填芯用稻草保温块快速制备技术研究

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水稻秸秆是一种产量大,但难以直接利用的农业废弃物,为了推进稻草秸秆的资源化利用,将稻草秸秆进行碱性预处理,在常温、低压条件下压制成块,填插在混凝土空心孔洞中,形成新型的混凝土复合自保温砌块。为解决静态碱液浸泡制备稻草保温块耗时长、有废液产生的问题,论文对稻草保温块的快速制备技术进行了研究。具体研究内容如下:(1)提出了基于秸秆快速预处理的稻草保温块快速制备技术。论文在氢氧化钠溶液静态浸泡秸秆预处理的基础上,提出了免浸泡,直接加入秸秆、氢氧化钠、熟石灰和水进行机械搅拌的秸秆快速预处理技术,不仅大幅降低了秸秆预处理的用水量,还把秸秆预处理时间由6h以上缩短到1h以内;将快速预处理后的秸秆倒入模具在常温低压下压制成型,成型过程中无废液流出;根据前期研究成果和预实验初步确定稻草保温块快速制备相关参数范围如下:单位体积稻草秸秆用量0.175~0.225g/cm~3、碱秸比(氢氧化钠和稻草秸秆质量比)0.1~0.3、灰秸比(熟石灰和稻草秸秆质量比)0.1~0.3、水秸比(水和稻草秸秆质量比)2.5~3.5、搅拌机转速285±10r/min、搅拌30~50min;按照单位体积稻草秸秆用量0.2g/cm~3、碱秸比0.1、灰秸比0.2、水秸比3.0、搅拌机转速285±10r/min、搅拌50min等参数取值,应用提出的快速制备技术制备稻草保温块,测得其导热系数平均值为0.0553W/(m·K),干表观密度平均值为237kg/m~3,抗压强度平均值为0.305MPa,能满足复合混凝土砌块填芯材料的要求。(2)对稻草保温块快速制备中机械搅拌及压制成型的工艺参数进行了研究。通过以相同材料配比(单位体积稻草秸秆用量0.2g/cm~3、碱秸比0.1、灰秸比0.2、水秸比3.0)、两种搅拌速度(140±5r/min、285±10r/min)、五种搅拌时间(10~50min),以控制变量法设计试验,共10个试验组,对比各试验组的稻草秸秆经过机械搅拌后组分含量变化,来比较稻草秸秆的软化效果。发现快速预处理方法和氢氧化钠溶液静态浸泡法对稻草秸秆的软化效果接近,且搅拌的速度越快,软化效果越好,在10~30min范围内,搅拌的时间越长,软化效果越好,但搅拌时间超过30min后,继续增加搅拌时间难以进一步提升稻草秸秆的软化效果,得到转速285±10r/min搅拌30min为最优预处理工艺条件。在稻草保温块压制成型过程中,提出了成型相对位移和保压时间两个工艺参数,通过以最优预处理工艺得到的软化稻草秸秆,采用三种成型相对位移(8%、16%、24%)和三种保压时间(1min、3min、5min)以及两种不同的养护方式(成型后直接进行养护和成型后先干燥处理再养护),以控制变量法设计试验,共12个试验组,对比各试验组在养护过程中的质量、体积变化规律,结果表明,压制成型后先干燥再养护的稻草保温块与压制成型后直接养护的稻草保温块相比,养护所需时间更短,体积回弹更小。而对于本试验中所有的稻草保温块,成型相对位移越大,体积回弹率越大,成型后保温块的干表观密度先减小后增大;成型保压时间越长,体积回弹率越小,但成型后保温块的干表观密度越大。并得到了成型压制相对位移为16%,保压时间为5min的压制成型的最优工艺参数。(3)对稻草保温块制备过程中材料配比对保温块主要性能的影响进行了研究。通过以稻草秸秆最优预处理搅拌速度和搅拌时间(285±10r/min和30min)、相同的水秸比(3.0)、8种不同的灰秸比(0~0.35)和8种不同的碱秸比(0~0.35),设计了单因素试验,共16个试验组,对比各试验组稻草秸秆经过机械搅拌后组分含量变化,来比较稻草秸秆的软化效果,得到灰秸比的最优取值范围为0.2~0.3、碱秸比的最优取值范围为0.1~0.2;通过以稻草秸秆的最优预处理工艺和压制成型工艺,以单位体积稻草秸秆用量0.2g/cm~3、碱秸比0.15、灰秸比0.25为零点水平,采用了响应面法中的Box-Behnken试验设计方法设计正交试验,研究不同材料配比对稻草保温块导热系数和干表观密度的影响,共计20个试验组,得到了材料配比关于干表观密度和导热系数的理论计算模型,进而设置优化条件得到了稻草保温块最优材料配比:单位体积稻草秸秆用量为0.175g/cm~3,其他材料与稻草秸秆的质量比值为稻草秸秆:氢氧化钠:熟石灰:水=1:0.175:0.223:3。(4)对采用稻草保温块快速制备最优工艺参数和材料配比制备得到的稻草保温块的性能进行了测试和验证。根据现行规范对复合混凝土保温砌块填插芯材的性能要求,对利用优化后的快速制备技术压制的稻草保温块进行性能测试,测得各项性能参数如下:干表观密度212.038 kg/m~3、导热系数0.0517W/(m·K)、体积吸水率38.54%、抗压强度0.284MPa,经与规范规定参数对比,这些参数能够满足复合混凝土保温砌块填插芯材的性能要求。
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