周巧玲 唐阳红 朱续生 何 超 郑 强
（西南科技大学土木工程与建筑学院，四川 绵阳 621010）
【摘 要】农作物废料秸秆是一种韧性材料，工业废料粉煤灰是一种刚性材料，考虑将这两种废弃物结合起来，能够开发出低成本高性能的板材，并且墙体源材料绿色无污染，是一种新型的环保材料。分析了秸秆粉煤灰条板材料的应用现状，发展前景，存在的缺陷以及改进措施。
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关键词 秸秆粉煤灰；条板材料；废物利用
0 引言
我国自古以来便是一个农业大国，主要的粮食作物为稻谷、小麦和玉米，每年我国产出秸秆7亿吨，折合成标煤约为3.5亿吨，相当于7个神东煤田，全部利用可以减排8.5亿吨二氧化碳，相当于2007年全国二氧化碳排放量的1/8。另一方面，随着人们生活水平的改善，秸秆不再是农民能源消费的唯一选择，大量剩余的秸秆被遗弃在田间地头，全国各地露天焚烧秸秆的现象十分普遍，造成了严重的环境污染。目前我国秸秆的主要用途是除少量用于还田、饲料、工业原料、薪柴以及造纸外，大多的秸秆都被露天焚烧，不仅造成了严重的资源浪费，而且造成了生态环境的破坏。
同时，我国近些年工业大力发展，产生了大量的工业废渣，其中粉煤灰的比例很大，对环境造成了极其恶劣的影响。粉煤灰是从煤粉炉排出的烟气中收集到的细颗粒粉末，是工业“三废”之一，目前我国年排放粉煤灰约为11000万吨，利用率却仅为42%，随着工业的发展，粉煤灰排放量还将逐年大幅增加。目前，粉煤灰在我国建材工业中的应用主要有：路基填充材料、墙体材料、粉煤灰水泥和混凝土掺和料等，虽然这些措施能够处理部分粉煤灰，但利用率低，没有充分发挥粉煤灰的作用。
因此，如何充分利用秸秆和粉煤灰的问题具有重大的意义。秸秆粉煤灰建筑材料的出现为解决这个问题提供了可能，而且有利于环境保护和可持续发展，对国家“节能减排”，“循环经济”，“环境和谐”，“利废经济”等重大国策的实现起到实效的促进作用。
1 秸秆纤维建筑材料
1.1 秸秆纤维基环保节能墙体材料
秸秆纤维基环保墙体材料主要是利用农作物秸秆为主要原料配以加强材料和黏合材料在反应池里经物理反应和化学反应脱模后自然凝固形成的。主要分为秸秆纤维水泥基复合墙体材料以及不含传统水泥的秸秆纤维基复合墙体材料。
秸秆纤维水泥基复合墙体，是以秸秆、粉煤灰、水泥为主要原料配以各种外加剂而制成的一种新型复合节能墙体材料。肖力光[1]在普通的秸秆纤维水泥基复合墙体的基础上进一步讨论了秸秆纤维和高分子聚合乳液对复合墙体材料性能的影响，)还对利用秸秆制成的水泥基墙体材料进行了实验研究，得到了具有轻质、高强、保温性能好、吸水率低、抗冻融性能高、防火、防水、防虫鼠害及环保节能的轻体保温砌块，该保温砌块成本低廉，能够满足北方寒冷地区单一墙体材料节能50%（按240mm厚墙体计算）的要求。[2]随后他们也探讨了秸秆纤维对低碱水泥基材料阻裂性能的影响，发现当秸秆纤维的掺入量超过0.5%时砂浆基本不产生裂缝，表明一定量的秸秆纤维的掺入对低碱水泥砂浆具有很好的阻裂效果。[3]杜太生等[4]对类似的水泥基墙体材料的弹性模量、干收缩值等进行了实验测定，建立了混凝土单元无配筋、混凝土单元有配筋、混凝土单元与钢丝网单元联合作用的3种有限元模型，为这类新型墙体材料在实际工程中的应用提供了依据。马捷等[5]计算了秸秆基建筑保温材料的年节能量,并与等量秸秆用作燃料释放的热量进行了对比；而且对秸秆基建筑保温材料和发泡聚苯乙烯材料生产过程中的能耗排放量和经济性也进行了对比分析。
