一种节能型棉花秸秆‑EPS砌块及其制备方法与流程

本发明涉及建筑技术领域，具体涉及一种节能型棉花秸秆-EPS砌块及其制备方法。

背景技术：

为加快村镇居住体系建设，切实提高广大农民房屋质量，发展高效节能的乡镇住宅，进一步改善农民的居住环境与生活水平是实现建设小康社会的一个重要举措。为了让各族群众住得上房、住上好房，现如今在建设中一般采用原级配混凝土结构体系、砖混结构体系。然而这两种结构体系是以实心粘土砖作为墙体砌筑材料，其建房工程造价较高，保温性能差，如果增设墙体保温层，会增加工程造价120～180元/m²，给农民建房增加更大的经济负担，因此，实心粘土砖现在正被逐步淘汰。开发一种符合当地环境、抗震要求、资源特点，价格低廉、环保节能的新型墙体材料对广大农村住宅的发展来说已迫在眉睫。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种节能型棉花秸秆-EPS(聚苯乙烯)砌块及其制备方法，用以解决现有墙体砌筑材料造价高、保温性能差的问题。

为实现上述目的，本发明方法以棉花秸秆纤维作为加筋材料，废弃塑料泡沫为轻骨料，水泥为胶结材料的力学性能达标、保温性能良好的棉花秸秆-EPS砌块。

本发明第一方面提供一种节能型棉花秸秆-EPS砌块，按照质量份数包括以下成分：5～15份棉花秸秆纤维、1～3份EPS泡沫颗粒、1份减水剂、100份水泥和100～200份砂。

优选地，按照质量份数包括以下成分：10份棉花秸秆纤维、2份EPS泡沫颗粒、1份减水剂、100份水泥和150份砂。

优选地，所述棉花秸秆纤维按以下步骤制得：将棉花秸秆自然风干至含水量为10～15％后；粉碎至秸秆长度为2～3cm；向粉碎后的秸秆中加入碱性过氧化氢，去除木质素，即得到棉花秸秆纤维。

优选地，所述减水剂为有机硅防水剂。

优选地，所述砂的粒径为0.5-10mm。

本发明第二方面提供一种节能型棉花秸秆-EPS砌块的制备方法，包括以下步骤：

一、制备棉花秸秆纤维：将棉花秸秆自然风干至含水量为10～15％后；粉碎至秸秆长度为2～3cm；向粉碎后的秸秆中加入碱性过氧化氢，去除木质素，即得到棉花秸秆纤维；

二、制备EPS泡沫颗粒：将废弃的EPS泡沫塑料粉碎成颗粒状，即得到EPS泡沫颗粒；

三、将100份水泥和100～200份砂搅拌均匀；

四、加入5～15份步骤一制得的棉花秸秆纤维、1～3份步骤二制得的EPS泡沫颗粒，加水搅拌均匀，同时避免棉花秸秆纤维结团；

五、加入1份减水剂，混合均匀；

六、装模后，放于阴凉干燥处静置3天，拆模；

七、将拆模后的砌块放入保养箱中保养10～15天，取出，即制得节能型棉花秸秆-EPS砌块；

以上所述份数均为质量份数。

优选地，所述减水剂为有机硅防水剂。

优选地，所述砂的粒径为0.5～10mm。

本发明方法具有如下优点：

1、本发明通过再生资源棉花秸秆和废弃资源EPS泡沫塑料为原材料，制作棉花秸秆-EPS砌块，不仅能够高效利用可再生资源棉花秸秆，同时对促进地方农业经济发展、推动行业技术进步有积极意义。

2、本发明以棉花秸秆纤维作为加筋材料，废弃塑料泡沫为轻骨料，水泥为胶结材料制备得到的棉花秸秆-EPS砌块，通过添加EPS泡沫，减少棉花秸秆纤维的掺入量，同时无需使用铝粉发泡，所制得墙体砌筑材料力学性能达标、保温性能优良，且有利于降低村镇建筑的成本投入，高效利用当地可再生资源，节能环保。

