一种农作物秸秆复合水泥基保温墙体材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种农作物秸秆复合水泥基保温墙体材料及其制备方法，该保温墙体材料由以下方法制备：1)取麦秸切断进行蒸汽爆破得爆破料；2)对爆破料进行水洗，将水洗料浸入NaOH溶液中，后经过滤分离、水洗并干燥得麦秸纤维；3)将所得麦秸纤维进行硅烷偶联剂改性后，再加入偏高岭土进行搅拌混合得纤维预混料；4)将纤维预混料与水泥、聚苯乙烯泡沫颗粒、减水剂和水搅拌混合，所得料浆经浇筑成型、静置脱模和养护即得。所得轻质保温墙体材料在保证良好力学性能和隔热保温性能的基础上，吸水率低、吸水软化系数高；经过50次冻融循环后，抗压强度损失率不超过10％，质量损失率不超过5％，具有良好的抗冻性能和耐久性。

Crop straw composite cement based thermal insulation wall material and preparation method thereof

The invention relates to a crop straw composite cement-based insulation wall material and a preparation method thereof. The insulation wall material is prepared by the following methods: 1) taking wheat straw to cut off and steam blasting to obtain explosive material; 2) washing the explosive material, immersing the washing material in NaOH solution, then filtering, separating, washing and drying to obtain wheat straw fiber. 3) The wheat straw fiber was modified by silane coupling agent, and then mixed with metakaolin to obtain fiber premix; 4) The fiber premix was mixed with cement, polystyrene foam particles, water reducer and water, and the slurry was obtained by casting, static demoulding and curing. On the basis of good mechanical properties and thermal insulation performance, the lightweight insulation wall material obtained has low water absorption and high water softening coefficient. After 50 freeze-thaw cycles, the compressive strength loss rate does not exceed 10%, the mass loss rate does not exceed 5%, and has good frost resistance and durability.

【技术实现步骤摘要】
一种农作物秸秆复合水泥基保温墙体材料及其制备方法
本专利技术属于水泥基保温墙体材料
，具体涉及一种农作物秸秆复合水泥基保温墙体材料及其制备方法。
技术介绍
水泥基材料是目前使用最广泛的建筑材料，为人类社会的进步和发展做出了极其突出的贡献。但是，由于水泥的先天缺陷，水泥基材料存在以下问题：抗拉强度低，远远低于其抗压强度；是典型的脆性材料，抵抗外界冲击的能力差；抗裂性能差，结构中存在大量温度裂缝和干缩裂缝，并随着使用时间的延长逐渐发展成大裂缝，从而严重影响结构的耐久性和安全性。为解决上述问题，人们在水泥基材料中掺加纤维进行复合化，得到纤维增强水泥基材料。纤维在复合水泥基材料中的作用主要是提高其抗拉强度和变形能力、阻止裂缝的产生和发展。目前，石棉纤维、钢纤维、合成纤维、玻璃纤维等作为增强材料的技术已较为成熟，但是石棉有毒，纤维粉尘易对人体健康造成危害；钢纤维在裂缝中容易发生锈蚀，影响强度；合成纤维如聚丙烯纤维等需要额外加入抗氧化剂、抗紫外线的稳定剂及阻燃剂，成本高；玻璃纤维易受水泥中碱性腐蚀，且成本较高。