一种棉花秸秆超轻粗集料的制备方法
【专利摘要】本发明属于建筑用环保新型材料的研发与制造【技术领域】。特别是涉及一种棉花秸秆超轻粗集料的制备方法。该制备方法由以下步骤组成：一、棉花秸秆颗粒的制作；二、棉花秸秆颗粒的包裹；三、棉花秸秆颗粒的养护。本发明的主要用途为：用于建筑新材料领域。
【专利说明】一种棉花秸秆超轻粗集料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于建筑用环保新型材料的研发与制造【技术领域】。特别是涉及一种棉花秸杆超轻粗集料的制备方法。
【背景技术】
[0002]绿色骨料是一种以绿色原材料生产开发出的优质骨料。而轻骨料混凝土所用的骨料不同于普通骨料，轻骨料是一种人造骨料，其堆积密度小于1200kg/m3，且内部具有多孔结构。超轻粗骨料是一种粒径大于4.75mm以上堆积密度小于500 kg/m3的保温用或者结构保温用的粗骨料。骨料的使用量很大，是制作普通混凝土重要原材料，超轻粗骨料可以替代普通砂、石制作轻质混凝土。目前全世界每年耗用数十亿立方米的砂石，不少地区的骨料已经面临资源枯竭。因此，开发各种新的天然轻骨料资源，研制各种人造骨料和寻找合适的代用材料，已成为目前混凝土骨料发展的重要任务。
[0003]当前，国内外的配制轻骨料混凝土采用的都是经过人工处理或生产的轻骨料。这些不同品牌和等级的轻骨料采用了不同的原材料，性能存在一定的差异。在原材料的选取上，国内外主要利用粉煤灰、页岩和膨胀粘土等生产人造轻骨料。人工制作粘土陶粒和页岩陶粒，必须大量使用粘土和页岩，这必然会破坏自然资源，违背了“保护耕地、还地于民”的基本国策，因此粘土陶粒和页岩陶粒均不可能长期成为我国人造轻骨料的主导产品。利用粉煤灰焙烧或养护生产的轻骨料，尤其是采用三级以下的劣质粉煤灰，具有较好的经济与技术优势。另外，淤(底)泥添加少量外加剂，制粒经烧胀而成的人造轻骨料，近些年也有所应用。但不同流域，不同时间段形成的淤泥，它的有机成份和含量都有所不同，所需的外加剂和烧结温度时间等都也有所不同。淤泥的这些特点造成不同区域制成的轻骨料质量不易稳定、参差不齐，作为地方局部区域的应用较为适宜。
[0004]植物有机材料作为轻骨料的研究目前比较少，究其原因主要在于目前常用的植物有机材料木质成份含量较低，不易成形，强度较低，且吸水率高。但棉花秸杆木质成份含量较高，力学性能较好。单个棉花秸杆颗粒竖向抗压可达ISMpa以上，横向剪切强度在可达1.SMpa0因此把棉花秸杆颗粒作为轻骨料具有可行性。棉花秸杆剩余物是一种可广泛利用的材料，且将棉花秸杆纤维与胶凝材料混合起来制作的复合砌块保温性能将大大提高。但棉花秸杆纤维添加量始终有限(质量比为5%)，通过实验最终发现采用棉花秸杆颗粒可大幅提高棉花秸杆这种农业废弃物的添加量(实验结果质量比可达13%)，并且所制作的砌块抗压强度和密度得到了进一步改进。但将棉花秸杆颗粒直接添加到建筑材料中时，研究表明，表面未处理的棉花秸杆颗粒在拌和过程中具有较高的吸水率，会提高胶凝材料拌和的用水量，影响强度，而且过高的含水量会提高棉花秸杆的霉变速度导致秸杆强度降低，所以必须对其进行裹灰处理降低吸水量。在后续裹灰处理过程中发现棉花秸杆颗粒是一种具有一定弹性形变的颗粒，而常用的裹灰材料(比如水泥)又是一种脆性的硬质材料，二者结合后表面的裹灰层特别容易脱落。通过研究观察后发现二者的黏结能力有限，必须对棉花秸杆颗粒表面进行进一步处理提闻棉花稻杆与表面裹灰层的黏结能力，才能实现裹灰材料与棉花秸杆颗粒的可靠黏结。
