免烧生态鱼巢砖的制备方法与流程

1.本发明涉及一种免烧生态鱼巢砖的制备方法。


背景技术：

2.近年来，为了保持自然河道水陆交错带的通水透气性和生物多样性，常采用生态护坡，以保证鱼类和水生生物的栖息环境，及实现河岸带生态功能。但是，随着社会经济的发展和环保要求的提高，对于生态护坡的要求也日益提高，除了防洪、保持水土以外，还增加了提高水环境容量、生态环境修复等需求。鱼巢砖就是在此基础上发展起来的，可为鱼类等水生生物和两栖动物提供安全的繁衍生息空间。鱼巢砖既能够满足河道边坡的稳定性和河道防洪、排涝功能，作为鱼类等水生生物的庇护场所，帮助其躲避天敌，并降低洪水季节快速的水流、砂石等对其的危害，又可为水生植物生长提供空间。鱼巢砖在国内已有初步研究，但多是关注于其结构上的设计，对于其制备工艺和多样化功能的开发研究较少。多功能鱼巢砖的发明与应用是河道护坡发展的趋势。稻草是农业生产中的一大主要副产品，产量巨大，来源广泛。粉煤灰是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，也是燃煤电厂排出的主要固体废物。稻草与粉煤灰若不利用造成浪费。


技术实现要素：

3.本发明的目的是为了解决稻草与粉煤灰若不利用造成浪费的技术问题，提供了一种免烧生态鱼巢砖的制备方法。
4.免烧生态鱼巢砖的制备方法按照以下步骤进行：
5.一、制备稻草纤维原料：
6.将稻草秸秆原料切成长度为20
‑
40mm的草片，经风选分级，除去轻杂质，再经18目筛筛除重杂质及谷粒，合格草片在naoh碱液中，以100℃蒸煮120min，清洗晒干后，得到稻草纤维；
7.其中naoh碱液占稻草绝干原料质量的8％；
8.二、按照水泥、粗砂、粉煤灰、稻草纤维及水的质量比为1∶1.8∶1.2∶0.03∶0.8的比例称取水泥、粗砂、粉煤灰、稻草纤维和水；
9.先将稻草纤维分散于水中，得到稻草纤维分散液，水泥、粗砂和粉煤灰投入搅拌机进行混合搅拌5min，再加入稻草纤维分散液，充分搅拌，得到混合胶砂；
10.将混合胶砂放入模具，在振实台上振实，试模于养护箱中养护24小时后脱模，脱模后仍置于温度为20℃
±
1℃、相对湿度不低于90％的养护室中继续养护至28天，即得免烧生态鱼巢砖。
11.步骤二所述粉煤灰为ⅱ级，且经过烘干后使用。
12.步骤二所述粗砂经自然晒干后过40目筛后使用。
13.步骤二所述水泥为28天抗压强度最低为42.5mpa的硅酸盐水泥。
14.本发明在制备免烧生态鱼巢砖的过程中可以按需要采用不同模具制成不同形状
的砖体，例如：立方体形、多孔砖、中空六边形、块状。
15.直接将稻草秸秆混合进混凝土中，不能起到砖体增强强度和韧性的作用，反而会降低砖体的强度；如果以添加秸秆粉末添加入生态砖，也起不到增加韧性和强度的作用。因此需要分离出秸秆纤维，分离出来的秸秆纤维呈束状，于水中易分散，再与混凝土充分混合后，能够增强砖体韧性和强度。
16.稻草秸秆脱除木素，进而分离纤维主要有两种方法：碱处理和酸处理。在酸性条件下，稻草中的纤维素和半纤维素易水解，对稻草秸秆破坏较大，影响后续的利用。碱处理法成本较低、处理方法简便，因此本发明采用碱处理的方法。
17.利用naoh碱液处理的目的是稻草秸秆脱除木素，进而分离纤维。蒸煮温度、保温时间、naoh用量等参数在脱除木素、分离纤维中起着至关重要的作用。秸秆纤维中的木质素、果胶以及某些大分子物质只有在较高的温度下才能降解，所以太低的温度达不到效果。当温度大于100℃后，木素脱除的速率小于温度升高的速率，同时温度的升高将会导致碳水化合物包括纤维素和半纤维素的降解。此外，蒸煮温度是工艺中能源消耗的重要因素之一，从资源、成本、材料性能的角度考虑，采用常压下的100℃作为最终的温度。这样既可以保证纤维的分离，又能够保证秸秆纤维的得率。