3、本发明棉花秸秆-EPS砌块的制备方法，操作流程简便、快捷，成本低廉，有利于秸秆混凝土砌块的批量生产。

附图说明

图1为不同棉花秸秆及EPS颗粒掺量对砌块抗压强度影响的数据图；

图2为不同棉花秸秆及EPS颗粒掺量对砌块弹性模量影响的数据图；

图3为不同棉花秸秆及EPS颗粒掺量对砌块抗劈裂强度影响的数据图；

图4为不同棉花秸秆及EPS颗粒掺量对砌块保温性能影响的数据图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

本实施例的节能型棉花秸秆-EPS砌块按以下步骤制得：

一、制备棉花秸秆纤维：将棉花秸秆自然风干至含水量为12％后；粉碎至秸秆长度为2.2cm；向粉碎后的秸秆中加入碱性过氧化氢，去除木质素，即得到棉花秸秆纤维；

二、制备EPS泡沫颗粒：将废弃的EPS泡沫塑料粉碎成颗粒状，即得到EPS泡沫颗粒；

三、将100kg水泥和120kg砂搅拌均匀；

四、加入5kg步骤一制得的棉花秸秆纤维、3kg步骤二制得的EPS泡沫颗粒，加水搅拌均匀，同时避免棉花秸秆纤维结团；

五、加入1kg有机硅防水剂，混合均匀；

六、装模后，放于阴凉干燥处静置3天，拆模；

七、将拆模后的砌块放入保养箱中保养15天，取出，即制得节能型棉花秸秆-EPS砌块。

实施例2

本实施例的节能型棉花秸秆-EPS砌块按以下步骤制得：

一、制备棉花秸秆纤维：将棉花秸秆自然风干至含水量为10％后；粉碎至秸秆长度为2.3cm；向粉碎后的秸秆中加入碱性过氧化氢，去除木质素，即得到棉花秸秆纤维；

二、制备EPS泡沫颗粒：将废弃的EPS泡沫塑料粉碎成颗粒状，即得到EPS泡沫颗粒；

三、将100kg水泥和200kg砂搅拌均匀；

四、加入15kg步骤一制得的棉花秸秆纤维、1.5kg步骤二制得的EPS泡沫颗粒，加水搅拌均匀，同时避免棉花秸秆纤维结团；

五、加入1kg有机硅防水剂，混合均匀；

六、装模后，放于阴凉干燥处静置3天，拆模；

七、将拆模后的砌块放入保养箱中保养14天，取出，即制得节能型棉花秸秆-EPS砌块。

实施例3

本实施例的节能型棉花秸秆-EPS砌块按以下步骤制得：

一、制备棉花秸秆纤维：将棉花秸秆自然风干至含水量为12％后；粉碎至秸秆长度为3cm；向粉碎后的秸秆中加入碱性过氧化氢，去除木质素，即得到棉花秸秆纤维；

二、制备EPS泡沫颗粒：将废弃的EPS泡沫塑料粉碎成颗粒状，即得到EPS泡沫颗粒；

三、将100kg水泥和190kg砂搅拌均匀；

四、加入14kg步骤一制得的棉花秸秆纤维、1kg步骤二制得的EPS泡沫颗粒，加水搅拌均匀，同时避免棉花秸秆纤维结团；

五、加入1kg有机硅防水剂，混合均匀；

六、装模后，放于阴凉干燥处静置3天，拆模；

七、将拆模后的砌块放入保养箱中保养13天，取出，即制得节能型棉花秸秆-EPS砌块。

实施例4

本实施例的节能型棉花秸秆-EPS砌块按以下步骤制得：

一、制备棉花秸秆纤维：将棉花秸秆自然风干至含水量为11.5％后；粉碎至秸秆长度为2.6cm；向粉碎后的秸秆中加入碱性过氧化氢，去除木质素，即得到棉花秸秆纤维；

二、制备EPS泡沫颗粒：将废弃的EPS泡沫塑料粉碎成颗粒状，即得到EPS泡沫颗粒；