[0005]丙烯酸酯防水涂料是一种防水性能优异、具有高技术含量的新型建筑防水涂料，它是以进口改性丙烯酸酯多元共聚物为基料，添加多种进口助剂、填充料，经严禁科学工序加工而成的一种高性能单组分防水涂料。涂膜高弹性、高强度、高粘结力，延伸率大，对基层收缩和变形开裂适应性较强。
[0006]水性聚氨酯防水涂料是一种单组份高分子液态反应固化型弹性防水涂膜材料。该产品不含溶剂、冷施工、无毒无味，具有良好的粘结和不透水性，对水泥及混凝土基面、石材、金属制品都有很强的粘附力，产品的化学性质稳定，能长期经受日光的照射，强度高、延伸率大、弹性好、防水效果好，涂膜固化后可在基层面形成一层致密、坚固、柔韧的防水涂膜，拉伸强度大、延伸性优异，对基面变形适应能力强，低温性能好，且水性聚氨酯防水涂料施工极为简便，无任何污染，具有高性能、用途广、多功能的优点。
[0007]丙烯酸酯防水涂料和水性聚氨酯防水涂料这两种防水涂料都具有较高的断裂延伸率(断裂延伸率>300%)，成膜后都具有一定的弹性形变能力，且对于混凝土、砖石、砂浆、金属、木材、玻璃、陶瓷、塑料、保温层等都有很强的粘附力。丙烯酸酯防水涂料和水性聚氨酯防水涂料具有的这种弹性形变做为棉花秸杆颗粒的包裹材料时可以成为柔性材料(棉花秸杆颗粒)和刚性材料(水泥)的界面过渡层，协调二者的形变。因此选择这两种材料做为棉花秸杆粗集料的包裹材料具有较大的可行性，实验结果也凸显出了它们的防水效果。而且将这两种材料包裹在棉花秸杆颗粒表面或者和水泥、粉煤灰拌合和制成的复合包裹材料，都可以达到界面层的弹性过渡，使得包裹材料不易脱落。
[0008]另外，由于棉花秸杆粗骨料的单个颗粒重量较轻，在做吸水率实验时，吸水率虽然在10%以上，但所吸收的水的总重量比较小，并且只有包裹材料表面会吸收水分，而棉花秸杆颗粒仍然能在一定时间内保持干燥。因此可说包裹材料达到了包裹的效果。
【发明内容】
[0009]本发明的目的在于:设计一种利用棉花秸杆为原料制备棉花秸杆超轻粗集料的方法，这种方法以棉花秸杆颗粒为主，通过添加合适的界面改性剂，改善其界面性能，能开发出绿色保温可以替代砂石料的超轻粗骨料。这种由棉花秸杆制作的绿色有机超轻骨料，无需高温烧制，经简单养护就可成型，并且堆积密度比较轻，可达200kg/m3 (目前无机超轻粗骨料堆积密度一般都在300-500kg/m3)，保温性能较好。这种方法能极大的利用棉花秸杆资源，并且这种方法制备工艺简单易操作，耗能低，产品质量能满足国家的相关标准。
