青稞秸稈增強水泥基復合材料的應用前景探究

李薩

（西藏職業(yè)技術學院建筑工程學院 西藏拉薩 850000）

1 引言

青稞作為青藏高原主要作物之一，自2015年來年產(chǎn)量逐年增加。根據(jù)西藏自治區(qū)農(nóng)業(yè)部門相關統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2017年西藏自治區(qū)青稞產(chǎn)量79.5萬t，2018年有望突破80萬t[1]。青稞產(chǎn)量的大幅提升，使得青稞秸稈的處理和利用有了更多的可能和方向。目前青稞秸稈的利用途徑較為單一，主要是作為高原牧區(qū)冬季牲畜的飼料使用，而在一部分地區(qū)則作為燃料進行燃燒，從碳排放量及空氣質(zhì)量等方面考慮，造成了一定的環(huán)境污染及資源浪費[2]。在這種情況下，將青稞秸稈制備為適用于建筑工程的混凝土水泥基，將是對青稞秸稈再利用的一個新思路。

2 青稞秸稈纖維增強水泥基應用現(xiàn)狀

2.1 植物纖維應用現(xiàn)狀

應用植物纖維為原料進行建材改性由來已久。James Haidie公司推出高強度、不翹曲、不腐爛、不受白蟻影響的植物纖維水泥外墻掛板，具有較大的市場；日本東京A&A公司用竹子纖維制備出高強度的混凝土產(chǎn)品；國內(nèi)也有廠家利用植物纖維研制出吸水、輕質(zhì)、高強的水泥，可有效地保護水邊生態(tài)[4]，而作物秸稈作為純天然可降解材料，以及其自身纖維含量及強度的特性，能夠很好地作為可提取植物纖維的水泥基增強材料。

2.2 青稞秸稈纖維用于水泥基摻合料的研究現(xiàn)狀

國內(nèi)針對單一植物纖維水泥基摻合料的研究中，以青稞秸稈作為主要材料的研究較少。金開峰等[3]以玉米、水稻、青稞秸稈作為填料，對改善鎂質(zhì)水泥制品在耐水性、返鹵、翹曲變形等問題上進行了改進研究，得出青稞秸稈鎂質(zhì)水泥輕質(zhì)砌塊性能相對最優(yōu)的結論。其他鮮少有相關研究，還有較大研究空間。

3 應用前景探究

3.1 主產(chǎn)區(qū)利用現(xiàn)狀單一

青稞秸稈根據(jù)作物生長特性，主要產(chǎn)于青藏、云貴高原，由于產(chǎn)區(qū)受限，秸稈產(chǎn)量較其他作物秸稈較低。秸稈的主要利用途徑有作為燃料、基料、飼料、肥料、原材料，在青稞的主產(chǎn)區(qū)，由于產(chǎn)業(yè)結構的限制及經(jīng)濟發(fā)展相對落后，上述途徑中作為燃料及飼料較為常見。以西藏自治區(qū)為例，以青稞秸稈作為飼料大部分地區(qū)還停留在直接飼用的初級階段，而作為燃料，其能源利用率僅為20%[5]。

3.2 青稞秸稈成分適宜制備纖維水泥基

在制備纖維水泥基材料過程中，青稞纖維能夠充當黏合劑，起到增加黏著強度和抗拉強度的有效成分主要是纖維素（粗纖維、纖維素、半纖維素等），而青稞秸稈的粗纖維、纖維素、半纖維素的含量分別是35.56±2.88%、39.79±0.47%、21.78±0.36%[2]，高含量的纖維成分，有利于青稞秸稈作為水泥基增強材料。

3.3 產(chǎn)出比高

由于國內(nèi)少有對青稞秸稈摻入水泥基后性能研究的具體數(shù)值，故用稻草秸稈類比，水泥基的性質(zhì)改變與秸稈的處理方式及摻和量都有較大關系，以C30普通水泥為例，5%的摻和量能夠獲得最大的改性效果，而且隨著對秸稈處理形狀的改變，其最終效果也有異[6]，而青稞秸稈與稻草秸稈成分對比，后者木質(zhì)素含量16.63%，纖維素含量30.35%[7]，比青稞秸稈有效成分含量少近30%，由此推斷青稞秸稈用作水泥基改性纖維材料的摻量應比稻草秸稈低，利用率更高。