不含传统水泥的秸秆纤维基复合墙体材料，以秸秆纤维为主要原料辅以适量的胶黏剂和增强剂，严格按照一定配方经改性处理加工制成。例如曹永敏、张兴福等[6]人研究的大掺量粉煤灰和秸秆粉镁质复合墙板，对镁质复合墙板的综合心能进行了测试。南京农业大学的付菁菁[7]研制了一种麦秸秆-粉煤灰/PP发泡复合保温材料，该类墙体材料主要是将麦秸秆粉、粉煤灰与PP粉料置于搅拌机中拌合，将混合物盛入模具后置于平板硫化机热压成型，脱模后加工成所要求性能测试的尺寸，然后对热导系数、表观密度进行了分析，对力学性能（压缩强度、拉伸强度、弯曲强度、冲击强度等）、吸水性能进行了测试，并对保温材料切割断面的微观结构进行了观察。在此新型材料的研制中，还考虑了模压时间、压力、温度以及原材料的比例等对其性能的影响。
1.2 秸秆纤维泡沫混凝土材料
秸秆纤维泡沐混凝土材料主要是将植物秸秆纤维自重轻、保温性能好、减少噪音污染的特点与泡沫混凝土密度小、保温性能好、隔音效果好、调节室内湿度等优点相结合，优劣互补，形成的建筑材料。孙令鹏等[8]研制的秸秆纤维水泥基泡沫保温材料，在试验中研究了水泥掺量、水胶比、纤维率和气泡掺量对掺入大量秸秆纤维的泡沫混凝土的干表观密度、抗压强度、吸水率和导热系数的影响，确定了掺入大量秸秆纤维的泡沫混凝土的最佳配合比，并研究了水泥种类和不同养护条件下对其抗压强度的影响。王立久等[9]人对植物纤维生产水泥基泡沫保温墙体材料的研究，以发泡混凝土为基础，在其中加入大掺量农作物秸秆纤维，作为轻集料芯材，两面加上磷酸镁水泥或者碱矿渣水泥面板，形成三明治结构的外墙体材料，使产品轻质保温，植物纤维的掺入关键是起到稳泡增韧作用。该试验用明胶乳液对纤维表面进行了防水处理，显著降低了纤维的吸水率，提高了其在水泥基材料中的耐碱侵蚀性和抵抗微生物对其解聚的能力。这是与传统的水泥基植物秸秆填料相比的不同点。
1.3 内填充农作物秸秆保温墙体材料
内填充农作物秸秆墙体材料主要是将经过由防火、防虫、防霉和防水剂等组成的秸秆表面处理液，对秸秆采用喷淋的方式进行表面处理，然后将秸秆经过加压成型后作为芯材填充到各种空心砌块中形成，包括内填充秸秆的粉煤灰砌块和秸秆轻质保温墙板。这类墙体材料充分利用秸秆导热系数小的优点，大幅的提高了墙体的保温性能。蒋连接，李庆录等[10]对内填充农作物秸秆的粉煤灰砌块做了有关保温墙体热工性能研究，研究表明，粉煤灰空心砌块墙体的传热系数远远高于设计规范中规定的参数要求，达不到建筑节能的要求，而内填充玉米秸秆粉料的粉煤灰砌块保温墙体的传热系数相比于普通粉煤灰空心砌块墙体减小了55.8%，与工程中广泛应用的加气混凝土砌块墙体的传热系数相近，能大幅度地提高墙体的保温性能，达到自保温要求。黄旭光、李强[11]等对水泥基秸秆粉煤灰填芯砌块做了有关研究，研究证明，水泥基秸秆粉煤灰夹芯砌块具有优良的保温隔热、阻燃、防蛀、防水、无毒无味、轻质、抗真菌侵蚀、强度较高等性能。而且其墙体保温性能能达到节能50%的使用效果。与同等厚度的红砖墙相比，热阻大大提高，是一种优良的保温节能材料。对于内填充农作物秸秆的秸秆轻质保温墙板硬化快、强度高、质量轻、易于搬运安装，具有隔声、防虫、防腐、防火、防潮、防水性好等特点，最重要的是其导热系数小，大幅度地提高了墙体的保温性能，是良好的墙体材料。
2 大掺量粉煤灰混凝土
大掺量粉煤灰混凝土（HFCC），是把粉煤灰看作混凝土的一个独立组份，以粉煤灰为主要原料，据工程设计的要求，来配制混凝土。肖力光等[12]对，大掺量粉煤灰泡沫混凝土砌块做了研究，探讨了粉煤灰的处理工艺，各种外加剂对大掺量粉煤灰泡沫混凝土的影响，以及其经济效益，得出了该砌块具有容重轻、强度高、保温隔热性能好、导热系数小、抗冻性、抗碳化性能高、粉煤灰掺量大、成型方便、工艺简单、投资小、见效快等优点，是一种较为理想的保温节能墙体材料。同时武汉理工大学的郑念念[13]等也对大掺量粉煤灰泡沫混凝土的性能做了比较系统的测试，测试得出，粉煤灰和聚丙烯纤维的掺入，对泡沫混凝土的干燥收缩均有较好的抑制作用，与一般的泡沫混凝土相比，大掺量混凝土泡沫混凝土具有轻质高强的特点，而对比加气混凝土，在节省了蒸压养护这一工序的同时，更能节约能源,对实现资源的可循环利用、降低建筑能耗、实现可持续发展等具有重要现实意义。邱军付，罗淑湘等[14]，在合理优化各相关参数以后，制备了粉煤灰掺量大于45%，干表观密度200kg/m3的性能基本满足外墙保温制品的要求的泡沐混凝土保温板，也通过掺入适量的粉煤灰激活剂有效的解决制品早期强度偏低现象，以及通过调整水灰比制得性能较为理想的泡沫混凝土。
