稻壳水泥混凝土保温材料

摘 要：稻壳水泥混凝土保温材料是以稻壳为骨料，水泥为胶结剂，107 胶作增强剂的混凝土材料。该材料具有原料来源丰富，价格便宜，施工方便，保温性能好，抗腐蚀等特点。不同于以往轻混凝土之处，在于该混凝土的骨料不需进行任何预处理，与用砂石做骨料的混凝土具有完全相同的施工工艺。该混凝土可以加入钢筋或铁丝网做成预制块，从而大大提高其整体强度，也可用水泥砂浆进行粘接和填缝。因此，这是一种较便宜的室内外轻混凝土保温材料。

关键词：稻壳　轻骨料　水泥混凝土　轻混凝土　保温材料

一、前言

    水泥混凝土的主要优点在于原料来源丰富、价格便宜、施工方便、耐腐蚀、强度高等。因此在许多方面都是不可替代的室内外主要建筑材料。但采用砂石做骨料的水泥混凝土自重大，故国内外一直在致力于轻混凝土的研究与发展。

    轻混凝土虽然强度较低，但自重小，因此，对强度要求不高的非承重构件，若能采用轻混凝土，整个建筑物的自重将大为降低，不仅使承载构件可以采用较小的截面，而且基础尺寸也可相应减小，从而降低建筑造价。但由于现有轻混凝土价格较高，且一般情况下骨料均需进行预处理，其施工难度也相应提高，因而到目前为止还未能得到广泛应用。

    使用植物纤维及其碎粒与水泥混合加压成型制造板材，在国内外已有几十年历史。但迄今为止，实现工业化生产的都是使用木质纤维，如水泥刨花板，它虽已问世60 多年，却越来越趋于停滞，主要原因是木材越来越紧缺，而且其产品的成本也难以为用户所接受。

    考虑到这些情况，我们在稻壳混凝土方面做了一些工作，希望能对轻混凝土的推广应用有所贡献。

二、原料的选择

1 稻壳

     稻壳是水稻果实的外壳，水稻是人类主要食物之一，目前世界上至少有1/ 3 的人以食稻米为主。水稻的主要产地集中在亚洲，其中，我国年产稻谷约2 亿t ，折算成稻壳年产量约4000 万t ，占世界总产量的30 %以上，居世界第一位。过去，稻壳在我国农村除作燃料外，几乎全部作为废弃物浪费了。随着科学技术的进步，稻壳的开发利用在国内外得到了迅速的发展，但与其年产量相比，利用率仍然很低。稻壳约占稻谷重量的20 % ，稻壳内含可分解的养份很少，其主要成分是SiO₂ 、木质素、纤维素等。从微观结构看，稻壳是以网状高纯度SiO₂ 为骨架，再包裹一层致密的纤维素。因此稻壳孔隙度大、密度小、保温性能好、耐腐蚀能力强。它不仅具有非常好的韧性，而且还具有一定的强度。稻壳颗粒均匀，粒度适中，湿润后体积不膨胀，易于压实，这有利于拌和均匀和提高混合料的密实度。此外稻壳内含有少量钾，因此稻壳灰的水溶液呈弱碱性，而水泥和107 胶均为弱碱性物质，因此选用稻壳与水泥和107 胶拌和，混合料的化学性能较稳定。

2． 107 胶

    107 胶为无色水溶液，含固量为12 %～ 10 % ，相对密度为1. 05 。它是由聚乙烯醇和甲醛进行部分缩合反应制得的水溶性聚乙烯醇缩甲醛胶粘剂。该产品为弱碱性，pH 值7～8 。

    107 胶除具有较强的胶粘性外，加入水泥后能改善水泥与稻壳间的强度、韧性、粘附性及防止开裂和脱落等。它在水中溶解度很高，加入水泥后还能大大提高混合料的和易性，从而有助于现场拌和施工。

