秸秆/灰渣氯氧镁水泥空心条板或空心砌块及其制备方法.pdf

秸秆/灰渣氯氧镁水泥空心条板或空心砌块及其制备方法
    一、技术领域

    本发明主要涉及一种建筑用材料制备方法，特别涉及一种使所秸秆、灰渣、氧化镁及卤片等为原料制备一种秸秆/灰渣镁水泥空心条板/空心砌块的方法。

    二、背景技术

    我国农业生产历史悠久、规模庞大，但目前国内对这些秸秆的开发利用率还很低，大部分农村地区一直将秸秆作为生活燃料和牲畜饲料，但自上世纪70年代以来，随着农作物单产提高、秸秆总量迅速增加。陈洪章等研究显示，全世界每年产农作物秸秆1000亿吨～2000亿吨，我国每年高达约达7亿吨，大量农作物秸秆被废弃焚烧，而且秸秆露天焚烧现象愈演愈烈，给生态环境、交通管理等带来一系列问题。我国每年约有2亿吨秸秆被露天焚烧，这焚烧的2亿吨秸秆约占全年秸秆产量的30％左右，其中，玉米秸秆占35％，小麦秸秆占21％，水稻秸秆占19％。我国工业固体废弃物大量堆存，燃煤热电厂灰渣排放量每年达3亿吨以上，累计堆放量约为40亿吨，占地4-5万公顷，而综合利用率不到40％，对环境造成了严重污染。中国菱镁矿菱苦土储量居世界第一，而菱苦土替代原料白云石，在我国分布广泛，储量丰富，材料基体属低碱性，采用稻草等增强，大大降低成本和造价。菱镁矿和白云石中我国已探明的菱镁矿储量就达26×10⁸吨，约占世界总储量的1/3，中国菱镁矿储量主要分布在河北、辽宁、安徽、山东、四川、西藏、甘肃、青海、新疆等9个省(区)，其中以辽宁为储量最大，占全国总储量的85.62％，其次是山东，占全国总储量的9.54％。卤片则是盐厂的副产品，仅青海盐湖的储量就达19×10⁸吨。但是基本没有得到有效利用。

    目前，未改性的镁水泥制品主要存在三大问题，包括耐水性差、表面易返卤泛白及易发生翘曲变形。所以如何解决此问题就成为新的研究方向。

    专利申请号为94110592.x，名称为植物纤维氯氧镁水泥复合板的发明专利申请中公开了一种植物纤维氯氧镁水泥复合板，但是由于当中添加的植物纤维的量比较的大，达到40～64％wt，所以强度不是很高，应用范围受到限制，只能制成厚度6～40mm的装饰板材。

    三、发明内容

    为了解决现有镁水泥制品存在的耐水性差的问题，本发明提供了一种秸秆/灰渣氯氧镁水泥空心条板或空心砌块及其制备方法，耐水性好、强度高。

    技术方案：一种秸秆/灰渣氯氧镁水泥空心条板或空心砌块的制备方法，步骤为：

    第一步，将卤片配制成质量浓度为25％-30％的MgCl2水溶液；

    第二步，MgO和MgCl₂的质量比为5∶1-6∶1，灰渣占MgO质量的10％-30％，改性剂占MgO质量的0.5％-2％的比例，先将改性剂加入MgCl₂溶液中搅拌均匀，然后再与搅拌均匀的MgO粉和灰渣混合搅拌，得到氯氧镁水泥胶凝材料；

    第三步，按照秸秆纤维占总体积的10％-40％的比例将秸秆纤维加入氯氧镁水泥胶凝材料中，根据秸秆吸水率加水搅拌均匀至混合物流动性达到110-140mm时装模，得到秸秆/灰渣氯氧镁水泥空心条板或空心砌块。

    所述的秸秆纤维采用稻草、麦草、玉米秆或棉秆加工而成，长度为5mm-20mm，直径为0.2mm-0.5mm。

    所述的改性剂为：磷酸盐、硼酸或硼酸钠中的任意一种。

    所述的磷酸盐为磷酸二氢钾、磷酸二氢铵、磷酸二氢钠、磷酸镁中的任意一种。

    灰渣为粉煤灰、矿渣、硅灰中的任意一种或任意几种的混合。

    按照秸秆/灰渣氯氧镁水泥空心条板或空心砌块的制备方法得到的秸秆/灰渣氯氧镁水泥空心条板或空心砌块，原材料组成为：MgO和MgCl₂的质量比为5∶1-6∶1，灰渣占MgO质量的10％-30％，改性剂占MgO质量的0.5％-2％。