3.4 青稞秸稈在建材應用上的前景

國內(nèi)外對青稞秸稈的研究目前基本局限于青貯、氨化成飼料、生產(chǎn)部分墻體材料和制備活性炭幾個方面，而這些高新技術對青稞秸稈的利用目前仍不到全區(qū)青稞產(chǎn)量的10%。其它像“燃燒”這種傳統(tǒng)的青稞秸稈利用，不僅是對有效資源的極大浪費，又對環(huán)境造成極大的污染，影響生態(tài)平衡。

隨著科學技術的發(fā)展和人們環(huán)保意識的加強，在我國的低海拔地區(qū)，農(nóng)作物的秸稈和其它植物纖維，例如稻草、小麥秸稈、玉米秸稈、棕櫚纖維、劍麻纖維和甘蔗葉纖維等逐漸被用作生產(chǎn)植物纖維增強水泥基材料或植物纖維增強混凝土。該工藝是將農(nóng)作物秸稈和植物纖維加工成一定長度后加入到水泥基或混凝土中，并加入一些外加劑和摻合料后，攪拌澆筑成型而來。經(jīng)大量研究者的研究結果發(fā)現(xiàn)，植物纖維增強水泥基或植物纖維增強混凝土不僅具有輕質(zhì)、保溫、韌性強的特性，還具有環(huán)保和取材方便等優(yōu)點，可以制作保溫墻體材料（小型砌塊、板材）和抹面砂漿保溫層。

但由縱觀國內(nèi)外研究文獻，除金開鋒等將青稞秸稈作為生產(chǎn)少量鎂質(zhì)水泥砌塊的填料外，其它關于青稞秸稈作為原材料應用在現(xiàn)代建材生產(chǎn)上的報道甚少。

經(jīng)研究表明，青稞中的綜纖維含量達70%以上，相對于水稻秸稈和玉米秸稈等一般農(nóng)作物秸稈更大，因而韌性更好，可以預見的是，青稞秸稈加入水泥基后，會大大增加水泥基材料的韌性。水泥作為當今最主要的建筑材料，被廣泛運用于市政、水電、房建工程中，在國家大力發(fā)展建設的階段，我區(qū)未來建設中使用水泥量會進一步攀登新高，在這樣的前景下，研究水泥性能改良是迫切的。

黨的十九大報告指出：“必須樹立和踐行綠水青山就是金山銀山的理念，堅持節(jié)約資源和保護環(huán)境的基本國策”。如果將青稞秸稈加工成尺寸適宜的短纖維狀，加入到水泥漿或砂漿中，制備成青稞秸稈增強水泥基材料，將是一種解決稞秸稈利用的有效途徑之一，既可以將青稞秸稈資源化、高效化、低成本化和無污染化，又能為建筑建材業(yè)創(chuàng)造經(jīng)濟效益，市場潛力大，能夠為青稞主產(chǎn)區(qū)的建筑行業(yè)及環(huán)保產(chǎn)業(yè)帶來豐厚的回報。

4 結論

青稞的主產(chǎn)地主要是欠發(fā)達的青藏、云貴高原地區(qū)，將青稞秸稈作為飼草和燃燒與以極少的摻量改變混凝土特性用于建筑工程的經(jīng)濟產(chǎn)出對比強烈。后者在改變建筑工程能耗，增加其綠色環(huán)保性能的前提下，能夠保證產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟優(yōu)勢，其利用價值顯而易見，建筑行業(yè)的發(fā)展有較大的前景。而利用青稞秸稈自身纖維素含量較高的條件，產(chǎn)地就近的原則，能夠較好地進行青稞秸稈應用于增強水泥基特性的研究。兩相結合，是為今后研發(fā)環(huán)保、節(jié)能的新型建筑材料提供良好的條件，而青稞秸稈增強水泥基的應用，在青稞產(chǎn)量逐年攀升及主產(chǎn)區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的客觀條件下，結合青稞秸稈自身成分優(yōu)勢，以協(xié)調(diào)產(chǎn)區(qū)青稞纖維作為冬季牲畜飼草為前提，將青稞秸稈應用于水泥基復合材料，改善其單一的利用途徑，將有較好的應用前景。