[0010]完成上述发明目的的技术方案如下:一种棉花秸杆超轻粗集料的制备方法，该制备方法由以下步骤组成:一、棉花秸杆颗粒的制作:选取含水率在15%以内，直径为8-15mm的棉花秸杆，将棉花秸杆制作成长度为10_20mm的圆柱形棉花秸杆颗粒，备用；二、棉花秸杆颗粒的包裹:包裹方法包括两种:(一)由以下步骤组成1、包裹材料的选取按质量比a丙烯酸酯防水涂料50-70%和水泥50-30% ;或b丙烯酸酯防水涂料50-70%和粉煤灰50-30% ；或c水性聚氨酯防水涂料50-70%和水泥50-30% ;或d水性聚氨酯防水涂料50-70%和粉煤灰50-30% ;2、将步骤(一)中a或b或c或d中包裹材料预先混制成均匀的包裹液，将步骤一中制备好的棉花秸杆颗粒放入盛有包裹液的搅拌容器中均匀搅拌，直至包裹液全部包裹棉花秸杆颗粒，即可；或者(二)在搅拌容器中，先用丙烯酸酯防水涂料或水性聚氨酯防水涂料均匀包裹住棉花秸杆颗粒表面；然后向搅拌容器中添加水泥或粉煤灰并搅拌，直至防水涂料表面被水泥或粉煤灰包裹即可；三、棉花秸杆颗粒的养护:将步骤二中包裹好包裹材料的棉花秸杆颗粒取出后按照混凝土模块的蒸汽养护方法养护1-3天后，即得到棉花秸杆超轻粗集料。
[0011]所述的棉花秸杆需进行防虫蛀处理，并且剔除棉花秸杆的结节部位。
[0012]所述的丙烯酸酯防水涂料或水性聚氨酯防水涂料为市售的液状商品。
[0013]所述的棉花稻杆颗粒表面的包裹材料厚度为0.25-0.8_。
[0014]所述的水泥为:市售42.5级普通硅酸盐水泥。
[0015]所述粉煤灰:国家标准《用于水泥和混凝土中的粉煤灰(GB/T1596-2005)》中所述二级粉煤灰。
[0016]进一步，所述的丙烯酸酯防水涂料或水性聚氨酯防水涂料为市售的固体含量为50%的防水涂料，若采用固体含量大于50%的防水涂料需加水搅拌稀释至固体含量为50%。所述棉花秸杆颗粒为含水率低于15%，当年或前一年的棉花秸杆经切割而成，长度为10_20mm,直径为8_15mm的圆柱形颗粒。
[0017]本发明的有益效果:本发明以棉花秸杆颗粒为基材，利用丙烯酸酯防水涂料、水性聚氨酯防水涂料、水泥和工业废弃物粉煤灰，利用丙烯酸酯防水涂料和水性聚氨酯防水涂料凝固后可适度变形的特性，通过工艺优化，采用包覆的方式制备绿色棉花秸杆超轻粗集料。与其他超轻粗集料相比，本方法具有如下优点:1、棉花秸杆颗粒为农业废弃物棉花秸杆经切割而成，处理简单，可大量消耗农业废弃物棉花秸杆；2、无需大型煅烧设备，经简单搅拌即可制备；3制备的棉花秸杆超轻粗集料，堆积密度小，单个颗粒吸水少；4、由于本产品采用免烧工艺，因此与焙烧工艺相比，具有节能和低碳等环保效果。
[0018]利用本方法生产的产品可达到如下技术指标:(I)粒径范围:长度在10_20mm，直径为8-15mm的圆柱形颗粒；(2)堆积密度:150_200kg/m3 ; (3)筒压强度:0.5-1.0Mpa ；
(4)Ih 吸水率:10-20% ο
【专利附图】
【附图说明】
[0019]下面结合附图对本发明做进一步的说明。
[0020]图1为:包裹前制作好的棉花秸杆颗粒；
图2为:制作好的棉花秸杆超轻粗集料
图3为:市面上普通的陶粒。
【具体实施方式】
[0021]实施例1 一种棉花秸杆超轻粗集料的制备方法，该制备方法由以下步骤组成:
一、棉花稻杆颗粒的制作:选取含水率为15%,直径为8-15mm的棉花稻杆,将棉花稻杆制作成长度为10-20mm的圆柱形棉花秸杆颗粒如图1所示，备用；
