秸稈纖維頁巖燒結微孔材料及其制備方法與流程

本發明屬于建材技術領域，涉及一種秸稈纖維頁巖燒結微孔材料及其制備方法。

背景技術：

隨著我國城市化進程加快，高樓大廈迅速建設，需要大量輕質、隔熱、隔音的填充材料。傳統的粘土燒結磚質重，隔熱、隔音性能差，不符合使用要求，且與國土管理法規沖突，已被嚴格限制生產。因此，許多人開始研究新的替代材料，例如：

高本立等人選用梅山鐵礦的尾礦作為主要摻加料代替部分頁巖，尾礦摻加量達到總物料的50%，研制出的頁巖尾礦自保溫多孔磚，通過對其進行物理力學性能、約束砌體墻抗震性能等方面進行測試，頁巖尾礦自保溫多孔磚的砌體抗壓強度、抗剪強度和彈性模量大于普通多孔磚砌體相應指標的規范規定值。

謝自強等人在普通頁巖空心磚的基礎上，新開發出一種孔洞多、導熱系數低、強度等級更高的節能型燒結頁巖空心磚，發現最新研制的節能型燒結頁巖空心磚是一種具有保溫隔熱功能的新型墻體材料。

徐子芳等人采用粉煤灰和煤矸石為主要材料在低溫下焙燒實心墻體保溫磚，這種磚的抗壓強度達到32.9MPa，導熱系數為0.405W/(m·K)，同時能夠耐酸、耐堿、耐凍融等特點。

張三明等人利用廢棄煤矸石等原料生產保溫磚，通過對孔洞率、孔型極其排布方式等進行優化，改善了保溫磚的熱工性能。

周智民等人一方面通過在混凝土中摻入聚苯乙烯顆粒，降低制磚用混凝土的導熱系數；另一方面通過確定磚內部垂直傳熱方向的空氣間層排數和錯排其排列方式，盡量延長了熱量傳遞路線，最大程度提高了自保溫多孔磚的熱阻。這種研制出的輕集料混凝土自保溫多孔磚，在實際工程中的應用效果非常良好。

蔡金武^[等人研究出了一種燒結空心保溫磚，這種保溫磚砌成的墻體在寒冷地區憑借自身的保溫性能可達到節能50%要求，無需另加保溫層；而且在工程應用中無需特殊工藝施工，便于質量控制；同時，造價低于其他保溫墻體，可與建筑物同壽命使用，安全可靠，應用前景廣闊。

馬翠芬等人通過對一種兼承重、保溫雙重功能的新型節能多孔磚砌體的傳熱性能、組砌方式、墻體設計等進行研究，該砌體比傳統外墻保溫系統相比，具有保溫層與建筑物同壽命，保溫性能可靠，施工方便等優點，造價降低約30%。

李建成等人采用有限元法對不同規格、孔型的混凝土空心砌塊的熱阻值進行了大量計算,指出孔洞的排數對砌塊熱阻值的影響最大,并提出“多排孔、薄孔壁”可作為隔熱空心砌塊熱工設計的準則。

馬保國等人研究了幾種不同成孔機理的造孔劑對粉煤灰頁巖燒結磚性能的影響，結果發現礦物內燃造孔劑可以在高溫下釋放能量，促進試件的燒成，試件的燒成收縮率高，抗壓強度損失率低44.7%，試件的氣孔率低、體積密度高。熱分解型造孔劑高溫下吸熱分解，試件的燒成收縮尺寸控制效果最好，制品的強度較低,氣孔率高于其它兩組試樣，體積密度值最低。生物質造孔劑在燒成過程中可以為試件提供能量，但由于形成的缺陷尺寸大，摻量體積比為10%的試件的強度損失率最大,達到69.5%。

