植物秸秆水泥条板及成组立模生产技术
崔玉忠1 鲍威2 崔琪1
(1.中国建筑材料科学研究总院 2.河南玛纳建筑模板有限公司)
1.引言
“植物秸秆水泥条板及成组立模生产技术”是国家科技攻关计划《小城镇科技发展重大项目》之《小城镇新型建材技术研究与开发，编号2003BA808A12》课题的第三专题，已于2006年4月通过科技部农村科技司和建设部科技司组织的成果验收。
本研究开发的内容以利用农业废弃物和工业废弃物为基本出发点，符合循环经济发展需求，是一种真正意义上的绿色建筑材料。
2.研究方案
本专题立项的基本目的是利用农作物秸秆生产绿色环保的隔墙条板，形成适宜于在小城镇推广应用的实用生产技术。为此确定以下研究方案：用经过处理的秸秆与水泥基材复合，生产多孔板与实心板两种截面构造的条板;根据墙板性能要求确定秸秆用量，在满足墙板性能的前提下尽可能多量地使用秸秆;研究适合立模浇注成型的匀质混合料流变特性。
3.农作物秸秆的处理与选用
3.1 农作物秸秆
遇水后浸出糖类和木质素，而糖类和木质素为亲水性表面活性物质，当与水泥混合后，聚戊糖、木质素分子会吸附于水泥颗粒表面，影响水泥的水化凝结过程。因此，在使用农作物秸秆时，需要首先解决的问题是减少或抑制糖类物质和木质素浸出。
3.2 秸秆加工处理方法研究
本项目选择麦秸秆作为开发利用对象，进行了多种加工处理技术的探讨与分析，实践证明，经过一般机械处理的农作物秸秆很难达到真正的纤维状态，只能达到一定的长宽比或长径比，农作物秸秆在水泥基体材料中的作用只能是作为一种填充材料，或者是作为一种架构材料。
图片1为麦秸秆分别经过不同程序加工处理后的外貌形态。
3.3 秸秆可使用性研究
经过机械加工处理的秸秆能否在水泥基材中应用取决于秸秆与水泥基材的融合性以及秸秆水泥复合材料的各种工艺性能。为此，首先进行了秸秆的可使用性研究，用经过处理的秸秆进行了混合料拌和性、流动性、流动性保持时间、均匀性、稳定性等工艺性能的观察试验，通过调整水泥基体材料的配合比以及与秸秆的配合比例，观察试验过程中的各种工艺现象，判断秸秆的可使用性。试验结果表明上述处理过的麦秸秆达到可直接使用的要求，图片2、图片3分别为麦秸秆与水泥基体材料复合后样品的抹平面与模板面表面状况
4.秸秆水泥复合材料
4.1原材料
4.1.1水泥:
选用凝结过程迅速、强度发展较快的硫铝酸盐系列水泥包括快硬硫铝酸盐水泥和低碱度硫铝酸盐水泥作为胶凝材料，其快速凝结使得混合料中的自由水分迅速减少，在一定程度上阻止了秸秆抽出物的渗出，抵消或抑制了秸秆抽出后在随后的过程中所造成的不利影响。
4.1.2粉煤灰:
Ⅱ级或Ⅱ级以上粉煤灰，粉煤灰的堆积密度一般约为水泥堆积密度的60%，为了改善混合料的和易性，在配料中加入一定比例的粉煤灰，既有利于包覆植物秸秆又有利于防止砂子的沉降，提高混合料的稳定性。
4.1.3砂：选用中砂，最大粒径不超过3㎜，自然级配;利用砂子的重力下沉作用，带动悬浮状态的秸秆水泥基体混合料浆自由落料，只需微小的连续振动或间歇振动即可使秸秆水泥复合材料顺利充满模型。
4.1.4聚合物：用以改善混合料和易性与流动性，提高碎麦秸与水泥基体材料的粘结性能，进一步抵抗混合料的分散趋势。
4.1.5碎麦秸：最大长度12㎜，碎片物，自然级配，堆积密度(100～120)㎏/m3。主要起填充作用，也可提高硬化材料的抗冲击性能。
4.2 配比与材性
共在试验室进行了近100个配方的小样品试验，用于测定各配方的体积密度、抗折强度和抗压强度。配合比范围：水泥占固体料总量的45%～58%,
砂子占固体料总量的10%～23%,粉煤灰占固体料总量的18%～30%,
碎麦秸占固体料总量的3%～11%;聚合物与固体料之比为0.10%～0.60%;水固比0.40～0.70。
根据上述试验结果情况，选用综合性能较好的基材配比作为固定参数，以麦秸杆用量为自变量，进行了系列试验。表1为在水泥、粉煤灰、砂子质量比不变的情况下，改变麦秸秆用量的一组配方及其试验结果，调整聚合物用量与水用量，以满足浇注成型工艺要求。
秸秆水泥复合材料系列配方
表1.
从表1看出：(1)聚合物用量相同时，随着秸秆掺量的提高，达到同样流动要求时用水量增加。(2)同样秸秆掺量时，聚合物用量提高时达到同样流动要求所需的用水量减少。由此推测“聚合物用量与水用量可相互补充”。(3)随着秸秆用量逐渐增大，复合材料的密度逐渐降低，抗折强度与抗压强度也逐渐降低。同样秸秆用量情况下，当用水量少而聚合物用量大时，复合材料的密度和抗压强度都相对较低，说明聚合物掺量对复合材料性能的负面影响较加水量更为强烈。
图表1为聚固比在0.10%情况下，秸秆掺量对秸秆水泥复合材料体积密度的影响;
图表1为聚固比在0.10%情况下，秸秆掺量对秸秆水泥复合材料体积密度的影响;图表2为聚固比在0.10%情况下，秸秆掺量对秸秆水泥复合材料抗压强度的影响;图表3为在同样秸秆掺量情况下，聚固比对复合材料抗压强度的影响。
4.3 秸秆在水泥基材中的霉变与燃烧问题
农作物秸秆用于建材制品的燃烧和霉变是最令人担心的问题。
在试验掺量范围内由于水泥基体材料完全将碎麦秸秆包覆，没有看到麦秸秆表面的霉变现象;将麦秸秆水泥复合材料存放在湿度90%以上的养护箱中60天，也未看到霉变现象。
制作了三种麦秸秆用量的样品，进行了A级不燃性检验，结果证明秸秆水泥复合材料在秸秆掺量为7.2% 的情况下仍为A级不燃材料。
