农作物秸秆建材作为抗震房屋用材的分析.doc

农作物秸秆建材作为抗震房屋用材的分析 资助项目：国家十一五科技支撑计划（2006BAJ02A09；2006BAJ02B02）侯国艳：女，1979年生，硕士，主要从事环境材料研究；生态环境建材分会。侯国艳 冀志江 李海建（中国建筑材料科学研究总院，绿色建筑材料国家重点实验室，北京 100024）摘要：通过与几种常用抗震建材产品的对比，介绍了农作物秸秆建材产品的抗震性及其它的优点，论述了其作为抗震房屋用材的可行性。关键词：农作物秸秆；抗震；轻质；保温Analysis of agricultural straw for building materials used in the anti-seismic housingHou Guoyan Ji Zhijiang Li Haijian(China Building Material Academy, State Key Laboratory of Green Building Materials, Beijing, 100024)Abstract: Compared with several anti-seismic building materials, this paper introduces the anti-seismic and other advantages of agricultural straw for building materials, and discusses the feasibility of agricultural straw for building materials used in the anti-seismic housing.Key words: agricultural straw；anti-seismic；lightweight；thermal insulation引言汶川大地震后，更多人开始关注房屋建筑的抗震强度。一次又一次地震灾难及教训，警示人们：防震减灾任重道远，刻不容缓。建筑的质量和抗震性能与设计和构造紧密相关，而建筑的选材用材、施工配比是一座建筑能否抵御强震的关键性因素。因此，在建筑材料的选用方面已经开始得到人们的重视。钢结构、框架结构以及木结构都是公认的具有良好抗震效果的主体结构材料。然而随着建设节约型、环保型社会进程的不断推进，资源匮乏以及森林资源乱砍乱伐现象的突出，迫使建筑行业在有限的资源下不断寻求新的突破点，开发新资源。农作物秸秆建材产业是近几年来新兴的一项产业，其经济、环保、耐用、隔热、隔音等优点迅速提高了它的市场竞争力。主要原材料秸秆是农作物剩余物，是一种重要的生物资源。中国的秸秆资源拥有量居世界第一，年产量约为6.5亿t，并目呈增长趋势，预计到2010年可达7.26亿t1。近几年，我国农村经济不断发展，传统的将秸杆作为生活燃料的需求逐年减少，导致了剩余秸杆处理难的问题十分突出。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。若把大量秸秆用于生产秸秆建材产品，即可解决秸秆的处理问题，又可以增加农民的收入，还可以提供充足的建筑原材料。1 几种常用的抗震建材钢材具有具有抗震性能高、工业化生产程度高、施工周期短、节能环保、便于运输、施工速度快、延展性好等优点，特别是钢结构建筑所具有的延展性可以衰减地震波，减少地震对建筑的破坏性。但是随着世界铁矿石价格的飞升，昂贵的建造成本已经成为其显著劣势。木材是被公认的具有良好延性的结构材料。由结构木方、板材、保温棉填充而成的墙体和屋架体系，是目前国际上尤其是北美、新西兰以及日本等国家低层和多层住宅采用的主要结构形式。木结构建筑具有自身质量轻、强度高以及结构的柔韧性高等特性，表现出良好的抗震性能。但也必须指出，1995年1月日本神户地震的伤亡损失主要来自传统的一、二层木质结构建筑，灾后引起的大火加剧了灾害的损失。灾后的调查显示，只有很小横向承载力的以传统日本式梁柱风格建造的旧房屋受到很大破坏。这些建筑主要采用木质梁、柱，竹质或薄木板墙和自重大的陶瓷瓦屋面，其间的连接主要依靠木质结构搭接，没有用钉子或其他方式加强。上个世纪末期，我国对树木砍伐过度及对生态环境造成的破坏，致使木材资源短缺，再加上我国人口众多，建造木结构房屋不太现实。目前国内市场上常见的具有抗震效果的建材产品还有烧结矩形孔多孔砖、多孔空心砖 、加气混凝土砌块、钢丝网架水泥夹芯板等。该类的新型建材产品本身具有许多贯穿的孔结构，这种结构保证了砌墙时砂浆可以灌注一部分到砖体中，大大增加了砖体与砖体之间的连接度，可以明显提高墙体各方向的抗剪能力，从而提高整个墙体的抗震强度。