稻殼水泥混凝土保溫材料
摘 要:稻殼水泥混凝土保溫材料是以稻殼為骨料,水泥為膠結(jié)劑,107 膠作增強劑的混凝土材料。該材料具有原料來源豐富,價格便宜,施工方便,保溫性能好,抗腐蝕等特點。不同于以往輕混凝土之處,在于該混凝土的骨料不需進行任何預(yù)處理,與用砂石做骨料的混凝土具有完全相同的施工工藝。該混凝土可以加入鋼筋或鐵絲網(wǎng)做成預(yù)制塊,從而大大提高其整體強度,也可用水泥砂漿進行粘接和填縫。因此,這是一種較便宜的室內(nèi)外輕混凝土保溫材料。
關(guān)鍵詞:稻殼 輕骨料 水泥混凝土 輕混凝土 保溫材料
一、前言
水泥混凝土的主要優(yōu)點在于原料來源豐富、價格便宜、施工方便、耐腐蝕、強度高等。因此在許多方面都是不可替代的室內(nèi)外主要建筑材料。但采用砂石做骨料的水泥混凝土自重大,故國內(nèi)外一直在致力于輕混凝土的研究與發(fā)展。
輕混凝土雖然強度較低,但自重小,因此,對強度要求不高的非承重構(gòu)件,若能采用輕混凝土,整個建筑物的自重將大為降低,不僅使承載構(gòu)件可以采用較小的截面,而且基礎(chǔ)尺寸也可相應(yīng)減小,從而降低建筑造價。但由于現(xiàn)有輕混凝土價格較高,且一般情況下骨料均需進行預(yù)處理,其施工難度也相應(yīng)提高,因而到目前為止還未能得到廣泛應(yīng)用。
使用植物纖維及其碎粒與水泥混合加壓成型制造板材,在國內(nèi)外已有幾十年歷史。但迄今為止,實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的都是使用木質(zhì)纖維,如水泥刨花板,它雖已問世60 多年,卻越來越趨于停滯,主要原因是木材越來越緊缺,而且其產(chǎn)品的成本也難以為用戶所接受。
考慮到這些情況,我們在稻殼混凝土方面做了一些工作,希望能對輕混凝土的推廣應(yīng)用有所貢獻。
二、原料的選擇
1 稻殼
稻殼是水稻果實的外殼,水稻是人類主要食物之一,目前世界上至少有1/ 3 的人以食稻米為主。水稻的主要產(chǎn)地集中在亞洲,其中,我國年產(chǎn)稻谷約2 億t ,折算成稻殼年產(chǎn)量約4000 萬t ,占世界總產(chǎn)量的30 %以上,居世界第一位。過去,稻殼在我國農(nóng)村除作燃料外,幾乎全部作為廢棄物浪費了。隨著科學技術(shù)的進步,稻殼的開發(fā)利用在國內(nèi)外得到了迅速的發(fā)展,但與其年產(chǎn)量相比,利用率仍然很低。稻殼約占稻谷重量的20 % ,稻殼內(nèi)含可分解的養(yǎng)份很少,其主要成分是SiO2 、木質(zhì)素、纖維素等。從微觀結(jié)構(gòu)看,稻殼是以網(wǎng)狀高純度SiO2 為骨架,再包裹一層致密的纖維素。因此稻殼孔隙度大、密度小、保溫性能好、耐腐蝕能力強。它不僅具有非常好的韌性,而且還具有一定的強度。稻殼顆粒均勻,粒度適中,濕潤后體積不膨脹,易于壓實,這有利于拌和均勻和提高混合料的密實度。此外稻殼內(nèi)含有少量鉀,因此稻殼灰的水溶液呈弱堿性,而水泥和107 膠均為弱堿性物質(zhì),因此選用稻殼與水泥和107 膠拌和,混合料的化學性能較穩(wěn)定。
2. 107 膠
107 膠為無色水溶液,含固量為12 %~ 10 % ,相對密度為1. 05 。它是由聚乙烯醇和甲醛進行部分縮合反應(yīng)制得的水溶性聚乙烯醇縮甲醛膠粘劑。該產(chǎn)品為弱堿性,pH 值7~8 。
107 膠除具有較強的膠粘性外,加入水泥后能改善水泥與稻殼間的強度、韌性、粘附性及防止開裂和脫落等。它在水中溶解度很高,加入水泥后還能大大提高混合料的和易性,從而有助于現(xiàn)場拌和施工。
3. 水泥
采用普通硅酸鹽水泥。
三、原 理