3 秸秆粉煤灰条板利用的可能性
秸秆或者是粉煤灰分别制备板材和建材的方法．国内外已经报道了许多专利与非专利技术、通用的方法是经过不同材料比例的物理共婚，模压而成．这类板材共同的缺点是防水性很差。秸秆是一种韧性材料，粉煤灰是一种刚性材料，考虑将这两种废弃物结合起来，能够开发出低成本高性能的板材，粘合压板技术工艺制备板材，防水性差是实施的瓶颈问题，秸秆的主要成分是粗纤维和无氮浸出物，粉煤灰的主要组分为硅铝酸盐，这两种材料的表面均含有自由羟基，如果采用传统的制得的板材，从物质结构理论上分析，是靠物理吸附与部分氢键的集合形成，在水的存在下，物质组分很容易离散，难以防水。针对物质结构分析，采用材料界面接枝技术与半互穿聚合物网络工艺来解决材料涨缩现象，使其具有优越的防水、耐腐蚀、抗冲击性、隔音与防虫等效果。另一方面，墙体材料完全不含有甲醛，是一种新型环保材料，乡村秸秆资源丰富，为墙体生产提供了丰富的原材料。通过秸秆、粉煤灰与粘合剂的比例，调节板材厚度与强度，用于制备农房轻质墙体是名副其实的纯天然绿色材料。
4 结语
目前在各类与秸秆、粉煤灰材料相关的建筑材料中，主要是秸秆制做的墙材、大掺量粉煤灰混凝土或者秸秆粉煤灰保温砌块等，将二者相结合可制作性能更加优良的材料，目前研究应用尚处起步阶段，制成条板或者秸秆粉煤灰混凝土用于填充墙体，自重轻施工速度快，且达到了变废为宝，保护环境，绿色生态的目的，其必将有广阔的发展前景。
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参考文献
［１］肖力光,赵露,陈景义.利用秸秆制造新型复合节能墙体材料的可行性研究[J].吉林建筑工程学院学报,2004,21(2):1.
［２］肖力光,李晶辉,周宝玉等.秸秆环保节能材料性能研[J].吉林建筑工程学院学报,2008,25(2):1.
［３］肖力光,李丽飞,李晶辉,等.秸秆纤维对低碱水泥基材料阻裂性能的影响[J].吉林建筑工程学院学报,2009,26(1):1.
［４］杜太生，吉瑞林.新型轻质墙体材料的性能测试和有元分析[J].郑州大学学报:工学版,2002,23(4):68.
［５］马捷,王垚,金涌.秸秆基建筑保温材料的节能减排分析[J].生态与农村环境学报,2010,26(5):430.
［６］曹永敏,张兴福,崔洪涛,等.大掺量秸秆和粉煤灰镁质复合墙板的研究[J].新型建筑材料,2010,01.
［７］付菁菁.麦秸秆-粉煤灰/PP发泡复合保温材料制备性能研究[D].南京农业大学，2013.
［８］孔令鹏,孙家瑛,李东.浙江大学宁波理工学院绿色建材与废弃物资源化研究中心,农作物秸秆弃物制备新型墙体材料的研究[J].四川建筑科学研究,2014,02.
［９］王立久,慕木兰.植物纤维生产水泥基泡沫保温墙体材料的研究[J].混凝土,2010,03:61-62,66.
［１０］蒋连接,李庆录,苗恒亚,刘欢,杜冰,王亮,赵蕾蕾.内填充农作物秸秆的粉煤灰砌块保温墙体热工性能研究[J].新型建筑材料,2010:51-53.
［１１］黄旭光,付强,赵鸿,李玉伟.水泥基秸秆粉煤灰填芯砌块的研究与应用[J].砖瓦,2013:54-56.
［１２］肖力光,王晓彪.大掺量粉煤灰泡沫混凝土砌块的研究[J].吉林建筑工程学院学报,2002:1-6.
［１３］郑念念,等.大掺量粉煤灰泡沫混凝土的性能研究[J].武汉理工大学学报,2009.
［１４］邱军付,等.大掺量粉煤灰泡沫混凝土保温板的试验研究[J].硅酸盐通报,2013:97-98.
［责任编辑：邓丽丽］