18.木素脱除与保温时间密切相关，较短的时间不能保证木素脱除彻底，较长的时间又会造成碳水化合物的水解。随着保温时间的增加，稻草秸秆纤维的得率逐渐降低。30～90min为木素大量脱除的阶段，naoh与木素中的羟基、醚键结合生成钠盐，使得木素的大分子结构降解，溶于碱液中。90～120min时间段为碳水化合物的降解阶段。为了保证秸秆纤维的性能，延长保温时间是可取的，因此选择120min作为保温时间。
19.naoh能够与浆料中的木素、半纤维素反应生成钠盐，但是naoh用量过低导致木素去除效果不好，制备的纤维分散性能较差，过高的naoh用量又会造成环境的污染。随着naoh用量的增加，稻草纤维的得率逐渐减小，且呈现出线性关系。naoh用量对木素的脱除有很大的影响naoh用量从8％到10％的过程中粗浆得率下降速率趋于平缓，因此选择naoh用量为8％。
20.本发明脱模后仍养护是为了保证水泥浆砂在规定的龄期内达到设计强度、防止产生收缩裂缝。如果养护不及时，会使水泥不能充分水化，会出现砼表面起粉砼强度不合格的现象。影响水泥浆砂养护质量的因素包括温度、湿度与龄期。温度低于0℃的条件下，水泥浆砂中的水分已经开始部分结冰，这将导致水泥浆砂的冰冻损伤，所以要保证水泥浆砂的养护温度。但是，不是温度越高对水泥浆砂的强度越有利，温度过高时，水泥浆砂表面的水分会大量蒸发，导致水泥浆砂表层因缺水而水化不良，内部水泥水化速度明显加快，水化产物分布不均匀，进而影响水泥水化和后期强度发展。养护温度每升高5℃,28天强度下降1.0mpa。本发明中采用室温的温度20℃
±
1℃，既保证水泥水化反应顺利进行，也不会因为温度太高影响后期强度发展。
21.水泥浆砂养护的湿度是非常重要的，干燥失水会影响水泥的水化，也会使水泥浆砂在低强度状态下承受收缩引起的拉应力，使混凝土表面出现裂纹，最终影响强度，所以，对于养护期混凝土应保持充分的湿度。相对湿度小于80％时，水泥水化将趋于停止，如果水泥浆砂在早期干燥，其强度、抗渗性和耐久性都将受到不利影响。
22.28天强度是确定水泥立方体抗压强度依据。砼的强度增长过程就是水泥中的化学
成分(硅酸盐，铝酸盐等)水化反应的过程。28天标准条件下，其强度大约是其90天强度的97％，是其180天强度的99％左右。180天以后，虽然其强度仍在增长，但增长量很小，且极为缓慢。6年后的砼的强度仍在增长，但增长率仅约1％左右。
23.水泥完成终凝后保持混凝土湿度95％以上，温度20℃，1个标准大气压下，是最适宜养护条件。
24.稻草是农业生产中的一大主要副产品，产量巨大，来源广泛。植物纤维制备混凝土可以满足低碳环保、取材方便、轻质高强的要求。混凝土中掺入一定量的粉煤灰，能够有效地减小混凝土的干缩，提高其抗裂性及预防温度裂缝的能力，并改善其耐久性能。因此，将稻草和粉煤灰应用于制备鱼巢砖，即可实现废弃物资源化利用，又能达到保护生态环境的目的。
25.有鉴于此，本发明提供的一种具备净水功能的免烧生态鱼巢砖的制备方法，更好的克服了上述现有技术存在的问题，在一定程度上实现了稻草和粉煤灰的资源化利用。本发明稻草秸秆进行了处理得到秸秆纤维，然后采用水泥、粉煤灰、秸秆纤维和粗砂等原料混合制备的鱼巢砖，对水体中的氨氮、tp、cu
2
、cd
2
具有很良好的吸附净化性能。
26.本发明优点：
27.(1)本发明方法利用农业废弃物秸秆和工业废弃物粉煤灰，实现了资源化利用；