二、棉花秸杆颗粒的包裹:(一)由以下步骤组成1、包裹材料的选取按质量比a丙烯酸酯防水涂料50%和水泥50% ； 2、将步骤(一)中a中包裹材料预先混制成均匀的包裹液，将步骤一种制备好的棉花秸杆颗粒放入盛有包裹液的搅拌容器中均匀搅拌，直至包裹液全部包裹棉花秸杆颗粒，即可；三、棉花秸杆颗粒的养护:将步骤二中包裹好包裹材料的棉花秸杆颗粒取出后按照混凝土模块的蒸汽养护方法养护1-3天后，即得到棉花秸杆超轻粗集料如图2所示。
[0022]所述的棉花秸杆需进行防虫蛀处理，并且剔除棉花秸杆的结节部位。
[0023]所述的丙烯酸酯防水涂料为市售的固体含量为50%的丙烯酸酯防水涂料。
[0024]所述的棉花稻杆颗粒表面的包裹材料厚度为0.25-0.8mm。
[0025]将所得棉花秸杆超轻粗集料样品进行检测:将所得棉花秸杆超轻粗集料样品进行检测:堆积密度为195kg/m3，筒压强度为0.75MPa，Ih吸水率为19%。与其他陶粒的性能相似，完全可以替代传统的其他陶粒进行使用。
[0026]实施例2、制备方法同实施例1，其中选取含水率在15%的棉花秸杆；包裹材料选择b丙烯酸酯防水涂料50%和粉煤灰50%。
[0027]将所得棉花秸杆超轻粗集料样品进行检测:堆积密度为190kg/m3，筒压强度为0.7MPa，lh 吸水率为 19%。
[0028]实施例3、制备方法同实施例1，其中选取含水率在10%的棉花秸杆；包裹材料选择b丙烯酸酯防水涂料70%和粉煤灰30%。
[0029]将所得棉花秸杆超轻粗集料样品进行检测:堆积密度为161kg/m3，筒压强度为0.85MPa, Ih 吸水率为 15%。
[0030]实施例4、制备方法同实施例1，其中选取含水率在10%的棉花秸杆；包裹材料选择b丙烯酸酯防水涂料70%和水泥30%。
[0031]将所得棉花秸杆超轻粗集料样品进行检测:堆积密度为155kg/m3，筒压强度为0.85MPa, Ih 吸水率为 13%。
[0032]实施例5、制备方法同实施例1，其中选取含水率在15%的棉花秸杆；包裹材料选择b水性聚氨酯防水涂料50%和粉煤灰50%。所述的水性聚氨酯防水涂料是将市售的固体含量为65%的水性聚氨酯防水涂料，添加总重30%的水即制成固体含量为50%的水性聚氨酯防水涂料。
[0033]将所得棉花秸杆超轻粗集料样品进行检测:堆积密度为192kg/m3，筒压强度为0.75MPa, Ih 吸水率为 19%。
[0034]实施例6、制备方法同实施例1，其中选取含水率在10%的棉花秸杆；包裹材料选择b水性聚氨酯防水涂料70%和粉煤灰30%。所述的水性聚氨酯防水涂料是将市售的固体含量为65%的水性聚氨酯防水涂料，添加总重30%的水即制成固体含量为50%的水性聚氨酯防水涂料。
[0035]将所得棉花秸杆超轻粗集料样品进行检测:堆积密度为170kg/m3，筒压强度为0.85MPa, Ih 吸水率为 13%。
[0036]实施例7、制备方法同实施例1，其中选取含水率在10%的棉花秸杆；包裹材料选择b水性聚氨酯防水涂料70%和水泥30%。所述的水性聚氨酯防水涂料是将市售的固体含量为65%的水性聚氨酯防水涂料，添加总重30%的水即制成固体含量为50%的水性聚氨酯防水涂料。
[0037]将所得棉花秸杆超轻粗集料样品进行检测:堆积密度为175kg/m3，筒压强度为
0.9MPa，lh 吸水率为 12%。
