秸稈粉煤灰建筑材料應(yīng)用現(xiàn)狀

周巧玲等

【摘 要】農(nóng)作物廢料秸稈是一種韌性材料，工業(yè)廢料粉煤灰是一種剛性材料，考慮將這兩種廢棄物結(jié)合起來，能夠開發(fā)出低成本高性能的板材，并且墻體源材料綠色無污染，是一種新型的環(huán)保材料。分析了秸稈粉煤灰條板材料的應(yīng)用現(xiàn)狀，發(fā)展前景，存在的缺陷以及改進(jìn)措施。

【關(guān)鍵詞】秸稈粉煤灰；條板材料；廢物利用

0 引言

我國自古以來便是一個農(nóng)業(yè)大國，主要的糧食作物為稻谷、小麥和玉米，每年我國產(chǎn)出秸稈7億噸，折合成標(biāo)煤約為3.5億噸，相當(dāng)于7個神東煤田，全部利用可以減排8.5億噸二氧化碳，相當(dāng)于2007年全國二氧化碳排放量的1/8。另一方面，隨著人們生活水平的改善，秸稈不再是農(nóng)民能源消費的唯一選擇，大量剩余的秸稈被遺棄在田間地頭，全國各地露天焚燒秸稈的現(xiàn)象十分普遍，造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染。目前我國秸稈的主要用途是除少量用于還田、飼料、工業(yè)原料、薪柴以及造紙外，大多的秸稈都被露天焚燒，不僅造成了嚴(yán)重的資源浪費，而且造成了生態(tài)環(huán)境的破壞。

同時，我國近些年工業(yè)大力發(fā)展，產(chǎn)生了大量的工業(yè)廢渣，其中粉煤灰的比例很大，對環(huán)境造成了極其惡劣的影響。粉煤灰是從煤粉爐排出的煙氣中收集到的細(xì)顆粒粉末，是工業(yè)“三廢”之一，目前我國年排放粉煤灰約為11000萬噸，利用率卻僅為42%，隨著工業(yè)的發(fā)展，粉煤灰排放量還將逐年大幅增加。目前，粉煤灰在我國建材工業(yè)中的應(yīng)用主要有：路基填充材料、墻體材料、粉煤灰水泥和混凝土摻和料等，雖然這些措施能夠處理部分粉煤灰，但利用率低，沒有充分發(fā)揮粉煤灰的作用。

圖2 粉煤灰因此，如何充分利用秸稈和粉煤灰的問題具有重大的意義。秸稈粉煤灰建筑材料的出現(xiàn)為解決這個問題提供了可能，而且有利于環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展，對國家“節(jié)能減排”，“循環(huán)經(jīng)濟(jì)”，“環(huán)境和諧”，“利廢經(jīng)濟(jì)”等重大國策的實現(xiàn)起到實效的促進(jìn)作用。

1 秸稈纖維建筑材料

1.1 秸稈纖維基環(huán)保節(jié)能墻體材料

秸稈纖維基環(huán)保墻體材料主要是利用農(nóng)作物秸稈為主要原料配以加強材料和黏合材料在反應(yīng)池里經(jīng)物理反應(yīng)和化學(xué)反應(yīng)脫模后自然凝固形成的。主要分為秸稈纖維水泥基復(fù)合墻體材料以及不含傳統(tǒng)水泥的秸稈纖維基復(fù)合墻體材料。

秸稈纖維水泥基復(fù)合墻體，是以秸稈、粉煤灰、水泥為主要原料配以各種外加劑而制成的一種新型復(fù)合節(jié)能墻體材料。肖力光[1]在普通的秸稈纖維水泥基復(fù)合墻體的基礎(chǔ)上進(jìn)一步討論了秸稈纖維和高分子聚合乳液對復(fù)合墻體材料性能的影響，）還對利用秸稈制成的水泥基墻體材料進(jìn)行了實驗研究，得到了具有輕質(zhì)、高強、保溫性能好、吸水率低、抗凍融性能高、防火、防水、防蟲鼠害及環(huán)保節(jié)能的輕體保溫砌塊，該保溫砌塊成本低廉，能夠滿足北方寒冷地區(qū)單一墻體材料節(jié)能50%（按240mm厚墻體計算）的要求。[2]隨后他們也探討了秸稈纖維對低堿水泥基材料阻裂性能的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)秸稈纖維的摻入量超過0.5%時砂漿基本不產(chǎn)生裂縫，表明一定量的秸稈纖維的摻入對低堿水泥砂漿具有很好的阻裂效果。[3]杜太生等[4]對類似的水泥基墻體材料的彈性模量、干收縮值等進(jìn)行了實驗測定，建立了混凝土單元無配筋、混凝土單元有配筋、混凝土單元與鋼絲網(wǎng)單元聯(lián)合作用的3種有限元模型，為這類新型墻體材料在實際工程中的應(yīng)用提供了依據(jù)。馬捷等[5]計算了秸稈基建筑保溫材料的年節(jié)能量，并與等量秸稈用作燃料釋放的熱量進(jìn)行了對比；而且對秸稈基建筑保溫材料和發(fā)泡聚苯乙烯材料生產(chǎn)過程中的能耗排放量和經(jīng)濟(jì)性也進(jìn)行了對比分析。

