农作物秸秆在土建工程中的应用

1农作物秸秆在土建工程中的应用摘要：建材行业作为全国的能耗大户,环保、节能、利废已成为该行业今后发展的方向。合理利用现有资源,制造价廉物美的高性能建材产品成为众多厂商追逐的目标。本文简要论述了农作物秸秆作为一种资源丰富的原材料,在建筑材料生产中的可行性及重要性。农作物秸秆作为一种资源丰富的环保型原材料,在建筑材料生产中的可行性及重要性。文章首先对建筑材料的现状进行了综述；然后引出农作物秸秆这一新型环保节能型土建材料，并对其特点，适用范围及秸秆建筑、复合墙体工艺做了一定的表述；最后是对环保节能型建筑材料发展应用的展望，指出建筑材料的环保节能是当前世界上普遍关注的热点问题，秸秆建材发展具有显著的优势。关键字：秸秆人造板土建材料环保节能应用发展正文：1.我国当前建筑材料的现状中国是一个农业大国，大部分省份都种植小麦、水稻、玉米等秸秆作物。据统计，我国农作物秸秆资源拥有量居世界首位，年产秸秆约7亿t，全国50%以上的秸秆资源集中在四川、河南、山东、河北、江苏、湖南、湖北、浙江等9省川。近几年，我国农村经济不断发展，传统的将秸秆作为生活燃料的需求逐年减少，导致了剩余秸秆难处理的问题十分突出。为了赶农时、图方便，人们往往将之一烧了之，既污染了环境，又浪费了资源。与此同时，随着世界经济的发展和人口数量的增加，建筑业蓬勃发展，全球对建筑材料的需求量不断增加，导致了对资源的依赖及需求不断增大。充分利用现有资源，将带来环境压力的秸秆加工成经济实用的建筑材料，是我国目前大力发展的新兴行业。当前世界范围内的各式建筑层出不穷，建筑材料也多种多样。小到桌椅，大到高楼，而建筑材料是建筑生产活动的物质基础，由于社会生产力的不断发展和科学技术的进步，建筑材料才越出了几千年来沿用的砖、木、石、土的限制，广泛使用水泥和钢材，出现了钢筋混泥土结构。随着轻质高强材料的问世，又推动了现代建筑和高层建筑的发展。而建筑技术的发展总是不断地对建筑材料提出更新更高的要求。目前节能环保型材料已受到人们的广泛高度关注。建筑材料的生产和加工行业是一个典型的能源消耗型产业，其生产和加工过程中不仅耗费大量2的能源，还会污染环境。据统计，2005年建材行业消耗各类能源占全国能源消耗总量的7%，其产生的粉尘和排放分别占全工业粉尘和排放总量的63%和8.5%位居全国工业的第一位和第二位。由此可见，在全国节能减排工作中，建材工业具有举足轻重的作用。因而，发展和推广环保节能型建筑材料是势在必行的。而建筑材料要做到环保节能，就必须综合考虑建筑材料的生产和使用能耗，尽量采用工农业废渣废弃物做原料，在保证一定材料成本的条件下，环保节能建筑材料是以最少的资料，并尽量利用工农业废弃物及再生材料制造出的高效能建筑材料。2.废弃植物纤维建材——农作物秸秆现状农作物秸秆是粮食生产的主要副产物，它通常是指农作物在获取主要产物后剩留下来的地上部分的茎叶或藤蔓，约占作物生物量的50%，主要是各种禾木科作物秸秆和豆科类作物秸秆，是一类极丰富的能直接利用的可再生纤维素资源。据联合国环境规划署（UNEP）报道，世界上种植的各类农作物，每年可提供秸秆约17亿吨[1]，我国是农业大国，农作物秸秆资源十分丰富，近年来，由于农业连年丰收，粮食产量逐年稳定提高，各类农作物秸秆的年总产量达6亿吨[2]。然而，在农业丰收，秸秆产量增加的同时，随着农村经济的发展和农民生活水平的不断提高，农村传统将秸秆主要用于燃料，建筑材料及粗饲料的使用量逐年减少。据不完全统计，世界上被利用的秸秆等农林废弃物不足2%，我国目前秸秆的利用率为33%，其它大部分未加处理，经过技术处理后利用的仅占2.6%[3,4,5]。年复一年，导致秸秆越积越多，农作物秸秆在收割季节集中焚烧的现象日益严重，负面影响很大，不仅污染环境，危害人们的身体健康，而且烟雾弥漫，影响陆地交通和飞行安全，因此，充分合理有效地利用农作物秸秆天然资源，对当代农业的发展及环境保护，减少粮食及石油资源的使用，都具有重要的意义。