[0038]实施例8、制备方法同实施例1，其中选取含水率在15%的棉花秸杆；包裹材料选择b水性聚氨酯防水涂料50%和水泥50%。所述的水性聚氨酯防水涂料是将市售的固体含量为65%的水性聚氨酯防水涂料，添加总重30%的水即制成固体含量为50%的水性聚氨酯防水涂料。
[0039]将所得棉花秸杆超轻粗集料样品进行检测:堆积密度为186kg/m3，筒压强度为0.7MPa，lh 吸水率为 18%。
[0040]实施例9、一种棉花秸杆超轻粗集料的制备方法，该制备方法由以下步骤组成:
一、棉花稻杆颗粒的制作:选取含水率为15%,直径为8-15mm的棉花稻杆,将棉花稻杆制作成长度为10-20mm的圆柱形棉花秸杆颗粒如图1所示；包裹材料选择丙烯酸酯防水涂料和水泥；
二、棉花秸杆颗粒的包裹:包裹方法(二)在搅拌容器中，先用丙烯酸酯防水涂料均匀包裹住棉花秸杆颗粒表面；然后向搅拌容器中一边逐步添加水泥，一边继续搅拌，直至防水涂料表面被水泥包裹即可；
三、棉花秸杆颗粒的养护:将步骤二中包裹好包裹材料的棉花秸杆颗粒取出后按照混凝土模块的蒸汽养护方法养护1-3天后，即得到棉花秸杆超轻粗集料如图2所示。
[0041]所述的棉花秸杆需进行防虫蛀处理，并且剔除棉花秸杆的结节部位。
[0042]所述的丙烯酸酯防水涂料为市售的固体含量为50%的防水涂料。
[0043]将所得棉花秸杆超轻粗集料样品进行检测:堆积密度为158kg/m3，筒压强度为
0.85MPa，Ih吸水率为10%，防水涂料包裹厚度在0.1mm，水泥包裹厚度为0.2mm。与其他陶粒的性能相似，完全可以替代传统的其他陶粒进行使用。
[0044]实施例10、制备方法同实施例9，其中选取含水率在10%的棉花秸杆；包裹材料选择丙烯酸酯防水涂料和粉煤灰。
[0045]将所得棉花秸杆超轻粗集料样品进行检测:堆积密度为152kg/m3，筒压强度为
1.0MPa, Ih吸水率为11%，防水涂料包裹厚度为0.1_，粉煤灰包裹厚度为0.2_。
[0046]实施例11、一种棉花秸杆超轻粗集料的制备方法，该制备方法由以下步骤组成:
一、棉花稻杆颗粒的制作:选取含水率为15%,直径为8-15mm的棉花稻杆,将棉花稻杆制作成长度为10-20mm的圆柱形棉花稻杆颗粒；包裹材料选择水性聚氨酯防水涂料和水泥；
二、棉花秸杆颗粒的包裹:包裹方法(二)在搅拌容器中先用水性聚氨酯防水涂料均匀包裹住棉花秸杆颗粒表面；然后向搅拌容器中一边逐步添加水泥，一边继续搅拌，直至防水涂料表面均布被水泥包裹即可；
三、棉花秸杆颗粒的养护:将步骤二中包裹好包裹材料的棉花秸杆颗粒取出后按照混凝土模块的蒸汽养护方法养护1-3天后，即得到棉花秸杆超轻粗集料。
[0047]所述的棉花秸杆需进行防虫蛀处理，并且剔除棉花秸杆的结节部位。
[0048]所述的水性聚氨酯防水涂料是将市售的固体含量为65%的水性聚氨酯防水涂料，添加总重30%的水即制成固体含量为50%的水性聚氨酯防水涂料。
[0049]将所得棉花秸杆超轻粗集料样品进行检测:堆积密度为150kg/m3，筒压强度为0.8MPa，Ih吸水率为12%，防水涂料包裹厚度为0.1_，粉煤灰包裹厚度为0.2_。
[0050]实施例12、制备方法同实施例11，其中选取含水率在10%的棉花秸杆；包裹材料选择水性聚氨酯防水涂料和粉煤灰。