不含傳統(tǒng)水泥的秸稈纖維基復(fù)合墻體材料，以秸稈纖維為主要原料輔以適量的膠黏劑和增強劑，嚴(yán)格按照一定配方經(jīng)改性處理加工制成。例如曹永敏、張興福等[6]人研究的大摻量粉煤灰和秸稈粉鎂質(zhì)復(fù)合墻板，對鎂質(zhì)復(fù)合墻板的綜合心能進(jìn)行了測試。南京農(nóng)業(yè)大學(xué)的付菁菁[7]研制了一種麥秸稈-粉煤灰/PP發(fā)泡復(fù)合保溫材料，該類墻體材料主要是將麥秸稈粉、粉煤灰與PP粉料置于攪拌機中拌合，將混合物盛入模具后置于平板硫化機熱壓成型，脫模后加工成所要求性能測試的尺寸，然后對熱導(dǎo)系數(shù)、表觀密度進(jìn)行了分析，對力學(xué)性能（壓縮強度、拉伸強度、彎曲強度、沖擊強度等）、吸水性能進(jìn)行了測試，并對保溫材料切割斷面的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了觀察。在此新型材料的研制中，還考慮了模壓時間、壓力、溫度以及原材料的比例等對其性能的影響。

1.2 秸稈纖維泡沫混凝土材料

秸稈纖維泡沐混凝土材料主要是將植物秸稈纖維自重輕、保溫性能好、減少噪音污染的特點與泡沫混凝土密度小、保溫性能好、隔音效果好、調(diào)節(jié)室內(nèi)濕度等優(yōu)點相結(jié)合，優(yōu)劣互補，形成的建筑材料。孫令鵬等[8]研制的秸稈纖維水泥基泡沫保溫材料，在試驗中研究了水泥摻量、水膠比、纖維率和氣泡摻量對摻入大量秸稈纖維的泡沫混凝土的干表觀密度、抗壓強度、吸水率和導(dǎo)熱系數(shù)的影響，確定了摻入大量秸稈纖維的泡沫混凝土的最佳配合比，并研究了水泥種類和不同養(yǎng)護(hù)條件下對其抗壓強度的影響。王立久等[9]人對植物纖維生產(chǎn)水泥基泡沫保溫墻體材料的研究，以發(fā)泡混凝土為基礎(chǔ)，在其中加入大摻量農(nóng)作物秸稈纖維，作為輕集料芯材，兩面加上磷酸鎂水泥或者堿礦渣水泥面板，形成三明治結(jié)構(gòu)的外墻體材料，使產(chǎn)品輕質(zhì)保溫，植物纖維的摻入關(guān)鍵是起到穩(wěn)泡增韌作用。該試驗用明膠乳液對纖維表面進(jìn)行了防水處理，顯著降低了纖維的吸水率，提高了其在水泥基材料中的耐堿侵蝕性和抵抗微生物對其解聚的能力。這是與傳統(tǒng)的水泥基植物秸稈填料相比的不同點。