3. 水泥

    采用普通硅酸盐水泥。

三、原　理

    稻壳水泥混凝土是以稻壳为骨料，107 建筑胶为稻壳的裹覆剂和水泥的增强剂。水泥具有粘着和内聚性质，能使稻壳粘结成密实的整体。

    稻壳的空隙度大，表面有一层致密的纤维素，能充分地吸附107 胶，从而大大改善混合料的和易性，加之稻壳湿润后易于压实、干燥后体积不膨胀，因而该混凝土与现有用砂石做骨料的混凝土具有完全相同的施工工艺。又由于该混凝土与金属具有较好的粘接能力，因而可以加入铁丝网或钢筋、做成预制块，以大大提高其整体强度。

    混合料所选用的材料均呈弱碱性，因此其化学性能较稳定、抗腐蚀能力强。稻壳从生产加工到运输整个过程均没有什么污染，而且其粒度均匀，大小适中。用它做骨料不需要进行任何预处理，即可现场拌和施工。

四、配　比

    稻壳混凝土的密度和强度主要取决于水泥与稻壳用量的比例。当然，混合料的密实度也是强度高低的一个关键因素。稻壳与水泥的用量，可根据对强度和密度的要求进行选择，其质量比一般为：

稻壳∶水泥= (2718) ∶100

水∶水泥= 49∶100

107 胶∶稻壳= 30∶100

五、操　作

    称取一定量的风干稻壳于搅拌器内，按107 胶与稻壳用量比，称取所需的107 胶，并用水稀释至1∶1 ，倒入搅拌器内搅拌10 min ;称取定量水泥，倒入搅拌器内，再搅拌10 min ;按0. 49 的水灰比称取一定的水量，扣除稀释107 胶所用的水量，将剩余的水全部倒入搅拌器内，再搅拌8～10 min ，即可入模。入模后应尽可能地振捣击实，以提高其密实度。

    由于稻壳孔隙度大，保水性能好，因此养护时一般只需加盖塑料布，不用将试件浸入水中。若试件不易被塑料布盖严，可于数天后适当洒一次水，使之保持一定的湿度即可。

六、实　例

    称取风干稻壳140g ，425 # 硅酸盐水泥760g ，量取107 胶44 ml ，自来水325 ml ，按上述操作程序及时间分别加料搅拌，然后将拌和好的混合料分三次倒入三联水泥胶砂试模进行振捣击实，并于24 h 内脱模。脱模后的试件小心用塑料布盖严，并注意保持湿度，养护28 d 后测定其强度(见表1) 。

七、主要性能及其应用前景

1 主要性能

(1) 密度小。根据强度要求，密度可在0. 8 ～1. 3 g/ cm3 范围内变动。

(2) 保温性能好。导热系数仅为0. 23 W/ (m·K) 左右。

(3) 强度较高。作为保温材料，稻壳混凝土的强度是较高的，并且，还可根据需要，通过选用不同的水泥与稻壳用量，以及提高混合料的密实度等方法，进一步提高其强度。稻壳混凝土的强度一般为：抗压强度8～15 MPa ，抗折强度2～6 MPa 。二者比值通常可达2～3 。可见与抗压强度相比，其抗折强度相对高于用砂石做骨料的混凝土。

(4) 抗冻性能好。稻壳混凝土抗冻性能好，在- 20 ℃经25 次冻融后其试件均无变化，下面是三组冻融试件和对比试件(未做冻融试验) 的强度值(见表2) 。

2 原料来源丰富，价格便宜

    水泥及107 胶都是常用的建材，尤其是稻壳几乎遍布全国，目前价格约为0. 1 元/ kg。

3 可加工性好

    可直接用铁钉或螺钉钉，钉处无裂纹，也可用手锯锯，锯面平滑。

4用途广泛

    可以做成配筋构件，大大提高其机械强度；表面可选用多种涂层材料，以提高其抗腐蚀性能和美化外观；可以用价格便宜的水泥砂浆进行粘结和填缝。

    因此，稻壳混凝土是一种价格较便宜的、适用范围较广的室内外轻混凝土保温材料。