【摘 要】
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目前,我国仍有大量秸秆被废弃或焚烧,导致资源浪费和环境污染等问题。另一方面,建筑资源短缺制约经济发展。将秸秆作为建筑原材料加入到无机胶凝材料基体中,可提升建筑材料的抗弯,抗裂,保温性能等,但当秸秆掺量较多时,采用常规装模成型或加压锁模工艺难以实现材料大批量高效制备。因此,本文开展高掺量秸秆/无机胶凝拌合物压缩特性的研究,开发适用于生产秸秆/无机胶凝复合材料的成型设备,优化复合材料成型工艺,积极推进
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目前,我国仍有大量秸秆被废弃或焚烧,导致资源浪费和环境污染等问题。另一方面,建筑资源短缺制约经济发展。将秸秆作为建筑原材料加入到无机胶凝材料基体中,可提升建筑材料的抗弯,抗裂,保温性能等,但当秸秆掺量较多时,采用常规装模成型或加压锁模工艺难以实现材料大批量高效制备。因此,本文开展高掺量秸秆/无机胶凝拌合物压缩特性的研究,开发适用于生产秸秆/无机胶凝复合材料的成型设备,优化复合材料成型工艺,积极推进秸秆建材化,从而解决环境污染及木材供需矛盾等问题,实现碳达峰、碳中和的目标。本文主要研究内容与结论如下:(1)秸秆/无机胶凝拌合物压缩特性研究。通过拌合物单因素压缩试验,探索秸秆含水率和掺量对拌合物压缩特性的影响规律。结果表明:含水率增加或掺量减少均可提升拌合物的压缩性能。通过将Kaliyan模型与试验数据进行拟合分析,选取含水率8%,掺量30%作为制备秸秆/无机胶凝复合材料的基本材料参数。(2)秸秆/无机胶凝复合材料成型设备设计。基于秸秆/无机胶凝拌合物的压缩特性及所选材料参数,从结构和液压系统两方面设计复合材料的成型设备。结构上主要由机架、进料斗、压缩活塞与舱门等部件组成,机架起支撑固定作用,进料斗确保拌合物平稳落入压缩室,压缩活塞负责拌合物的压缩成型,舱门起顶板作用。液压系统主要包括压缩推出与舱门开闭系统。压缩推出系统负责拌合物的压缩,保型与成品推出。舱门开闭系统把控成品推出动作的开始与结束。(3)秸秆/无机胶凝复合材料成型工艺优化。从设备角度出发,探索工艺参数对复合材料成型指标的影响规律。将压力、压缩速度、喂入量作为工艺参数,材料成型密度、残余力、设备比能耗作为试验指标,进行秸秆/无机胶凝拌合物单因素压缩试验,响应面优化试验和验证试验。结果表明:各试验指标随压力的增大而增大,随喂入量或压缩速度的增大而减小。密度与比能耗影响程度同为:压力>喂入量>压缩速度,残余力影响程度为:压力>压缩速度>喂入量。最佳参数为:压力0.47MPa,喂入量280.98 g,压缩速度91.42 mm/min。(4)秸秆/无机胶凝试块性能分析。通过对试块进行抗压,抗弯及导热系数试验,探索压力对试块性能的影响规律。结果表明:试块各性能随压力的增大而增大。在最优工艺下制备的试块,抗压强度为3.71 MPa,满足《轻质墙板规范》要求,同时其抗折强度可达2.84 MPa,其导热系数为0.218 W/(m·K)是普通黏土砖的3.71倍。
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