28.(2)本发明方法制备的免烧生态鱼巢砖对水中的重金属，氮、磷都具有很好的吸附效果；(3)本发明方法制备的免烧生态鱼巢砖，镂空空间可用于仔稚鱼庇护，或种植水生植物，进而修复环境与净化水质。
附图说明
29.图1是实验一至实验三中免烧生态鱼巢砖的结构示意图；
30.图2是实验一至实验三中免烧生态鱼巢砖的正面结构示意图；
31.图3是实验一至实验三中免烧生态鱼巢砖的侧面结构示意图。
具体实施方式
32.本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
33.具体实施方式一：本实施方式免烧生态鱼巢砖的制备方法按照以下步骤进行：
34.一、制备稻草纤维原料：
35.将稻草秸秆原料切成长度为20
‑
40mm的草片，经风选分级，除去轻杂质，再经18目筛筛除重杂质及谷粒，合格草片在naoh碱液中，以100℃蒸煮120min，清洗晒干后，得到稻草纤维；
36.其中naoh碱液占稻草绝干原料质量的8％；
37.二、按照水泥、粗砂、粉煤灰、稻草纤维及水的质量比为1∶1.8∶1.2∶0.03∶0.8的比例称取水泥、粗砂、粉煤灰、稻草纤维和水；
38.先将稻草纤维分散于水中，得到稻草纤维分散液，水泥、粗砂和粉煤灰投入搅拌机进行混合搅拌5min，再加入稻草纤维分散液，充分搅拌，得到混合胶砂；
39.将混合胶砂放入模具，在振实台上振实，试模于养护箱中养护24小时后脱模，脱模
后仍置于温度为20℃
±
1℃、相对湿度不低于90％的养护室中继续养护至28天，即得免烧生态鱼巢砖。
40.具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤二所述粉煤灰为ⅱ级，且经过烘干后使用。其他与具体实施方式一相同。
41.具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是步骤二所述粗砂经自然晒干后过40目筛后使用。其他与具体实施方式一或二相同。
42.具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是步骤二所述水泥为28天抗压强度最低为42.5mpa的硅酸盐水泥。其他与具体实施方式一至三之一相同。
43.具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是步骤二脱模后仍置于温度为19℃、相对湿度不低于90％的养护室中继续养护至28天。其他与具体实施方式一至四之一相同。
44.具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是步骤二脱模后仍置于温度为20℃、相对湿度不低于90％的养护室中继续养护至28天。其他与具体实施方式一至五之一相同。
45.具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是步骤二脱模后仍置于温度为21℃、相对湿度不低于90％的养护室中继续养护至28天。其他与具体实施方式一至六之一相同。
46.具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是步骤一将稻草秸秆原料切成长度为20mm的草片。其他与具体实施方式一至七之一相同。
47.具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是步骤一将稻草秸秆原料切成长度为30mm的草片。其他与具体实施方式一至八之一相同。
48.具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是步骤一将稻草秸秆原料切成长度为40mm的草片。其他与具体实施方式一至九之一相同。