农业秸秆纤维原料量多价廉，随着生物技术的发展，农业秸秆纤维原料的转化利用将为能源开发和发酵工业原料开辟新的来源，以实现资源持续利用，符合可持续发展战略的要求。2.1秸秆材料的应用2.1.1秸秆建筑秸秆作为农作物的副产物，其利用途径是多种多样的，而农作物秸秆因具其3特有的性能,如其好的隔音隔热，保温节能，轻质快捷等特点，使之自古以来就是一种良好的建筑材料。随着科学技术的进步,以农作物秸秆为原料的复合墙体材料制造技术已在中国得到发展。它包括：平压法秸秆复合墙体、挤压法秸秆复合墙体、模压法秸秆复合墙体等工艺。农作物秸秆墙体材料具有轻质、保温隔热以及吸音等特性,是一种理想的可用于室内或室外的建筑材料,在中国具有广阔的发展前景。以后的建筑会尽量选用环保材料，选用麦秸秆压制而成的麦秸板作为最主要的建筑材料，给农作物秸秆的再利用增加了一条有效的途径，此举将减少森林资源的消耗量，且实现秸秆的资源利用，同时也解决了有关秸秆的一些环境污染的难题。当前国内外已有利用秸秆制造的各式建筑，如下图：房屋装修中秸秆隔热性能的好坏是用热阻R值表示的。木材的R值是每英寸厚为l，砖是0.2，玻璃纤维棉是3.0。R值越高代表隔热性能越好。秸秆建筑能有效利用热能并且将能源储存起来，它的R值比传统结构明显要高，主要取决于秸秆的种类和墙体的厚度。顺着纤维的成捆小麦和水稻秆的R值都是每英寸2.4，而纤维交叉时的R值是每英寸3，这样当三排秸秆并排堆放时，宽度为23英寸，R值为54.7；而靠边缘放置时，宽度为16英寸，R值为49.5。如果两排秸秆平放，宽度为18英寸宽，R值大约是42.8，而靠边缘放置时，宽度为14英寸，R值大约是32.1。这比隔热性能最好的建筑墙体要好上两三倍，比老式的建筑要好5—10倍。此外，秸秆墙面上的大量石膏有助于增加墙体的隔热性能。与传统的、昂贵的装修体系相比，秸秆墙能提供更大的舒适性，并节约更多的能源，它们与传统的建筑相比由于隔热性能较好，因此只需要安装小型的供热或制冷系统就足以达到舒适度的要求。在一些环境问题较严峻的地方，由于能源昂贵，所以秸秆建筑更具有特殊的价值。2.1.2秸秆复合墙板废弃农作物秸秆还有的一种重要用途就是制备墙体板设备，又称为墙板设备，墙体板机械，墙体板生产线，保温墙体板设备、轻质墙体板设备，墙体板制4板机等。墙体板设备特点是：墙体板机械设备采用双驱动对辊挤压工艺，产品从上浆、主料、铺布、复合、复压一次性完成整板的生产过程，设备自动化程度高，运行平稳，规格任意调整。产品表面平整、光滑，密实度高，真正实现了新型建筑墙板板材的工业化流水线生产。大大降低了生产工人的劳动强度。彻底改变了以往的立模，平模浇筑成型的诸多弊端。如模具使用量大，周转率低，需电加热或蒸汽加热，产品种类单一；隔声，保温效果不能满足市场要求的诸多缺陷。其项目特点有：①生产来源广，没有地区局限性。主要利用锯末、稻草（壳），以及各种农作物秸秆，加入无机材料（如滑石粉、建筑垃圾、硅藻土、粉煤灰等）经特殊工艺加工而成。生产成本低廉，投资少，见效快。②生产工艺简单，设备自动化程度高，劳动强度低，流水线作业，生产过程无噪音无三废排放。③生产能耗低，不需高温、高压，利用化学反应自身释放热量，达到生产工艺要求。2.2墙板产品特点及性能2.2.1性能：1.气干密度≤（标准指标）50kg/m2（检验值）30.0kg/m22.面板干缩平≤0.08%0.015%3.抗折荷载≥1400N5640N4.抗冲击冲击3次无开裂等破坏现象冲击三次无开裂等破坏现象5.主断面热阻（T=90mm）≥1.35（m2.k）/w≥1.36（m2.k）/w6.热桥面积率≤8%2.22%7.隔声量36dB8.放射性未检出2.2.2特点秸秆复合墙体板产品工艺独特，配方科学，操作简便。主要原料以粉煤灰工业废渣、草秸、木粉、石粉等为填料，以中碱玻璃丝纤维布、及网格布丝网增强，经轻质料、煤灰加气等制成轻质芯材，并制成网状工艺结构，复合而成为高强度轻质独特的保温墙材。其特点是显而易见的：51.