摘要：無(wú)機(jī)膠凝材料基秸稈建材指以無(wú)機(jī)膠凝材料，如水泥、鎂水泥、硅酸鈣、石膏等為膠黏劑，秸稈和工業(yè)廢棄物為原材料，添加功能材料和強(qiáng)化材料，經(jīng)一定配比組合，獲得具有防火阻燃、耐水耐酸堿、抗沖擊抗老化等特點(diǎn)的一類(lèi)新型建材。本文介紹了該種建材在我國(guó)的發(fā)展及應(yīng)用，并對(duì)現(xiàn)階段存在問(wèn)題進(jìn)行了分析。
關(guān)鍵詞：秸稈 無(wú)機(jī)膠凝材料 秸稈建材
中圖分類(lèi)號(hào) TU528
0 前言
秸稈是成熟農(nóng)作物莖葉部分的總稱(chēng)，常指小麥、水稻、玉米、棉花等農(nóng)作物在收獲籽實(shí)后的剩余物。光合作用產(chǎn)物有一半以上存在于秸稈中，秸稈富含氮、磷、鈣、鎂等，是一種多用途可再生資源。我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，擁有豐富的秸稈資源，每年各種農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量高達(dá)6億多噸，其中玉米稈15864萬(wàn)噸，稻草14247萬(wàn)噸，麥秸8694萬(wàn)噸，大豆稈5533萬(wàn)噸，棉花稈4146萬(wàn)噸。目前秸稈資源主要用于燃料、飼料、肥料及工業(yè)原料，就此而言利用率也僅20%左右。
秸稈的特質(zhì)使秸稈可以做建筑材料中一種高效長(zhǎng)遠(yuǎn)的有效資源[1-6]。首先它是可再生且再生周期短的材料，農(nóng)作物遍及我國(guó)東西南北，因此原料有量大面廣、價(jià)格低廉的特點(diǎn)；其次秸稈組成成分中有較大含量SiO2，因此提高了防水性和耐久性；再次秸稈是節(jié)能性原料和綠色環(huán)保性材料；最后其容重輕，堆積密度在0.1～0.25g/cm3，具有工業(yè)灰渣等各種輕質(zhì)原料所無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)和性能。
秸稈建材[7-11]是指以農(nóng)作物秸稈為原材料，添加輔助材料和強(qiáng)化材料，經(jīng)一定配方，生產(chǎn)出的一類(lèi)新型建筑材料。按照其采用的膠凝材料不同可分為兩大類(lèi)：其一是有機(jī)膠凝材料基秸稈建材，主要是合成樹(shù)酯類(lèi)如：脲醛樹(shù)脂膠、酚醛樹(shù)脂膠、三聚氰胺樹(shù)脂膠、不飽和聚酯膠等。其二為無(wú)機(jī)膠凝材料基秸稈建材如水泥、鎂水泥、硅酸鈣、石膏等。
1無(wú)機(jī)膠凝材料基秸稈建材
無(wú)機(jī)膠凝材料基秸稈建材是指[12-18]以無(wú)機(jī)膠凝材料，如水泥、鎂水泥、硅酸鈣、石膏等為膠黏劑，以秸稈和工業(yè)廢棄物為原材料添加輔助材料和強(qiáng)化材料，經(jīng)一定配方，生產(chǎn)出具有防火阻燃、耐水耐酸堿、抗沖擊抗老化等特點(diǎn)的一類(lèi)新型建材。且許多產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝不需鍛燒、蒸壓、水浸，生產(chǎn)過(guò)程中沒(méi)有廢水、廢氣、廢渣排出，省電、省水、節(jié)約能源。無(wú)機(jī)膠凝材料基秸稈建材就是在傳統(tǒng)無(wú)機(jī)建材中加入秸稈，以達(dá)到改善提高材料某些性能的目的。生產(chǎn)中最多見(jiàn)的產(chǎn)品就是用秸稈生產(chǎn)輕質(zhì)隔墻板。
此類(lèi)產(chǎn)品有以下特點(diǎn)：防火、防水、防震、防凍、隔音和抗老化；可取代紅磚，減輕墻體負(fù)荷，與板材、磚石、水泥粘結(jié)牢固；強(qiáng)度高，韌性好，材質(zhì)輕，降低建筑物自重，增加建筑面積10％，減少工程造價(jià)10％；裝修時(shí)可鋸、刨、鉆、打孔不變形，可刷、噴、涂、漆；安裝施工方便，整體內(nèi)空，便于穿埋管線(xiàn)；施工速度比磚砌墻快，可以減少成倍的人工費(fèi)用。與其它板材相比優(yōu)勢(shì)明顯，表1列出了秸稈輕質(zhì)墻板與其它板材的性能對(duì)比。
2無(wú)機(jī)膠凝材料基秸稈建材種類(lèi)
2.1 水泥為膠黏劑