49.采用下述实验验证本发明效果：
50.实验一：
51.结合图1
‑
图3免烧生态鱼巢砖的制备方法按照以下步骤进行：
52.一、制备稻草纤维原料：
53.稻草秸秆原料切成长度为20mm的草片，经风选分级，除去轻杂质，再经18目筛筛除重杂质及谷粒，合格草片在naoh碱液中，以100℃蒸煮120min，清洗晒干后，得到稻草纤维；
54.其中naoh碱液占稻草绝干原料质量的8％；
55.二、按照水泥、粗砂、粉煤灰、稻草纤维及水的质量比为1∶1.8∶1.2∶0.03∶0.8的比例称取水泥、粗砂、粉煤灰、稻草纤维和水；
56.先将稻草纤维分散于水中，得到稻草纤维分散液，水泥、粗砂和粉煤灰投入搅拌机进行混合搅拌5min，再加入稻草纤维分散液，充分搅拌，得到混合胶砂；
57.将混合胶砂放入模具，在振实台上振实，试模于养护箱中养护24小时后脱模，脱模后仍置于温度为19℃、相对湿度不低于90％的养护室中继续养护至28天，即得免烧生态鱼巢砖。
58.步骤二所述粉煤灰为ⅱ级，且经过烘干后使用。
59.步骤二所述粗砂经自然晒干后过40目筛后使用。
60.步骤二所述水泥为28天抗压强度最低为42.5mpa的硅酸盐水泥。
61.根据鱼类生长繁殖及索饵育肥特点，本实验的免烧生态鱼巢砖，单体外观及相关尺寸如图1所示。砖体主体部分尺寸为350
×
200
×
150mm，免烧生态鱼巢砖上面、下面分别设有正面孔3，前面、后面分别设有侧面孔4，前面及后面一侧设有凹槽1，另外一侧设有凸块2，左面、右面镂空，免烧生态鱼巢砖内部镂空，上下互通，相邻的两块免烧生态鱼巢砖通过凸块2插入凹槽1，使多个免烧生态鱼巢砖连接组合后可以形成尺寸为100
×
100
×
50mm的空间，为鱼类及其他水生生物提供生活与躲避空间。
62.将实验一制备的免烧生态鱼巢砖在温度25℃、转速120r/min、初始氨氮浓度1.0mg/l、磷浓度0.5mg/l、初始铜离子30mg/l、镉离子浓度0.5mg/l的条件下进行恒温振荡吸附试验，恒温振荡4h后，免烧生态鱼巢砖材料对氨氮的去除率为61％，对磷去除率为56％，镉离子除率为18％，铜离子去除率为12％。测定其垂直抗压强度为131kn。
63.实验二：
64.结合图1
‑
图3免烧生态鱼巢砖的制备方法按照以下步骤进行：
65.一、制备稻草纤维原料：
66.稻草秸秆原料切成长度为30mm的草片，经风选分级，除去轻杂质，再经18目筛筛除重杂质及谷粒，合格草片在naoh碱液中，以100℃蒸煮120min，清洗晒干后，得到稻草纤维；
67.其中naoh碱液占稻草绝干原料质量的8％；
68.二、按照水泥、粗砂、粉煤灰、稻草纤维及水的质量比为1∶1.8∶1.2∶0.03∶0.8的比例称取水泥、粗砂、粉煤灰、稻草纤维和水；
69.先将稻草纤维分散于水中，得到稻草纤维分散液，水泥、粗砂和粉煤灰投入搅拌机进行混合搅拌5min，再加入稻草纤维分散液，充分搅拌，得到混合胶砂；
70.将混合胶砂放入模具，在振实台上振实，试模于养护箱中养护24小时后脱模，脱模后仍置于温度为20℃、相对湿度不低于90％的养护室中继续养护至28天，即得免烧生态鱼巢砖。
71.步骤二所述粉煤灰为ⅱ级，且经过烘干后使用。
72.步骤二所述粗砂经自然晒干后过40目筛后使用。
73.步骤二所述水泥为28天抗压强度最低为42.5mpa的硅酸盐水泥。
74.根据鱼类生长繁殖及索饵育肥特点，本实验的免烧生态鱼巢砖，单体外观及相关尺寸如图1所示。砖体主体部分尺寸为350
×
200
×