因此，需要寻找新的低成本纤维来增强水泥基材料。农作物秸秆是一种来源广泛、存储量大并且可再生的自然资源，其本身具有大长径比、较高强度、较大比表面积和较高韧性，是一种具有多孔细胞结构的天然复合材料。农作物秸秆纤维是一种低成本绿色纤维，其作为水泥基体的增强材料，一方面能提高水泥基材料的抗弯强度和断裂韧性，降低材料密度，改善其结构和力学性能，抑制干缩裂缝，保证基体的连续性；另一方面，由于农作物秸秆纤维所具有孔隙结构，使得复合材料具有良好的保温及吸声效果。因此，农作物秸秆复合水泥基材料越来越受到人们的重视。但是，由于水泥水化过程中产生的氢氧化钙会溶于基体孔隙的多余水分中形成碱性溶液，溶液中氢氧化钙的存在及碱性环境会使纤维中的半纤维素和木质素降解，从而破坏纤维的结构、降低其强度和韧性，纤维结构破坏后形成空隙，氢氧化钙进入纤维内部在孔隙中沉积、结晶使得纤维矿化，从而失去柔性易断裂，最终导致复合材料的耐久性不佳，使得农作物秸秆复合水泥基材料的实际使用寿命远远低于建筑物的设计使用寿命。那么，采用农作物秸秆复合水泥基材料作为保温墙体材料使用时，就需要二次甚至更多次的维修和更换，不仅影响使用和保温效果，降低了工程质量；而且还增加了后续的维修和更换操作，提高了维修和维护成本，因此限制了其大规模推广使用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种农作物秸秆复合水泥基保温墙体材料，在保证其使用性能的基础上，提高其耐久性和质量稳定性。本专利技术的第二个目的是提供一种上述的农作物秸秆复合水泥基保温墙体材料的制备方法。为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：一种农作物秸秆复合水泥基保温墙体材料，由包括以下步骤的方法制备而成：1)取麦秸切断至长度为20-40mm，然后进行蒸汽爆破，蒸汽温度为185-190℃，蒸汽压力为2.8-3.0MPa，保压时间为2.5-3.0min，卸压出料得爆破料；2)对步骤1)所得爆破料进行一次水洗后得水洗料，将所得水洗料浸入质量浓度为0.8％-1.2％的NaOH溶液中，在60-80℃保温1.5-2.5h，后经过滤分离、二次水洗并干燥，得麦秸纤维；3)将步骤2)所得麦秸纤维进行硅烷偶联剂改性，再加入偏高岭土进行搅拌混合，硅烷偶联剂的用量为麦秸纤维质量的1.2％-1.5％，偏高岭土的用量为麦秸纤维质量的2.0-2.5倍，混合均匀后得纤维预混料；4)将步骤3)所得纤维预混料与水泥、聚苯乙烯泡沫颗粒、减水剂和水搅拌混合，所述纤维预混料的用量使得麦秸纤维的量为水泥质量的2.0％-2.5％，聚苯乙烯泡沫颗粒的用量为水泥质量的26％-30％，水胶比为0.48-0.52，所得料浆经浇筑成型、静置脱模和养护，即得。步骤1)中，所用麦秸的含水量为35％-40％。步骤2)中，所述水洗是指按照固液质量比为1:(4-5)的比例将爆破料浸入水中，浸泡时间为4-6h，后过滤并挤压进行固液分离，得水洗料和洗液。步骤2)中，将水洗料浸入NaOH溶液的固液质量比为1:(4-5)。步骤2)中，所述干燥的温度为65-70℃，干燥至麦秸纤维的含水量不超过15％。步骤3)中，所述硅烷偶联剂改性是指配制硅烷偶联剂溶液，将硅烷偶联剂溶液喷洒到麦秸纤维表面，搅拌使纤维表面充分润湿后干燥去除溶剂。配制硅烷偶联剂溶液所用的溶剂为乙醇水混合溶剂。硅烷偶联剂与乙醇、水的质量比为20:72:8。所述硅烷偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷。步骤4)中，所用减水剂为木质素磺酸钠。所述减水剂用量为水泥质量的0.3％-0.5％。步骤4)中，先将水泥与聚苯乙烯泡沫颗粒混合后，再加入纤维预混料和一部分水拌合，然后加入减水剂水溶液混合，得到料浆。一种上述的农作物秸秆复合水泥基保温墙体材料的制备方法，包括以下步骤：1)取麦秸切断至长度为20-40mm，然后进行蒸汽爆破，蒸汽温度为185-190℃，蒸汽压力为2.8-3.0MPa，保压时间为2.5-3.0min，卸压出料得爆破料；2)对步骤1)所得爆破料进行一次水洗后得水洗料，将所得水洗料浸入质量浓度为0.8％-1.2％的NaOH溶液中，在60-80℃保温1.5-2.5h，后经过滤分离、二次水洗并干燥，得麦秸纤维；3)将步骤2)所得麦秸纤维进行硅烷偶联剂改性，再加入偏高岭土进行搅拌混合，硅烷偶联剂的用量为麦秸纤维质量的1.2％-1.5％，偏高岭土的用量为麦秸纤维质量的2.0-2.5倍，混合均匀后得纤维预混料；4)将步骤3)所得纤维预混料与水泥、聚苯乙烯泡沫颗粒、减水剂和水搅拌混合，所述纤维预混料的用量使得麦秸纤维的量为水泥质量的2.0％-2.5％，聚苯乙烯泡沫颗粒的用量为水泥质量的26％-30％，水胶比为0.48-0.52，所得料浆经浇筑成型、静置脱模和养护，即得。