1.3 內(nèi)填充農(nóng)作物秸稈保溫墻體材料

內(nèi)填充農(nóng)作物秸稈墻體材料主要是將經(jīng)過由防火、防蟲、防霉和防水劑等組成的秸稈表面處理液，對秸稈采用噴淋的方式進(jìn)行表面處理，然后將秸稈經(jīng)過加壓成型后作為芯材填充到各種空心砌塊中形成，包括內(nèi)填充秸稈的粉煤灰砌塊和秸稈輕質(zhì)保溫墻板。這類墻體材料充分利用秸稈導(dǎo)熱系數(shù)小的優(yōu)點，大幅的提高了墻體的保溫性能。蔣連接，李慶錄等[10]對內(nèi)填充農(nóng)作物秸稈的粉煤灰砌塊做了有關(guān)保溫墻體熱工性能研究，研究表明，粉煤灰空心砌塊墻體的傳熱系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于設(shè)計規(guī)范中規(guī)定的參數(shù)要求，達(dá)不到建筑節(jié)能的要求，而內(nèi)填充玉米秸稈粉料的粉煤灰砌塊保溫墻體的傳熱系數(shù)相比于普通粉煤灰空心砌塊墻體減小了55.8%，與工程中廣泛應(yīng)用的加氣混凝土砌塊墻體的傳熱系數(shù)相近，能大幅度地提高墻體的保溫性能，達(dá)到自保溫要求。黃旭光、李強[11]等對水泥基秸稈粉煤灰填芯砌塊做了有關(guān)研究，研究證明，水泥基秸稈粉煤灰夾芯砌塊具有優(yōu)良的保溫隔熱、阻燃、防蛀、防水、無毒無味、輕質(zhì)、抗真菌侵蝕、強度較高等性能。而且其墻體保溫性能能達(dá)到節(jié)能50%的使用效果。與同等厚度的紅磚墻相比，熱阻大大提高，是一種優(yōu)良的保溫節(jié)能材料。對于內(nèi)填充農(nóng)作物秸稈的秸稈輕質(zhì)保溫墻板硬化快、強度高、質(zhì)量輕、易于搬運安裝，具有隔聲、防蟲、防腐、防火、防潮、防水性好等特點，最重要的是其導(dǎo)熱系數(shù)小，大幅度地提高了墻體的保溫性能，是良好的墻體材料。

2 大摻量粉煤灰混凝土

大摻量粉煤灰混凝土（HFCC），是把粉煤灰看作混凝土的一個獨立組份，以粉煤灰為主要原料，據(jù)工程設(shè)計的要求，來配制混凝土。肖力光等[12]對，大摻量粉煤灰泡沫混凝土砌塊做了研究，探討了粉煤灰的處理工藝，各種外加劑對大摻量粉煤灰泡沫混凝土的影響，以及其經(jīng)濟(jì)效益，得出了該砌塊具有容重輕、強度高、保溫隔熱性能好、導(dǎo)熱系數(shù)小、抗凍性、抗碳化性能高、粉煤灰摻量大、成型方便、工藝簡單、投資小、見效快等優(yōu)點，是一種較為理想的保溫節(jié)能墻體材料。同時武漢理工大學(xué)的鄭念念[13]等也對大摻量粉煤灰泡沫混凝土的性能做了比較系統(tǒng)的測試，測試得出，粉煤灰和聚丙烯纖維的摻入，對泡沫混凝土的干燥收縮均有較好的抑制作用，與一般的泡沫混凝土相比，大摻量混凝土泡沫混凝土具有輕質(zhì)高強的特點，而對比加氣混凝土，在節(jié)省了蒸壓養(yǎng)護(hù)這一工序的同時，更能節(jié)約能源，對實現(xiàn)資源的可循環(huán)利用、降低建筑能耗、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展等具有重要現(xiàn)實意義。邱軍付，羅淑湘等[14]，在合理優(yōu)化各相關(guān)參數(shù)以后，制備了粉煤灰摻量大于45%，干表觀密度200kg/m3的性能基本滿足外墻保溫制品的要求的泡沐混凝土保溫板，也通過摻入適量的粉煤灰激活劑有效的解決制品早期強度偏低現(xiàn)象，以及通過調(diào)整水灰比制得性能較為理想的泡沫混凝土。