150mm，免烧生态鱼巢砖上面、下面分别设有正面孔3，前面、后面分别设有侧面孔4，前面及后面一侧设有凹槽1，另外一侧设有凸块2，左面、右面镂空，免烧生态鱼巢砖内部镂空，上下互通，相邻的两块免烧生态鱼巢砖通过凸块2插入凹槽1，使多个免烧生态鱼巢砖连接组合后可以形成尺寸为100
×
100
×
50mm的空间，为鱼类及其他水生生物提供生活与躲避空间。
75.将实验二制备的免烧生态鱼巢砖在温度25℃、转速120r/min、初始氨氮浓度1.0mg/l、磷浓度0.5mg/l、初始铜离子30mg/l、镉离子浓度0.5mg/l的条件下进行恒温振荡吸附试验，恒温振荡4h后，免烧生态鱼巢砖材料对氨氮的去除率为70％，对磷去除率为65％，镉离子除率为20％，铜离子去除率为20％。测定其垂直抗压强度为132kn。
76.实验三：
77.结合图1
‑
图3免烧生态鱼巢砖的制备方法按照以下步骤进行：
78.一、制备稻草纤维原料：
79.稻草秸秆原料切成长度为40mm的草片，经风选分级，除去轻杂质，再经18目筛筛除重杂质及谷粒，合格草片在naoh碱液中，以100℃蒸煮120min，清洗晒干后，得到稻草纤维；
80.其中naoh碱液占稻草绝干原料质量的8％；
81.二、按照水泥、粗砂、粉煤灰、稻草纤维及水的质量比为1∶1.8∶1.2∶0.03∶0.8的比例称取水泥、粗砂、粉煤灰、稻草纤维和水；
82.先将稻草纤维分散于水中，得到稻草纤维分散液，水泥、粗砂和粉煤灰投入搅拌机进行混合搅拌5min，再加入稻草纤维分散液，充分搅拌，得到混合胶砂；
83.将混合胶砂放入模具，在振实台上振实，试模于养护箱中养护24小时后脱模，脱模后仍置于温度为21℃、相对湿度不低于90％的养护室中继续养护至28天，即得免烧生态鱼巢砖。
84.步骤二所述粉煤灰为ⅱ级，且经过烘干后使用。
85.步骤二所述粗砂经自然晒干后过40目筛后使用。
86.步骤二所述水泥为28天抗压强度最低为42.5mpa的硅酸盐水泥。
87.根据鱼类生长繁殖及索饵育肥特点，本实验的免烧生态鱼巢砖，单体外观及相关尺寸如图1所示。砖体主体部分尺寸为350
×
200
×
150mm，免烧生态鱼巢砖上面、下面分别设有正面孔3，前面、后面分别设有侧面孔4，前面及后面一侧设有凹槽1，另外一侧设有凸块2，左面、右面镂空，免烧生态鱼巢砖内部镂空，上下互通，相邻的两块免烧生态鱼巢砖通过凸块2插入凹槽1，使多个免烧生态鱼巢砖连接组合后可以形成尺寸为100
×
100
×
50mm的空间，为鱼类及其他水生生物提供生活与躲避空间。
88.实验三制备的免烧生态鱼巢砖在温度25℃、转速120r/min、初始氨氮浓度1.0mg/l、磷浓度0.5mg/l、初始铜离子30mg/l、镉离子浓度0.5mg/l的条件下进行恒温振荡吸附试验，恒温振荡4h后，免烧生态鱼巢砖材料对氨氮的去除率为78％，对磷去除率为73％，镉离子除率为31％，铜离子去除率为25％。测定其垂直抗压强度为134kn。
89.将实验一至实验三制备的免烧生态鱼巢砖在温度25℃、转速120r/min、初始氨氮浓度1.0mg/l、磷浓度0.5mg/l、初始铜离子30mg/l、镉离子浓度0.5mg/l的条件下进行恒温振荡吸附试验，恒温振荡4h后，免烧生态鱼巢砖材料对氨氮的去除率为61％
‑
78％，对磷去除率为56％
‑
73％，镉离子除率为18％
‑
31％，铜离子去除率为12％
‑
25％。测定其垂直抗压强度为132
±
1.73kn。
90.实验四：在温度为20℃
±
1℃、相对湿度不低于90％的养护室中继续养护至3天和7天后，测定生态砖的垂直抗压强度分别为38kn和67kn，远低于实验一至实验三制备的免烧生态鱼巢砖养护28天的生态砖。