三、将100kg水泥和160kg砂搅拌均匀；

四、加入7kg步骤一制得的棉花秸秆纤维、2kg步骤二制得的EPS泡沫颗粒，加水搅拌均匀，同时避免棉花秸秆纤维结团；

五、加入1kg有机硅防水剂，混合均匀；

六、装模后，放于阴凉干燥处静置3天，拆模；

七、将拆模后的砌块放入保养箱中保养12天，取出，即制得节能型棉花秸秆-EPS砌块。

实施例5

本实施例的节能型棉花秸秆-EPS砌块按以下步骤制得：

一、制备棉花秸秆纤维：将棉花秸秆自然风干至含水量为15％后；粉碎至秸秆长度为2cm；向粉碎后的秸秆中加入碱性过氧化氢，去除木质素，即得到棉花秸秆纤维；

二、制备EPS泡沫颗粒：将废弃的EPS泡沫塑料粉碎成颗粒状，即得到EPS泡沫颗粒；

三、将100kg水泥和100kg砂搅拌均匀；

四、加入13kg步骤一制得的棉花秸秆纤维、2.4kg步骤二制得的EPS泡沫颗粒，加水搅拌均匀，同时避免棉花秸秆纤维结团；

五、加入1kg有机硅防水剂，混合均匀；

六、装模后，放于阴凉干燥处静置3天，拆模；

七、将拆模后的砌块放入保养箱中保养10天，取出，即制得节能型棉花秸秆-EPS砌块。

实施例6

本实施例的节能型棉花秸秆-EPS砌块按以下步骤制得：

一、制备棉花秸秆纤维：将棉花秸秆自然风干至含水量为13％后；粉碎至秸秆长度为2.4cm；向粉碎后的秸秆中加入碱性过氧化氢，去除木质素，即得到棉花秸秆纤维；

二、制备EPS泡沫颗粒：将废弃的EPS泡沫塑料粉碎成颗粒状，即得到EPS泡沫颗粒；

三、将100kg水泥和140kg砂搅拌均匀；

四、加入8kg步骤一制得的棉花秸秆纤维、2.5kg步骤二制得的EPS泡沫颗粒，加水搅拌均匀，同时避免棉花秸秆纤维结团；

五、加入1kg有机硅防水剂，混合均匀；

六、装模后，放于阴凉干燥处静置3天，拆模；

七、将拆模后的砌块放入保养箱中保养13天，取出，即制得节能型棉花秸秆-EPS砌块。

实施例7

本实施例的节能型棉花秸秆-EPS砌块按以下步骤制得：

一、制备棉花秸秆纤维：将棉花秸秆自然风干至含水量为14％后；粉碎至秸秆长度为2.5cm；向粉碎后的秸秆中加入碱性过氧化氢，去除木质素，即得到棉花秸秆纤维；

二、制备EPS泡沫颗粒：将废弃的EPS泡沫塑料粉碎成颗粒状，即得到EPS泡沫颗粒；

三、将100kg水泥和130kg砂搅拌均匀；

四、加入12kg步骤一制得的棉花秸秆纤维、1.8kg步骤二制得的EPS泡沫颗粒，加水搅拌均匀，同时避免棉花秸秆纤维结团；

五、加入1kg有机硅防水剂，混合均匀；

六、装模后，放于阴凉干燥处静置3天，拆模；

七、将拆模后的砌块放入保养箱中保养11天，取出，即制得节能型棉花秸秆-EPS砌块。

实施例8

本实施例的节能型棉花秸秆-EPS砌块按以下步骤制得：

一、制备棉花秸秆纤维：将棉花秸秆自然风干至含水量为12.5％后；粉碎至秸秆长度为2.8cm；向粉碎后的秸秆中加入碱性过氧化氢，去除木质素，即得到棉花秸秆纤维；

二、制备EPS泡沫颗粒：将废弃的EPS泡沫塑料粉碎成颗粒状，即得到EPS泡沫颗粒；

三、将100kg水泥和170kg砂搅拌均匀；

四、加入10kg步骤一制得的棉花秸秆纤维、2.8kg步骤二制得的EPS泡沫颗粒，加水搅拌均匀，同时避免棉花秸秆纤维结团；