中國(guó)建筑材料科學(xué)研究院的崔玉忠和崔琪[12-14]研究以水泥為基材的秸稈建材，根據(jù)加工后秸稈不同形態(tài)生產(chǎn)其適合的條板，包括多孔條板、實(shí)心板和夾心板。
其中多孔板的生產(chǎn)工藝[15]是將水泥、砂、粉煤灰、麥秸稈、有機(jī)摻料投入攪拌機(jī)加水?dāng)嚢杈鶆?，再逐漸加入碎麥秸稈直至麥秸稈均勻分散，再二次加入剩余水和有機(jī)摻料，攪拌澆注穿芯管再振動(dòng)密實(shí)脫模成型。水泥多孔板是常見(jiàn)的建筑板材，在這種板材中加入秸稈可以是多孔板變得更加輕質(zhì)，而這種工藝對(duì)于其它秸稈建材來(lái)講，它的特點(diǎn)是秸稈不用處理，只需簡(jiǎn)單碾壓、切斷、粉碎就可以直接應(yīng)用于水泥條板之中。但目前這種板材中秸稈的摻量只能提高到8％左右。
2.2 鎂水泥為膠黏劑
氯氧鎂水泥是一種氣硬性的膠凝材料，它凝結(jié)硬化快，堿度較低，對(duì)纖維腐蝕性小，與無(wú)機(jī)纖維和有機(jī)植物纖維能很好地粘接，強(qiáng)度高，成型加工方便，不燃燒，是一種很有前途地膠凝材料。以這種膠凝材料和秸稈為原料，在常溫常壓養(yǎng)護(hù)條件下生產(chǎn)的一種新型氯氧鎂水泥制品，價(jià)格低、質(zhì)量輕、安裝方便、能耗低、無(wú)毒無(wú)污染，屬于綠色墻體材料[16-19]。
這種新型氯氧鎂水泥制品混合料的攪拌[20]要用間歇式攪拌機(jī)，時(shí)間控制在3min以?xún)?nèi)。投料順序：依次粉煤灰、氧化鎂、外加劑、減水劑、玻璃纖維和秸稈屑先后順序投料，并加入全部氯化鎂溶液進(jìn)行攪拌。采用平模振動(dòng)成型，時(shí)間控制在3min～5min，成型后在常溫下養(yǎng)護(hù)24h即可脫模。
2.3 硅酸鈣為膠黏劑
這類(lèi)板材是將活性碳酸鈣和化學(xué)改性劑用水調(diào)制成一定波鎂度的粘結(jié)劑組合物，再將10～30％的該粘結(jié)劑組合物、50～70％的農(nóng)作物秸稈粉以及2～25％的含有硅酸季銨粉末的輔助材料的原料混合，再經(jīng)打漿機(jī)充分打漿、注模、凝聚和脫模后養(yǎng)護(hù)而制成硅鈣植物纖維輕體墻板。
這種方法生產(chǎn)的硅鈣植物纖維輕體墻板強(qiáng)度大、韌性好、不返鹵，同時(shí)提高了農(nóng)作物秸稈粉的摻入比例。
3無(wú)機(jī)膠凝材料基秸稈建材生產(chǎn)方法
作為生產(chǎn)方法按秸稈與采用的膠凝材料種類(lèi)以及含水率大小，可分為：半干法擠壓成型、真空壓力擠出成型、半干法平壓成型、澆注模具成型等方法[21-25]。
3.1半干法擠壓成型
將膠凝材料與活性工業(yè)固體廢棄物輕集料與含有外加劑的水，均勻攪拌成半干性混合料在擠壓機(jī)內(nèi)擠壓成型。擠壓機(jī)的擠出方式有螺旋擠壓、推板擠壓、芯模加振擠壓等。擠壓成型條板工藝特點(diǎn)是集料為半干性混合料，制品收縮率較模具成型要低；擠壓成型條板密實(shí)度較高。
擠壓成型可以在集料中加入短纖維，長(zhǎng)度通常在6～12mm，纖維可以是秸稈纖維、玻璃纖維、維綸纖維、PP纖維，也可用連續(xù)纖維或5～6mm左右的鋼絲作為增強(qiáng)，纖維束和鋼絲可置于擠壓成型機(jī)中，與硅酸鹽水泥和集料共同擠壓成型。
3.2 真空壓力擠出成型
采用普通硅酸鹽水泥或硅鎂水泥為膠凝材料，外摻工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物：粉煤灰、石粉、礦渣、秸稈、合成纖維等為增強(qiáng)填充料，適量的增塑劑和水，經(jīng)攪拌、捏合在真空擠出成型機(jī)內(nèi)，經(jīng)真空排氣并在螺桿的高擠壓力與高剪力的作用下，由?？跀D出而形成的具有多種斷面的條形板材。
真空壓力擠出成型的特點(diǎn)是：制品質(zhì)地均勻，表面平整，密度高，強(qiáng)度高；可以更換機(jī)頭?？?，即可生產(chǎn)各種斷面的產(chǎn)品，板材的空洞可是方形，矩形，圓形，空洞率可在50%～65%；被擠出料具有可塑性，含水率低，收縮率小，不僅可做內(nèi)隔墻，還可做外墻，有十分良好的建筑功能。
3.3 半干法平壓成型
半干法工藝系指在混合料中加入少量?jī)H能滿(mǎn)足膠凝材料水化所需的水和混合組分中的吸附水，使混合料為半干硬性料，通過(guò)機(jī)械鋪裝等工藝處理形成的板坯在受壓狀態(tài)下，完成膠凝材料與增強(qiáng)纖維或刨花的固結(jié)。