稻殼水泥混凝土是以稻殼為骨料,107 建筑膠為稻殼的裹覆劑和水泥的增強劑。水泥具有粘著和內(nèi)聚性質(zhì),能使稻殼粘結(jié)成密實的整體。
稻殼的空隙度大,表面有一層致密的纖維素,能充分地吸附107 膠,從而大大改善混合料的和易性,加之稻殼濕潤后易于壓實、干燥后體積不膨脹,因而該混凝土與現(xiàn)有用砂石做骨料的混凝土具有完全相同的施工工藝。又由于該混凝土與金屬具有較好的粘接能力,因而可以加入鐵絲網(wǎng)或鋼筋、做成預(yù)制塊,以大大提高其整體強度。
混合料所選用的材料均呈弱堿性,因此其化學性能較穩(wěn)定、抗腐蝕能力強。稻殼從生產(chǎn)加工到運輸整個過程均沒有什么污染,而且其粒度均勻,大小適中。用它做骨料不需要進行任何預(yù)處理,即可現(xiàn)場拌和施工。
四、配 比
稻殼混凝土的密度和強度主要取決于水泥與稻殼用量的比例。當然,混合料的密實度也是強度高低的一個關(guān)鍵因素。稻殼與水泥的用量,可根據(jù)對強度和密度的要求進行選擇,其質(zhì)量比一般為:
稻殼∶水泥= (2718) ∶100
水∶水泥= 49∶100
107 膠∶稻殼= 30∶100
五、操 作
稱取一定量的風干稻殼于攪拌器內(nèi),按107 膠與稻殼用量比,稱取所需的107 膠,并用水稀釋至1∶1 ,倒入攪拌器內(nèi)攪拌10 min ;稱取定量水泥,倒入攪拌器內(nèi),再攪拌10 min ;按0. 49 的水灰比稱取一定的水量,扣除稀釋107 膠所用的水量,將剩余的水全部倒入攪拌器內(nèi),再攪拌8~10 min ,即可入模。入模后應(yīng)盡可能地振搗擊實,以提高其密實度。
由于稻殼孔隙度大,保水性能好,因此養(yǎng)護時一般只需加蓋塑料布,不用將試件浸入水中。若試件不易被塑料布蓋嚴,可于數(shù)天后適當灑一次水,使之保持一定的濕度即可。
六、實 例
稱取風干稻殼140g ,425 # 硅酸鹽水泥760g ,量取107 膠44 ml ,自來水325 ml ,按上述操作程序及時間分別加料攪拌,然后將拌和好的混合料分三次倒入三聯(lián)水泥膠砂試模進行振搗擊實,并于24 h 內(nèi)脫模。脫模后的試件小心用塑料布蓋嚴,并注意保持濕度,養(yǎng)護28 d 后測定其強度(見表1) 。
七、主要性能及其應(yīng)用前景
1 主要性能
(1) 密度小。根據(jù)強度要求,密度可在0. 8 ~1. 3 g/ cm3 范圍內(nèi)變動。
(2) 保溫性能好。導熱系數(shù)僅為0. 23 W/ (m·K) 左右。
(3) 強度較高。作為保溫材料,稻殼混凝土的強度是較高的,并且,還可根據(jù)需要,通過選用不同的水泥與稻殼用量,以及提高混合料的密實度等方法,進一步提高其強度。稻殼混凝土的強度一般為:抗壓強度8~15 MPa ,抗折強度2~6 MPa 。二者比值通??蛇_2~3 ??梢娕c抗壓強度相比,其抗折強度相對高于用砂石做骨料的混凝土。
(4) 抗凍性能好。稻殼混凝土抗凍性能好,在- 20 ℃經(jīng)25 次凍融后其試件均無變化,下面是三組凍融試件和對比試件(未做凍融試驗) 的強度值(見表2) 。
2 原料來源豐富,價格便宜
水泥及107 膠都是常用的建材,尤其是稻殼幾乎遍布全國,目前價格約為0. 1 元/ kg。
3 可加工性好
可直接用鐵釘或螺釘釘,釘處無裂紋,也可用手鋸鋸,鋸面平滑。
4用途廣泛
可以做成配筋構(gòu)件,大大提高其機械強度;表面可選用多種涂層材料,以提高其抗腐蝕性能和美化外觀;可以用價格便宜的水泥砂漿進行粘結(jié)和填縫。
因此,稻殼混凝土是一種價格較便宜的、適用范圍較廣的室內(nèi)外輕混凝土保溫材料。
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