五、加入1kg有机硅防水剂，混合均匀；

六、装模后，放于阴凉干燥处静置3天，拆模；

七、将拆模后的砌块放入保养箱中保养12天，取出，即制得节能型棉花秸秆-EPS砌块。

上述实施例1～8中，砂的粒径为0.5～10mm。

对上述实施例中制得的棉花秸秆-EPS砌块力学性能进行检测，具体检测方法和结果如下：

1、抗压强度的性能

仪器：万能测力试验机，分别选150mm×150mm×150mm和100mm×100mm×100mm的棉花秸秆—EPS砌块,放于试验机的底板板上，缓慢下降上压杆，使其达到与砌块接触的位置，然后再以匀速不断下降上压杆，一边不断的观察数据的变化，并记录下测试的峰值。实施例1～8中所得产品平均抗压强度为8MPa。

2、弹性模量的性能检测

仪器：万能测力试验机、弹性模量测量仪。取150mm×150mm×300mm的棉花秸秆砌块，把弹性模量测量仪固定在待测的砌块上，如图2所示，将弹性模量测量仪安装好以后，把这个组合测试装置放入万能测力试验机的测试区域内，缓慢降低上压杆，加载力并同时读取弹性模量测量仪左右两个百分表读数并记录下数据，重复5～6次，取平均值。实施例1～8中所得产品平均弹性模量为8000MPa。

3劈裂抗拉强度的测定

仪器：万能测力试验机，取150mm×150mm×300mm的棉花秸秆砌块，在其上下两个面分别用弧形钢条固定,然后缓慢下降上压杆，直至万能测力试验机上的读数出现最大值为止。实施例1～8中所得产品平均劈裂抗拉强度为3MPa，其中实施例5劈裂抗拉强度最优，其次为实施例7和实施例6。

对上述实施例中制得的棉花秸秆-EPS砌块保温性能进行检测，具体检测方法和结果如下：

保温性能(导热系数的测定)

取两块养护好的棉花秸秆—EPS砌块(300×300×33mm)放入导热系数综合测试系统(依据GB/T 10294-2008标准设计制造)中，设置冷板温度15℃，热板温度为35℃；待冷、热板温度达到稳定的设定值、平衡时长出现后，导出数据并记录。实施例1～8中所得产品平均导热系数为0.26W/(m·k)，说明其保温性能远高于现有技术。

下面对不同原料的量对所得砌块力学性能和保温性能的影响作进一步的分析。

选择棉花秸秆和EPS颗粒掺量作为影响因素，选取3个水平，做成九组砌块的抗压强度及抗劈裂强度作为考察指标。棉花秸秆掺量的三个水平分别为5％、10％和15％；EPS颗粒掺量的三个水平分别为1％、2％、3％，其它掺量为定值，砂掺量为200％；减水剂掺量为1％。其中，棉花秸秆、EPS颗粒、砂与减水剂的百分含量均是以水泥的质量为基准。试验设计如表1所示。

上述棉花秸秆-EPS砌块的制备按以下步骤进行：将称量好水泥、砂干拌均匀成水泥砂混合物，再将棉花秸秆纤维、EPS泡沫颗粒倒入水泥砂浆中反复搅拌，搅拌中尽量避免秸秆纤维结团，再加水搅拌均匀，后将减水剂加入拌好的混合物中，分三次将混合物分别装入100mm×100mm×100mm、150mm×150mm×150mm和150mm×150mm×300mm的试模中并振捣，将制作好的试模放于阴凉、干燥处静置三天后进行拆模。将拆好模的棉花秸秆—EPS砌块放入保养箱中保养12天取出。放置28天后进行力学性能检测。