3 秸稈粉煤灰條板利用的可能性

秸稈或者是粉煤灰分別制備板材和建材的方法.國內(nèi)外已經(jīng)報道了許多專利與非專利技術(shù)、通用的方法是經(jīng)過不同材料比例的物理共婚，模壓而成.這類板材共同的缺點是防水性很差。秸稈是一種韌性材料，粉煤灰是一種剛性材料，考慮將這兩種廢棄物結(jié)合起來，能夠開發(fā)出低成本高性能的板材，粘合壓板技術(shù)工藝制備板材，防水性差是實施的瓶頸問題，秸稈的主要成分是粗纖維和無氮浸出物，粉煤灰的主要組分為硅鋁酸鹽，這兩種材料的表面均含有自由羥基，如果采用傳統(tǒng)的制得的板材，從物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論上分析，是靠物理吸附與部分氫鍵的集合形成，在水的存在下，物質(zhì)組分很容易離散，難以防水。針對物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析，采用材料界面接枝技術(shù)與半互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)工藝來解決材料漲縮現(xiàn)象，使其具有優(yōu)越的防水、耐腐蝕、抗沖擊性、隔音與防蟲等效果。另一方面，墻體材料完全不含有甲醛，是一種新型環(huán)保材料，鄉(xiāng)村秸稈資源豐富，為墻體生產(chǎn)提供了豐富的原材料。通過秸稈、粉煤灰與粘合劑的比例，調(diào)節(jié)板材厚度與強度，用于制備農(nóng)房輕質(zhì)墻體是名副其實的純天然綠色材料。

4 結(jié)語

目前在各類與秸稈、粉煤灰材料相關(guān)的建筑材料中，主要是秸稈制做的墻材、大摻量粉煤灰混凝土或者秸稈粉煤灰保溫砌塊等，將二者相結(jié)合可制作性能更加優(yōu)良的材料，目前研究應(yīng)用尚處起步階段，制成條板或者秸稈粉煤灰混凝土用于填充墻體，自重輕施工速度快，且達(dá)到了變廢為寶，保護(hù)環(huán)境，綠色生態(tài)的目的，其必將有廣闊的發(fā)展前景。

【參考文獻(xiàn)】

[1]肖力光，趙露，陳景義.利用秸稈制造新型復(fù)合節(jié)能墻體材料的可行性研究[J].吉林建筑工程學(xué)院學(xué)報，2004，21（2）：1.

[2]肖力光，李晶輝，周寶玉等.秸稈環(huán)保節(jié)能材料性能研[J].吉林建筑工程學(xué)院學(xué)報，2008，25（2）：1.

[3]肖力光，李麗飛，李晶輝，等.秸稈纖維對低堿水泥基材料阻裂性能的影響[J].吉林建筑工程學(xué)院學(xué)報，2009，26（1）：1.

[4]杜太生，吉瑞林.新型輕質(zhì)墻體材料的性能測試和有元分析[J].鄭州大學(xué)學(xué)報：工學(xué)版，2002，23（4）：68.

[5]馬捷，王垚，金涌.秸稈基建筑保溫材料的節(jié)能減排分析[J].生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報，2010，26（5）：430.

[6]曹永敏，張興福，崔洪濤，等.大摻量秸稈和粉煤灰鎂質(zhì)復(fù)合墻板的研究[J].新型建筑材料，2010，01.

[7]付菁菁.麥秸稈-粉煤灰/PP發(fā)泡復(fù)合保溫材料制備性能研究[D].南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，2013.

[8]孔令鵬，孫家瑛，李東.浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院綠色建材與廢棄物資源化研究中心，農(nóng)作物秸稈棄物制備新型墻體材料的研究[J].四川建筑科學(xué)研究，2014，02.

[9]王立久，慕木蘭.植物纖維生產(chǎn)水泥基泡沫保溫墻體材料的研究[J].混凝土，2010，03：61-62，66.

[10]蔣連接，李慶錄，苗恒亞，劉歡，杜冰，王亮，趙蕾蕾.內(nèi)填充農(nóng)作物秸稈的粉煤灰砌塊保溫墻體熱工性能研究[J].新型建筑材料，2010：51-53.

[11]黃旭光，付強，趙鴻，李玉偉.水泥基秸稈粉煤灰填芯砌塊的研究與應(yīng)用[J].磚瓦，2013：54-56.

[12]肖力光，王曉彪.大摻量粉煤灰泡沫混凝土砌塊的研究[J].吉林建筑工程學(xué)院學(xué)報，2002：1-6.

[13]鄭念念，等.大摻量粉煤灰泡沫混凝土的性能研究[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報，2009.

[14]邱軍付，等.大摻量粉煤灰泡沫混凝土保溫板的試驗研究[J].硅酸鹽通報，2013：97-98.

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