目前，盡管一些企業在利用煤矸石、粉煤灰制備多孔磚、空心磚，在其保溫性能方面大多數上考慮的是利用保溫材料對其進行保溫，很少考慮其自保溫性能，國內專家學者對磚體微孔成孔技術在最近幾年才開始，所以在市場上具有自保溫功能的微孔磚基本很少。

另一方面，環保法規已禁止焚燒農作物秸稈，農村大量的農作物秸稈沒有出路，焚燒秸稈現象仍頻繁發生，累禁不止，成為亟待解決的問題。

技術實現要素：

針對以上問題，本發明提供一種秸稈纖維頁巖燒結微孔材料及其制備方法。既可制造出輕質、隔熱、隔音的填充材料，滿足城市建設的需求，又為農作物秸稈找到一條出路，避免焚燒秸稈現象發生。其技術解決方案是：

一種秸稈纖維頁巖燒結微孔材料，用如下重量份的原料混合燒結而成：

頁巖粉 88-93份

秸稈纖維粉 7-12份

水 適量

所述頁巖粉的粒徑小于2.0mm；

所述秸稈纖維粉的粒徑20～80目。

上述秸稈纖維頁巖燒結微孔材料的制備方法，包括步驟：

1、備料

-秸稈粉

（1）將干燥的農作物秸稈切成小于30mm的小段，先用錘式粉碎機將搗為絲狀體，再用球磨機加工成粉末微粒狀秸稈纖維，并放置于自然環境下干燥；

（2）采用20～80目/mesh的方孔篩對干燥好的秸稈纖維進行篩分，獲得粒徑為20～80目的秸稈纖維；

-頁巖粉

將頁巖用粉碎機進行粉碎，再用標準篩對頁巖粉末顆粒進行篩分，獲得粒徑小于2.0mm的頁巖顆粒；

2、制作泥料

（1）按配比取秸稈粉、頁巖粉于攪拌機中攪拌5～30s，混合均勻，

（2）再緩慢加水攪拌1～3min，制得泥料，水分添加量以便于坯料擠壓、密實、成型、避免水分被擠出為原則；

3、壓制坯料

（1）用擠壓機將泥料擠壓成料坯，料坯的幾何尺寸由模具確定；擠壓壓力10MPa～20MPa，并維持壓力時間30s～60s；

（2）將成型的料坯置于干燥箱中，以105±5℃恒溫干燥24h～48h，控制坯體的含水率在5％以下；

4、將干燥后的料坯置于窯中燒結，焙燒工藝制度如下：

- 干坯經過8～12小時預熱（低溫、高溫）溫度達到800℃后，經過3～4小時的焙燒，溫度為850～1050℃，然后經過3～4小時的保溫，然后隨爐自然冷卻至環境溫度；或

- 干坯經過4～5小時預熱溫度達到350℃～400℃，經過2小時的保溫，再繼續升溫到850～1050℃并保溫1～2小時，然后隨爐自然冷卻約12小時至環境溫度。

本發明的有益效果：

用上述原料和工藝制得的秸稈纖維頁巖燒結微孔材料，經測試，吸水率均到達15%以上，顯氣孔率到達27%以上。經過檢測發現，燒制磚坯體內部形成了一定數量均勻分布的微孔，常溫下導熱系數不大于0.40～0.50W/(m·K)，從而達到增強材料保溫隔熱的目的，而且，其平均抗壓強度在20～30MPa,密度1494～1733/(kg/·m^-3)，滿足GB26538-2011《燒結保溫磚和保溫砌塊》中的強度要求，不光可以作為填充墻使用，強度上也滿足承重磚的使用要求。