    制备得到的空心条板规格为：长(L)：2400-3900mm，宽(B)：590-595mm，厚(H)：60/90mm；制备得到的空心砌块规格为：长(L)：100-1000mm，宽(B)：100-250mm，高(H)：150-900mm，壁/肋厚度25mm-30mm。

    有益效果：

    1.所用轻烧氧化镁由中国储量巨大的菱镁矿煅烧得到，煅烧温度在800℃左右，而普通硅酸盐水泥的煅烧温度在1450℃左右，能耗低，节约能源，来源广泛，易于采购；

    2.氯氧镁水泥基体机械强度高，28d抗压强度达100MPa，而抗折强度达20MPa，当加入适当的改性剂后，强度可达200MPa；

    3.具有弱碱性和低腐蚀性。氯氧镁水泥浆体滤液的pH值在8.5-9.5之间，比硅酸盐水泥的碱度低很多，一般只对金属有腐蚀作用；

    4.粘结性好。与一些有机或无机骨料如锯木屑、木粉、矿石粉末和砂石等有很强的粘结力；

    5.阻燃性优良。MgO、MgCl₂都是不可燃的，且制品水化物中大量结晶水都能阻止点燃；

    6.常温空气中养护。与硅酸盐水泥混凝土相比，降低了对养护湿度的要求。

    7.将秸秆加工成纤维用于氯氧镁水泥灰渣胶凝材料，减小了制品的表观密度及容重，提高了制品的保温隔热性能；

    8.利用大量的废料灰渣及秸秆等，节约资源、能源和原材料成本；解决灰渣大量废弃堆存，不仅占有土地，还会对土壤、地下水和环境造成二次污染的问题；解决农作物的副产秸秆掩埋或焚烧后造成资源浪费，由于焚烧产生大量烟雾，对空气造成严重污染的问题。有效减轻环境负担，并降低成本。

    9.制备工艺简单，节省人力。

    四、具体实施方式

    一种秸秆/灰渣镁水泥空心条板/空心砌块及其制备方法，步骤如下：

    (1)将卤片配制成质量分数25％-30％的氯化镁溶液；

    (2)选取灰渣(如粉煤灰、矿渣、硅灰中的任意一种或任意几种的混合)与改性剂磷酸盐(包括磷酸二氢钾、磷酸二氢铵、磷酸为氢钠、磷酸镁等任意一种)、硼酸或硼酸钠改性剂等；

    (3)按MgO和MgCl₂的质量比5∶1-6∶1(按照MgCl₂溶液中MgCl₂的质量和氧化镁的质量之比计算)，灰渣占MgO质量的10％-30％，磷酸盐改性剂占MgO质量的0.5％-2％的比例将MgO、MgCl₂、灰渣及改性剂混合均匀，制备出氯氧镁水泥胶凝材料；

    (4)选取长度为5mm-20mm，直径为0.2mm-0.5mm的稻草、麦草、玉米秆或棉秆加工而成的秸秆纤维；

    (5)将体积掺量为10％-40％(也就是占秸秆纤维和氯氧镁水泥胶凝材料总体积的百分数)的秸秆纤维加入氯氧镁水泥胶凝材料中，根据秸秆的吸水率加入一定量的水，混合搅拌直至根据GB/T 2419-2005水泥胶砂流动度测定方法测定流动度达到110-140时，浆体呈现较好的流动性，拌匀后立即装模振动成型或是降低水胶比加压成型，得到秸秆/灰渣氯氧镁水泥空心条板或空心砌块。

    实施例1：按照上述特征步骤选取原材料，MgO和MgCl₂的质量比为5∶1，灰渣(粉煤灰)掺量为10％(占MgO质量的百分比)，秸秆体积掺量为10％(占总体积的百分比)，改性剂磷酸二氢钾掺量为1％(占MgO质量的百分比)。按照上述步骤进行氯氧镁水泥胶凝材料的配制、制备，加水搅拌，装模。

