯氧镁水泥、粘土砖粉、秸秆微粉及稳定剂用量不变时，随着农作物秸秆纤维掺量的增加，装饰板的抗压强度和抗弯强度都有所增加，但当农作物秸秆纤维掺量超过0.30时，其强度开始下降。说明农作物秸秆纤维掺量过高，氯氧镁水泥与其的粘结力下降。当其他条件不变时，玉米秸秆纤维的力学性能最好，水稻秸秆纤维次之，小麦秸秆纤维最差。但是用本发明方法制造的三种秸秆纤维的装饰板的抗压强度和抗弯强度远远大于硅酸盐水泥板材的强度，抗压强度和抗弯强度也分别达到60MPa和24MPa以上，比单用氯氧镁水泥制造的板材提高100％和500％以上。用玉米秸秆纤维制造的装饰板其抗压强度和抗弯强度分别达到78.5MPa和33.58MPa。利用玉米秸秆纤维制造的板材性能最优归功于玉米秸秆纤维吸水不膨胀的优点。
表一玉米秸秆纤维掺量对防火装饰板力学性能的影响
表二小麦秸秆纤维掺量对防火装饰板力学性能的影响
表三水稻秸秆纤维掺量对防火装饰板力学性能的影响
实施例2
按照表四的配合比制造防火装饰板，轻烧氧化镁中活性为60％配置氯氧镁水泥，养护温度35℃，湿度55％，养护龄期28天。其性能测试方法如实施例1，测试结果列于表四，可以看出，当其他条件不变时，随着秸秆微粉掺量的增加，防火装饰板材的力学性能有所增加，但其掺量超过0.04时，增加量不明显。
表四玉米秸秆微粉掺量对装饰板力学性能的影响
实施例3
按照表五的配合比制造防火装饰板，轻烧氧化镁中活性为60％配置氯氧镁水泥，养护温度35℃，湿度55％，养护龄期28天。其性能测试方法如实施例1，测试结果列于表五，可以看出，当其他条件不变时，随着稳定剂掺量的增加，防火装饰板材的力学性能有所增加，但其掺量超过0.020时，增加量不明显。
表五稳定剂掺量对防火装饰板力学性能的影响
实施例4
按照表六配合比配制农作物秸秆纤维装饰板材，氯氧镁水泥中轻烧氧化镁活性为60％，养护温度35℃，湿度55％，养护龄期28天。按照GB8624-2006检测其防火性能。可以看出，三种农作物秸秆制造的装饰板材都达到国家标准A1等级，即本发明技术制造的装饰板材为不燃材料。
表六不同秸秆纤维对装饰板材防火性能的影响
实施例5
按照表七配合比配制玉米秸秆纤维防火装饰板并测试其性能，氯氧镁水泥中轻烧氧化镁活性为60％，养护湿度为55％，其他条件不变，只有养护温度改变。装饰板的性能测试方法与实例1和4相同。可以看出，随着养护温度的升高，装饰板的力学性能明显提高，但当养护温度超过35℃时，装饰板的力学性能增加不明显。所有装饰板的防火性能达到A1级。
表七不同养护温度对防火装饰板材性能的影响
实施例6
按照表八配合比配制玉米秸秆纤维防火装饰板并测试其性能，氯氧镁水泥中轻烧氧化镁活性为60％，养护温度35℃，其他条件不变，只有养护环境湿度改变。装饰板的性能测试方法与实例1和4相同。可以看出，随着养护湿度的升高，装饰板的力学性能明显提高，但当湿度超过55％时，装饰板的力学性能增加不明显。所有装饰板的防火性能达到A1级。
表八不同养护湿度对防火装饰板材性能的影响
实施例7
按照表九配合比配制玉米秸秆纤维装饰板。其中水泥浆中，轻烧氧化镁活性为65％，养护温度35℃，湿度55％，养护龄期28天。测试方法同实施例1和4。可以看出，氧化镁活性提高，装饰板的性能改变并不明显。这是由于在配置水泥浆的过程中保持氧化镁与氢氧化镁的摩尔比不变所致。所有装饰板的防火性能达到A1级。
表九氧化镁活性对装饰板性能的影响