表1试验设计

其中抗压强度、弹性模量、劈裂抗拉强度以及保温性能的测定均采用上述操作，结果如图1～3所示。

由图1可知，当EPS塑料泡沫颗粒掺量一定时，砌块的抗压强度随着棉花秸秆掺量的增加呈先增加后降低的趋势；当棉花秸秆掺量一定时，砌块的抗压强度随着EPS颗粒掺量的增加呈先增加后减少的趋势，当棉花秸秆掺量为10％，EPS颗粒掺量为1％时，抗压强度达到最大值，最大值为11.05Mpa。

由图2可知，在EPS颗粒掺量一定时，弹性模量随着棉花秸秆掺量的增加而降低；在棉花秸秆掺量一定时，弹性模量随着EPS颗粒掺量的增加而出现先增加后降低的趋势。当棉花秸秆掺量为10％，EPS颗粒掺量为2％时，达到最大值14000Mpa。

由图3可知，当EPS泡沫颗粒掺量一定时，抗劈裂强度随着棉花秸秆掺量的增加呈先增大后减小的趋势；当棉花秸秆掺量一定时，抗劈裂强度随着EPS颗粒掺量的增加呈先增大后减小的趋势；在EPS颗粒掺量为2％棉花秸秆掺量为10％时抗劈裂强度达到最大值5.16Mpa。

根据图4可知，当棉花秸秆掺量一定时，保温系数随着EPS颗粒掺量的增加而减小；当EPS颗粒掺量一定时，保温系数随着棉花秸秆掺量的增加而减小，其中当棉花秸秆掺量为15％、EPS颗粒掺量为3％时，保温系数达到最低值，为0.22W/(m·k)。

对本发明的节能减排效益分析如下：

1.经济效益分析

降低建筑成本投资，目前加气块市场供应价为210～220元/m³；轻集料空心砌块，又称为陶粒砌块的市场供应价为0.45～0.56元/块，价格相当于180元/m³；粘土砖市场供应价为0.4元/块，价格相当于220元/m³左右,棉花秸秆砌块原料低廉，制作方便，按120元/m³计算，比其他材料便宜60～100元/m³左右。

房屋墙体工程造价分析：2次全国农业普查主要数据公报,中国农村户均面积为128m²,假设按照房屋宽8m、墙高4m计算,粘土砖墙体采取240墙外加80mm挤塑板保温,棉花秸秆砌块-EPS砌块采取390墙，不加保温材料，最后得到该房屋采用粘土砖墙造价为29575元，采用棉花秸秆砌块-EPS砌块造价为24506元(均不含墙体粉刷和装饰)，后者降低工程造价17％。

2.节能效果分析

秸秆-EPS砌块墙体，保温性能大约是普通红砖的6倍左右。在北疆冬季采暖期，80m²的房屋保持正常取暖温度的情况下，粘土实心砖房采暖用煤大约为4800kg，秸秆-EPS砌块房采暖用煤大约只需2400kg，煤炭按当时价格600元/吨计算。每户在一个采暖季节约采暖费用1440元，节约采暖费50％。

3.减排效果分析

按照棉花秸秆和EPS颗粒的掺量为水泥掺量的10％和2％的配合比计算，每立方米砌块墙体中，含有棉花秸秆40kg/m³，EPS泡沫8kg/m³，根据研究，每千克棉花秸秆碳排放量为1.31kg，SO₂排放量为0.0231kg/m³。计算的每立方米砌块砖墙减少因秸秆焚烧而产生的碳排放量52.4kg/m³，减少SO₂排放量0.185kg/m³，减少EPS环境污染量8kg/m³。

4.社会效益分析

棉花秸秆制作轻型保温砌块，不仅性能良好，成本低廉，高效利用农业废弃资源，减少焚烧，保护环境，减少粘土砖使用，保护了耕地，也给农民增加收入。若以每公斤0.1～0.15元价格收购秸秆，棉农亩产可增收30～75元左右。同时利用EPS废料，利废环保，因此本项目的研发的产品具有显著的社会和环境效益。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。