    将成型的试件放在自然条件下，养护至28d，测定其强度，并进行耐水性试验。结果表明，试件的28d抗折强度达10MPa以上，28d抗压强度达50MPa，泡水28d的软化系数达0.81以上。

    同时，本实施例中采用未掺加改性剂的氯氧镁水泥胶凝材料进行对比，发现该材料制备的试件耐水性能很差，泡水28d的软化系数为0.74。

    实施例2：按照上述特征步骤选取原材料，MgO和MgCl₂的质量比为5∶1，灰渣(粉煤灰)掺量为10％(占MgO质量的百分比)，秸秆体积掺量为30％(占总配比体积的百分比)，改性剂磷酸二氢钾掺量为1％(占MgO质量的百分比)。按照上述步骤进行氯氧镁水泥胶凝材料的配制、制备，加水搅拌，装模。

    将成型的试件放在自然条件下养护，测定其容重、强度、耐水性及导热性能。结果表明，试件干容重为1400kg/m³，试件的28d抗折强度达9MPa以上，28d抗压强度达14MPa以上，导热系数为0.22w/(m·k)，泡水28d的软化系数达0.8以上。

    同时，按本实施例中的配比除了不加改性剂其余成分相同制备对照组，进行对比试验，发现未掺加改性剂的试件泡水28d的软化系数为0.6。与掺加改性剂的相比28d耐水性有了极大提高。

    实施例3：一种秸秆/灰渣氯氧镁水泥空心条板或空心砌块的制备方法，步骤为：

    第一步，将卤片配制成质量浓度为25％的MgCl₂水溶液；

    第二步，MgO和MgCl₂的质量比为6∶1，矿渣和硅灰的混合物占MgO质量的30％，改性剂磷酸二氢铵占MgO质量的2％的比例，先将改性剂加入MgCl₂溶液中搅拌均匀，然后再与搅拌均匀的MgO粉和灰渣混合搅拌，得到氯氧镁水泥胶凝材料；所述的MgO为轻烧MgO，活性含量≥80％。

    第三步，按照秸秆纤维占秸秆纤维和氯氧镁水泥胶凝材料的总体积40％的比例将秸秆纤维加入氯氧镁水泥胶凝材料中，根据秸秆吸水率加水搅拌均匀至混合物流动性达到110-140mm时浆体呈现较好的流动性拌匀后即可装模振动成型或是降低水胶比加压成型，可以减少用水量提高制品的强度，得到秸秆/灰渣氯氧镁水泥空心条板或空心砌块。所述的秸秆纤维采用稻草、麦草、玉米秆或棉秆加工而成，长度为5mm-20mm，直径为0.2mm-0.5mm。

    实施例4：一种秸秆/灰渣氯氧镁水泥空心条板或空心砌块的制备方法，步骤为：

    第一步，将卤片配制成质量浓度为30％的MgCl₂水溶液；

    第二步，MgO和MgCl₂的质量比为5.5∶1，矿渣、硅灰和粉煤灰的混合物占MgO质量的20％，改性剂磷酸二氢钠占MgO质量的0.5％的比例，先将改性剂磷酸二氢钠加入MgCl₂溶液中搅拌均匀，然后再与搅拌均匀的MgO粉和灰渣混合搅拌，得到氯氧镁水泥胶凝材料；所述的MgO为轻烧MgO，活性含量≥80％。

    第三步，按照秸秆纤维占秸秆纤维和氯氧镁水泥胶凝材料的总体积的20％的比例将秸秆纤维加入氯氧镁水泥胶凝材料中，根据秸秆吸水率加水搅拌均匀至混合物流动性达到110-140mm时浆体呈现较好的流动性拌匀后即可装模振动成型或是降低水胶比加压成型，可以减少用水量提高制品的强度，得到秸秆/灰渣氯氧镁水泥空心条板或空心砌块。所述的秸秆纤维采用稻草、麦草、玉米秆或棉秆加工而成，长度为5mm-20mm，直径为0.2mm-0.5mm。

    将改性剂换为磷酸镁、硼酸或是硼酸钠效果一样好。