轻质抗震：单位面积质量仅为红砖墙的1/10，具有良好的抗震性能，无论是低层还是高层建筑均可使用，更适用于钢架结构的厂房，来代替彩钢板，性能更优越。2.施工快速方便：采用板块或组合安装，干法作业，具有钉、锯、刨、粘、贴等优良特点。3.综合成本低：生产该产品主要利用农业、工业废物，生产成本低廉。由于减轻梁柱基础荷载，施工周期短，相比实心砖，空心砖降低工程造价20%以上。4.节能环保：生产过程无需高温高压，产品无毒、无害、无污染，无放射性，属绿色环保新型节能建材。5.提高使用面积：在保温、隔音等要求相同的条件下，板材更薄，相同建筑,，同比可增加10%以上的使用面积。6.防火，防水，抗冲击，耐酸碱，抗老化等。为了贯彻可持续发展战略、实现国家节能减排的目标,推行绿色建筑材料已经迫在眉睫。农作物秸秆墙体材料有效地利用了秸秆资源,减少了秸秆焚烧所引起的环境污染,显著降低了建筑能耗,有效地改善了室内热环境。秸秆墙体材料的研究,对缓解我国能源紧缺局面,推动低碳经济和可持续发展有着重大的现实意义。前人已有针对农作物秸秆墙体材料的力学性、热工性、防火性等方面进行了简略的分析表述。陕西杨凌示范样板房对秸秆墙体的应用形式和构造措施可初步得出秸秆复合墙体材料的热工性能参数指标及构造措施和连接方法,说明轻钢-秸秆复合墙体结构比传统砖混结构热传导效率低,抵御室外热环境效果更好。针对不同种类板材、不同保温材料、不同龙骨厚度的复合墙体，为了进一步掌握秸秆复合墙体在抗震地区的适应性,结合四川绵竹地区灾后重建工程中实际运用的秸秆复合墙体项目,结果证明轻钢-秸秆复合墙体的抗侧性能完全满足建筑抗震规范设计要求,具有良好的抗震性能。综上所述,秸秆复合墙体材料是一种轻质、高强、可持续利用的绿色墙体材料,秸秆复合墙体建筑具有优良的热物理特性和抗震性能,可为人们提供良好的居住环境,适用于我国广大地区推广使用,具有一定的工程应用价值,它的研究成果也为推进绿色住宅和可持续建筑的发展提供了新的思路。3.秸秆板材在国内的发展状况6我国对农作物秸秆人造板的研究较国外晚。在80—90年代，我国南方已形成利用甘蔗渣制造硬质纤维板、刨花板的工厂体系。近年来，中国林科院、东北林业大学、南京林业大学等科研院校，先后对此项技术进行研究与开发，利用麦秸、稻秸、棉杆等非木质材料做为人造板的原料，制造出刨花板和中纤板。其物理力学性能达到国家有关人造板的标准技术指标。随着技术与生产的结合，近几年国内涌现出大批生产秸秆板材的厂家，产品除了国内市场销售外，也大量直销海外市场。4.农作物秸秆的推广前景科学技术的进步资本的支持为人造板工业的发展提供了良好的条件。秸秆板正是运用了这种高科技应运而生。由于秸秆板系列产品具有广阔的应用空间，并且该产品的生产成本较低，产品性能优越等优点，必将导致该产品具有较强的市场竞争力。秸秆,在被称作优质的绿色材料加以综合利用之前,一直被视作农业废弃物。当焚烧不再作为主要处理方式时,它在建筑领域却很好地发挥出了剩余价值,同时推动了一系列秸秆建筑的出现。秸秆建筑的发展历经前工业时代、工业时代和后工业时代,不同背景影响下的秸秆建筑的风格特色不尽相同,在倡导发展可持续建筑的低碳时代,秸秆建筑无论从环境还是经济角度上看,都具备诸多优势,它广阔的应用前景引起了人们的关注,因而世界范围内掀起了关于秸秆建筑历史和实践研究的热潮。随着人们对秸秆建筑发展的认识与理解,有关秸秆材料的研究和建筑实践活动正不断取得巨大的进步。而当今愈来愈崇尚的环保节能型建材，从根本上改变我国建材工业发展中存在的高投人低产出、高消耗、高污染、低效益的粗放式生产方式，选择资源节约型、污染最低型、质量效益型、科技先导型的发展方式，把建材的发展和资源利用、生态保护、污染治理有机地结合起来，这是21世纪我国建筑材料发展的战略目标。所以我国建材行业未来发展战略方向应该是:大力发展环保节能型建材，采用低能耗制造工艺和不污染环境的生产技术，尽量不使用含有对人体有害的、有机化学物质，兼顾可