上述实例表明，由于采用氯氧镁水泥作胶凝材料，农作物秸秆纤维释放的糖份对其水化性能的影响可以忽略。同时玉米秸秆纤维具有吸水不膨胀的优点，用其制造的装饰板性能比其他两种秸秆纤维优良。大量研究表明，氯氧镁水泥材料的缺陷是吸水变形和强度降低，本发明装饰板的关键技术是利用建筑废弃物再生红砖粉作为添加剂，改善了水化产物的结构，防止了其晶相转变，从而大大降低装饰板强度降低的风险。同时本发明技术中添加了自制的稳定剂，稳定剂与氯化镁充分反应，明显降低了装饰板材的吸水变形。由于无机氯氧镁水泥水化产物与红砖粉添加剂包裹在农作物纤维的表面，增加了装饰板的防火性能。

Claims (10)

1.一种农作物秸秆纤维高性能防火装饰板，其特征在于，是以氯氧镁水泥作胶凝材料，农作物秸秆纤维作主体材料，粘土砖粉和秸秆微粉作添加剂并配合自制稳定剂为原料，由下列组分按质量比制成：氯氧镁水泥1、农作物秸秆纤维0.2-0.4、粘土砖粉0.15-0.25、秸秆微粉0.03-0.06、稳定剂0.01-0.03。
2.根据权利要求1所述的一种农作物秸秆纤维高性能防火装饰板，其特征在于，是由下列组分按质量比制成：氯氧镁水泥1、农作物秸秆纤维0.3、粘土砖粉0.2、秸秆微粉0.04、稳定剂0.02。
3.根据权利要求1所述的一种农作物秸秆纤维高性能防火装饰板，其特征在于：所述氯氧镁水泥浆中氧化镁/氯化镁的摩尔比为6.5～8.5:1，氯化镁溶液的浓度为25％，轻烧氧化镁活性为60％或65％。
4.根据权利要求3所述的一种农作物秸秆纤维高性能防火装饰板，其特征在于：所述氧化镁/氯化镁的摩尔比为7.5:1，氯化镁溶液的浓度为25％。
5.根据权利要求1所述的一种农作物秸秆纤维高性能防火装饰板，其特征在于：所述农作物秸秆纤维包括玉米秸秆纤维、水稻秸秆纤维和小麦秸秆纤维，对应的秸秆微粉包括玉米秸秆微粉、水稻秸秆微粉和小麦秸秆微粉。
6.根据权利要求1所述的一种农作物秸秆纤维高性能防火装饰板，其特征在于：所述粘土砖粉为再生红砖粉，由回收的建筑废弃物粘土砖经过破碎、筛分制备，其颗粒粒径为<0.075毫米；最佳为<0.045毫米。
7.根据权利要求1所述的一种农作物秸秆纤维高性能防火装饰板，其特征在于：所述稳定剂按重量百分比为：磷酸盐水泥40-60、高铝水泥30-40、化学纯氧化钙10-20。
8.根据权利要求7所述的一种农作物秸秆纤维高性能防火装饰板，其特征在于：所述稳定剂按重量百分比为：磷酸盐水泥50、高铝水泥35、化学纯氧化钙15。
9.如权利要求1所述的农作物秸秆纤维高性能防火装饰板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、配置氯氧镁水泥：配置25％的氯化镁溶液，静置24小时后按轻烧氧化镁的活性为60％或65％加入氧化镁即得氯氧镁水泥，具体为：当氧化镁活性为60％时，每1kg的氧化镁与0.756kg的氯化镁溶液混合，当氧化镁活性为65％时，每1kg的氧化镁与0.768kg的氯化镁溶液混合；
B、制备农作物秸秆纤维：将晒干的农作物秸秆用粉碎机粉碎并筛分，得到3-15mm的秸秆纤维和0-3mm的秸秆微粉；
C、按配方比例称取氯氧镁水泥、农作物秸秆纤维、红砖粉、秸秆微粉和稳定剂在搅拌机中搅拌5-8分钟后，送入自动制板机压制成型，在可控湿度和温度的养护室中养护，其中养护条件为湿度40-75％，温度为25-45℃，优选地湿度55％，温度35℃；
D、养护14天后喷涂各类树脂砂浆或水泥砂浆装饰层。
10.根据权利要求9所述的农作物秸秆纤维高性能防火装饰板的制备方法，其特征在于：所述涂层为单色或喷涂成不同花色和图案。
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