[0051]将所得棉花秸杆超轻粗集料样品进行检测:堆积密度为156kg/m3，筒压强度为0.95MPa，Ih吸水率为13%，防水涂料包裹厚度为0.1_，粉煤灰包裹厚度为0.2_。
[0052]总的来讲，棉花秸杆颗粒的包裹方法主要有两种:a方法是先把防水涂料和水泥或粉煤灰按一定比例混合形成包裹液，再把棉花秸杆颗粒放入包裹液进行搅拌包裹，棉花秸杆颗粒外表面包裹均匀后，取出包裹好的棉花秸杆颗粒并将其分散开来进行蒸汽养护1-3天即可；b方法是先把棉花秸杆颗粒放入容器，在一边添加防水涂料，一边进行搅拌，待棉花秸杆颗粒外表面包裹均匀后，停止添加防水涂料，接着在一边添加水泥或者粉煤灰，一边进行搅拌，待棉花秸杆颗粒外表面的防水涂料均布水泥或者粉煤灰后，取出包裹好的棉花秸杆颗粒并将其分散开来进行蒸汽养护1-3天即可。这两种方法包裹的棉花秸杆颗粒性能上略有区别，主要体现在以下几个方面:1.厚度不同，b方法的包裹面层厚度较小；2.b方法包裹的面层更加均匀；3.b方法包裹的面层相对a方法来说不易脱落；4.a方法包裹工艺简单、方便。以上两种方法都能够完整的解决提出的技术问题，如图2所示获得符合国家标准的产品。
【权利要求】
1.一种棉花秸杆超轻粗集料的制备方法，其特征在于:该制备方法由以下步骤组成: 一、棉花秸杆颗粒的制作:选取含水率在15%以内，直径为8-15mm的棉花秸杆，将棉花稻杆制作成长度为10-20mm的圆柱形棉花稻杆颗粒,备用； 二、棉花秸杆颗粒的包裹:包裹方法包括两种:(一)由以下步骤组成1、包裹材料的选取按质量比a丙烯酸酯防水涂料50-70%和水泥50-30% ;或b丙烯酸酯防水涂料50-70%和粉煤灰50-30% ;或c水性聚氨酯防水涂料50-70%和水泥50-30% ;或d水性聚氨酯防水涂料50-70%和粉煤灰50-30% ;2、将步骤(一)中a或b或c或d中包裹材料预先混制成均匀的包裹液，将步骤一中制备好的棉花秸杆颗粒放入盛有包裹液的搅拌容器中均匀搅拌，直至包裹液全部包裹棉花秸杆颗粒，即可；或者(二)在搅拌容器中，先用丙烯酸酯防水涂料或水性聚氨酯防水涂料均匀包裹住棉花秸杆颗粒表面；然后向搅拌容器中添加水泥或粉煤灰并搅拌，直至防水涂料表面被水泥或粉煤灰包裹即可； 三、棉花秸杆颗粒的养护:将步骤二中包裹好包裹材料的棉花秸杆颗粒取出后按照混凝土模块的蒸汽养护方法养护1-3天后，即得到棉花秸杆超轻粗集料。
2.根据权利要求1所述的一种棉花秸杆超轻粗集料的制备方法，其特征在于:所述的棉花秸杆需进行防虫蛀处理，并且剔除棉花秸杆的结节部位。
3.根据权利要求1所述的一种棉花秸杆超轻粗集料的制备方法，其特征在于:所述的丙烯酸酯防水涂料或水性聚氨酯防水涂料为市售的液状商品。
4.根据权利要求1所述的一种棉花秸杆超轻粗集料的制备方法，其特征在于:所述的棉花秸杆颗粒表面的包裹材料厚度为0.25-0.8mm。
【文档编号】C04B18/24GK104386935SQ201410620101
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年11月7日 优先权日:2014年11月7日
【发明者】晋强, 罗立权, 王宣, 何金春, 冯勇, 郑文英, 朱琳 申请人:新疆农业大学