同时孔形和孔洞排列设计改善了产品的热工性能，提高了墙体的热绝缘作用。该类产品的原材料主要来源于粉煤灰、页岩、水泥、矿渣、砂等，其中页岩、水泥、砂的需求也会对环境保护带来一定程度的影响。2 农作物秸秆建材发展现状农作物秸秆包括稻草、谷壳、麦秸、玉米杆、甘蔗渣、棉花杆、锯末、枯草、树枝叶等，主要组成成分为木质素、纤维素和半纤维素以及一些灰份杂质，其主要化学组份与阔叶木材的组份类似，是木材的良好可替代原材料。秸秆建材是选用上述材料秸秆中的一种或多种原料，经粉碎成植物纤维，添加强化材料和粘凝剂，生产而成的系列建材产品。将麦秸和稻草作为建材原料的应用研究起始于生产COMPAK板，目前已有英国、澳大利亚、挪威、波兰、比利时、伊朗、印度、马来西亚、印尼、巴基斯坦、加拿大、美国等20多个国家建立了以农作物为原料的人造板生产厂家，其中美国和加拿大就有11家。美国的PRIML BOARD公司，加拿大的ISOBORD公司生产线产量均在10万m3和20万m3以上，美国的麦秸板全年产量约为1600万m3。因此，在国外以农业剩余物为原料生产人造板是一个不容忽视的产业2。加拿大阿尔伯塔研究院研究的OSSB（Oriented Structure Straw Board）按中国定向刨花板标准LY/T 1580-2000检测，报告结果表明OSSB产品的性能可以达到建筑结构用材OSB 3的标准要求，现已进军中国市场。随着我国建材绿色化进程的推进，我国近几年来，秸秆建材应用迅速推广，成为建材产业领域最火热的行业。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、棉杆等非木质材料作为人造板的原料，制造出刨花板或中纤板。2009年初，由4所高校的12位教授、博士联手研制的“抗震整体结构样板房”在南京林业大学建成。这种板房是用秸秆和速生林杨树制成的板材搭建。不仅可作安置房，也能作为永久性住房。墙壁由5层组成，里外分别是两层复合板，中间一层秸秆板，秸秆板与复合板之间留有空气层，在它们之间加上龙骨支撑。经过东南大学测试，隔热性达到49cm厚砖墙的效果，且其建筑成本要比水泥和彩钢板都便宜。 这种板房制作简单，承重低，每平方米荷载力已达到水泥预制板的要求。 河北绿环新型墙科技有限公司生产的“植物纤维（秸秆）建材、建筑”3取得了多项国家专利，在全国各地建立了多项示范工程。中荷合资的世界首家OSSB生产厂（中荷合资陕西环球嘉禾板业有限公司）在陕西杨凌落成，年生产能力为六万m3，预计2009年8月1日正式投产。3 秸秆建材建筑的特点3.1 轻质秸秆建材相对于混凝土、砖石结构材料而言是轻质材料，秸秆墙体的容重一般为430-1300 kg/ m3，几乎是粘土砖墙体重的1/10。轻质墙体材料可以减少建筑物的自重，提高结构抗震能力。在相同破坏力下，秸秆建筑物的重力加速度仅为其他建筑的十分之一。同时，对地基的冲击小，不会出现沙土液化的情况，保证地基的稳定性，增加建筑物的安全性。3.2 高延展性秸秆建材以秸秆为主要原材料，经过粉碎，加入胶粘剂加工制成。秸秆自身的延展性增加了成型品的扛延展力，相对其他材料有很强的韧性。对于冲击荷载及周期性疲劳破坏有很强的抵抗力，具有最佳的抗震性。3.3 隔热、保温、节能秸秆板材的传热与导热几乎是砖墙的1/3-1/20， 5.8cm厚的稻草板相当于56cm厚砖墙，3.5cm厚的水泥刨花板相当于25.85cm厚砖墙的热阻值2。规格200mm厚的墙板，保温系数高于370mm粘土砖墙4倍,取暖热耗降低4倍，取暖成本减少4倍。每年可节省大量的能源消耗，大大降低取暖支出4。3.4 隔音建筑设计中的隔声主要是针对空气声（声源经过空气向四周传播的噪声称为空气声）与固体声（声源经过固体向四周传播的噪声称为固体声）。用秸秆板做隔墙时要求板材容重大且要有一定的厚度，这样声波衰减也较大，隔声效果就越好。德国采用人造板做内隔墙(单层)时其厚度不小于16mm，做外墙时不小于18mm，防止固体声应采取双层结构(中空结构)或在双层中填充填垫物，以达到隔声的目的。3.5 调湿、调温由于木质基材料具有良好的环境调和性能，再加上优异的保温性能，易于保持室内空气清新及湿度均衡。使身居其中的人们可以享受到木结构住宅的冬暖夏凉。4 结语农作物秸秆建材作为一种生态环境建材，利用植物秸秆等废弃物制成高品质建材，不仅解决了土建难题，同时也解决环保、资源循环利用等问题，其质轻、高强、环保以及低成本的诸多优势，将开拓绿色建筑的新纪元，在灾区的重建中发挥巨大