附圖說明

圖1是本發明的工藝流程圖。

具體實施方式

參見圖1，本秸稈纖維頁巖燒結微孔材料的制備方法，包括如下步驟：

1、備料

-秸稈粉

（1）將干燥的農作物秸稈切成小于30mm的小段，先用錘式粉碎機將搗為絲狀體，再用球磨機加工成粉末微粒狀秸稈纖維，并放置于自然環境下干燥；

（2）采用20～80目/mesh的方孔篩對干燥好的秸稈纖維進行篩分，獲得粒徑為20～80目的秸稈纖維；

-頁巖粉

將頁巖用粉碎機進行粉碎，再用標準篩對頁巖粉末顆粒進行篩分，獲得粒徑小于2.0mm的頁巖顆粒；

2、制作泥料

（1）按配比取秸稈粉、頁巖粉于攪拌機中攪拌5～30s，混合均勻，

（2）再緩慢加水攪拌1～3min，制得泥料，水分添加量以便于坯料擠壓、密實、成型、避免水分被擠出為原則；

3、壓制坯料

（1）用擠壓機將泥料擠壓成料坯，料坯的幾何尺寸由模具確定；擠壓壓力10MPa～20MPa，并維持壓力時間30s～60s；

（2）將成型的料坯置于干燥箱中，以105±5℃恒溫干燥24h～48h，控制坯體的含水率在5％以下；

4、將干燥后的料坯置于窯中燒結，焙燒工藝制度如下：

- 干坯裝窯后，點火升溫，8～12小時達到800℃，對干坯進行預熱，再升溫至850～1050℃，保溫焙燒3～4小時，然后熄火，隨爐自然冷卻至環境溫度；或

- 干坯裝窯后，點火升溫，4～5小時達到350℃～400℃，對干坯進行預熱，再升溫至850～1050℃，保溫焙燒1～2小時，然后熄火，隨爐自然冷卻至環境溫度。

用上述原料和工藝制得的秸稈纖維頁巖燒結微孔材料，經測試，吸水率均到達15%以上，顯氣孔率到達27%以上。經過檢測發現，燒制磚坯體內部形成了一定數量均勻分布的微孔，常溫下導熱系數不大于0.40～0.50W/(m·K)，從而達到增強材料保溫隔熱的目的，而且，其平均抗壓強度在20～30MPa,密度1494～1733/(kg/·m^-3)，滿足GB26538-2011《燒結保溫磚和保溫砌塊》中的強度要求，不光可以作為填充墻使用，強度上也滿足承重磚的使用要求。該材料與現有粘土標準磚對比，有如下優勢：

1、生產方面

節能、節料、成本低。頁巖燒結微孔磚相比同樣體積的實心粘土磚可節土約10%～30%。節煤約20%～40%。由于頁巖燒結微孔磚重量的降低，從而提高了磚坯裝運和出窯的效率，大大降低生產成本，節約運輸費用15%～20%。實現了對農業秸稈等廢棄物的處理，到達節能環保的效果，保護生態平衡,實現可持續生產。

2、施工方面

①無需在墻體外（內）側做保溫層。頁巖燒結微孔磚用來做建筑物的墻體可以使得其自身就具有保溫隔熱性能，無需在墻體內側或外側施加保溫層，而且燒結頁巖磚的使用壽命遠遠超過70年，可保證保溫效果與建筑物同壽命，克服了內外保溫層若干年后需要進行更新維修的重大隱患；并有效避免了在傳統型磚砌體外（內）側做保溫層、做防裂砂漿在開裂、滲透、脫落等質量問題和安全問題，減少二次改造和多次維修費用

②頁巖燒結微孔磚磚體輕質，相比粘土磚質量降低20%～40%，強度降低5～15%，用來做墻體使其自重降低約10%～30%，基礎荷載減少,建筑造價成本降低約5%～8%,有效的解決了在傳統空心砌塊做保溫層存在的增加房屋荷載的問題。

3、使用方面

頁巖燒結微孔磚導熱系數不大于0.40～0.50W/(m·K)，相比實心磚較低，故墻體的絕緣效果優于實心粘土磚墻體，保溫隔熱效果顯著，為此可降低采暖與空調設備的使用和費用，同時能夠相應的減少有害氣體的排放量。