本专利技术的农作物秸秆复合水泥基保温墙体材料，以麦秸纤维为增强材料，麦秸中起力学结构作用的纤维素类物质含量高，达到60％以上，相对的，半纤维素和木质素含量低，具有相对优异的力学强度、抗拉性能和稳定性。本专利技术采用蒸汽爆破工艺对麦秸进行预处理，一方面，蒸汽将秸秆原料快速加热至设定温度，高压下水蒸汽扩散渗透进入秸秆纤维细胞壁内，在结束时由于压力骤然释放、温度快速降低，润湿的秸秆纤维发生爆破，达到纤维分离细化的目的；另一方面，经过蒸汽爆破处理，秸秆纤维中的半纤维素发生降解且木质素被活化，糖类物质及酸类物质增加，大分子糖类物质分解为小分子糖类，通过对爆破料的一次水洗，将水溶性降解糖类物质溶出并去除，避免该部分物质在后续工艺中影响水泥的水化凝固，麦秸纤维得到纯化，纤维素含量得到提高。本专利技术的农作物秸秆复合水泥基保温墙体材料，在制备麦秸纤维时，将去除水溶性降解糖类物质后的水洗料浸入一定浓度的NaOH溶液中，保温萃取出其中的活化木质素，后经过滤分离、二次水洗并干燥，得到纯化的麦秸纤维。所得麦秸纤维的纤维素含量进一步提高，其中大部分相对“薄弱”成分-半纤维素和木质素已经被去除，麦秸纤维中起主要力学功能的纤维素成分得以保留和纯化，一方面麦秸纤维更加细化，在保持纤维强度的基础上，纤维韧性得到提高，较小的掺加量即可达到提高韧性和抗裂的作用；另一方面，上述操作使得纤维表面粗糙化，提高了纤维表面的疏水性，同时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种农作物秸秆复合水泥基保温墙体材料，其特征在于：由包括以下步骤的方法制备而成：1)取麦秸切断至长度为20‑40mm，然后进行蒸汽爆破，蒸汽温度为185‑190℃，蒸汽压力为2.8‑3.0MPa，保压时间为2.5‑3.0min，卸压出料得爆破料；2)对步骤1)所得爆破料进行一次水洗后得水洗料，将所得水洗料浸入质量浓度为0.8％‑1.2％的NaOH溶液中，在60‑80℃保温1.5‑2.5h，后经过滤分离、二次水洗并干燥，得麦秸纤维；3)将步骤2)所得麦秸纤维进行硅烷偶联剂改性，再加入偏高岭土进行搅拌混合，硅烷偶联剂的用量为麦秸纤维质量的1.2％‑1.5％，偏高岭土的用量为麦秸纤维质量的2.0‑2.5倍，混合均匀后得纤维预混料；4)将步骤3)所得纤维预混料与水泥、聚苯乙烯泡沫颗粒、减水剂和水搅拌混合，所述纤维预混料的用量使得麦秸纤维的量为水泥质量的2.0％‑2.5％，聚苯乙烯泡沫颗粒的用量为水泥质量的26％‑30％，水胶比为0.48‑0.52，所得料浆经浇筑成型、静置脱模和养护，即得。

【技术特征摘要】
1.一种农作物秸秆复合水泥基保温墙体材料，其特征在于：由包括以下步骤的方法制备而成：1)取麦秸切断至长度为20-40mm，然后进行蒸汽爆破，蒸汽温度为185-190℃，蒸汽压力为2.8-3.0MPa，保压时间为2.5-3.0min，卸压出料得爆破料；2)对步骤1)所得爆破料进行一次水洗后得水洗料，将所得水洗料浸入质量浓度为0.8％-1.2％的NaOH溶液中，在60-80℃保温1.5-2.5h，后经过滤分离、二次水洗并干燥，得麦秸纤维；3)将步骤2)所得麦秸纤维进行硅烷偶联剂改性，再加入偏高岭土进行搅拌混合，硅烷偶联剂的用量为麦秸纤维质量的1.2％-1.5％，偏高岭土的用量为麦秸纤维质量的2.0-2.5倍，混合均匀后得纤维预混料；4)将步骤3)所得纤维预混料与水泥、聚苯乙烯泡沫颗粒、减水剂和水搅拌混合，所述纤维预混料的用量使得麦秸纤维的量为水泥质量的2.0％-2.5％，聚苯乙烯泡沫颗粒的用量为水泥质量的26％-30％，水胶比为0.48-0.52，所得料浆经浇筑成型、静置脱模和养护，即得。2.根据权利要求1所述的农作物秸秆复合水泥基保温墙体材料，其特征在于：步骤1)中，所用麦秸的含水量为35％-40％。3.根据权利要求1所述的农作物秸秆复合水泥基保温墙体材料，其特征在于：步骤2)中，所述水洗是指按照固液质量比为1:(4-5)的比例将爆破料浸入水中，浸泡时间为4-6h，后过滤并挤压进行固液分离，得水洗料和洗液。4.根据权利要求1所述的农作物秸秆复合水泥基保温墙体材料，其特征在于：步骤3)中，所述硅烷偶联剂改性是指配制硅烷偶联剂溶液，将硅烷偶联剂溶液喷洒到麦秸纤维表面，搅拌使纤维表面充分润湿后干燥去除溶剂。5.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏浩峰，
申请(专利权)人：魏浩峰，
类型：发明
国别省市：河南,41