半干法生產(chǎn)工藝之所以能被較廣泛的接受，其原因是該工藝節(jié)能、節(jié)水、無(wú)廢水排放，由于在受壓下完成材料的固結(jié)硬化，因而制品具有密實(shí)、強(qiáng)度高、吸水率低、尺寸穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，該工藝較為典型的是水泥刨花板的生產(chǎn)。
3.4 澆注模具成型
澆注模具成型對(duì)澆注的集料要有流動(dòng)性，其集料液／固比值在0.41～0.51之間，澆注的方式有手工成型、
平模成型和立模成型，作為增強(qiáng)的材料多用抗堿玻璃纖維網(wǎng)格布或秸稈纖維，對(duì)于玻璃網(wǎng)格可采用平鋪、掛網(wǎng)和張網(wǎng)成型。
表2從拌料方法、成型方法、工藝特點(diǎn)、產(chǎn)品特點(diǎn)概括了秸稈板材的四種不同生產(chǎn)方法。
4無(wú)機(jī)膠凝材料秸稈基建材前景及局限
無(wú)機(jī)膠凝材料基秸稈建材有以“節(jié)能環(huán)?！睘楹诵牡囊幌盗袃?yōu)點(diǎn)，發(fā)展前景十分廣闊：在北京舉行的第六屆創(chuàng)業(yè)中國(guó)高峰論壇中，以秸稈綜合利用的創(chuàng)業(yè)技術(shù)產(chǎn)品中出現(xiàn)了許多新品種，從秸稈彩瓦到秸稈防火板材，它們的經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、耐用、隔熱、隔音等方面無(wú)一不呈現(xiàn)出讓傳統(tǒng)高端建材相形見(jiàn)絀的氣勢(shì)，豐富與擴(kuò)充秸稈類(lèi)生物質(zhì)建材內(nèi)涵，提高了該類(lèi)建材制品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。前不久，秸稈防火板材更是被奧運(yùn)場(chǎng)館的“鳥(niǎo)巢”項(xiàng)目所采用。傳統(tǒng)印象中屬于“草根”的秸稈建材已轉(zhuǎn)型為高貴、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)的新一代產(chǎn)品。但是目前該類(lèi)建材還存在以下問(wèn)題需要解決：
?。?）產(chǎn)品價(jià)格缺乏競(jìng)爭(zhēng)力
一些地區(qū)，作為秸稈原料平均收購(gòu)價(jià)每噸在150～200元。作為麥秸而言，其可用部分僅為莖稈和葉梢，兩者之和不足80%，在生產(chǎn)中加上損耗，實(shí)際利用率僅為59%，這樣秸稈用在生產(chǎn)上成本要達(dá)到250～300元，與木材為原料相比就沒(méi)有多少優(yōu)勢(shì)可言了[26-28]。
（2）產(chǎn)品質(zhì)量有待提高
與其它墻體材料相比，摻加秸稈粉的板材由于秸稈與膠凝材料之間的粘結(jié)問(wèn)題，表面的秸稈會(huì)影響整個(gè)板材的成型和外觀(guān)，另外秸稈的加入改變了制品內(nèi)部的孔結(jié)構(gòu)。以鎂水泥秸稈制品為例[29-30]，目前全國(guó)90%的鎂水泥秸稈建材產(chǎn)品存在多氣泡、變形、粉化等技術(shù)問(wèn)題。
?。?）設(shè)備專(zhuān)業(yè)化程度低
對(duì)秸稈纖維的特殊處理，諸如：除皮、除髓芯、脫蠟等專(zhuān)業(yè)化處理考慮不夠完善，大多沿用了生產(chǎn)木材為原料的人造板設(shè)備，缺乏針對(duì)秸稈加工的特殊性和制造的特殊性要求。
?。?）政策導(dǎo)向和傳統(tǒng)觀(guān)念影響
以農(nóng)業(yè)秸稈為原料生產(chǎn)建筑板材沒(méi)有給予像增值稅退稅等優(yōu)惠政策，從而影響了部分生產(chǎn)企業(yè)的積極性。再者消費(fèi)者看到的是秸稈簡(jiǎn)單替代木屑，在質(zhì)量或者工作性能上沒(méi)有進(jìn)步，所以寧可購(gòu)買(mǎi)原有產(chǎn)品，也不愿相信這種替代品。
參考文獻(xiàn)
1 鄒惟前，鄒菁 利用固體廢棄物生產(chǎn)新型建筑材料 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 2004，18
2 陸仁書(shū) 纖維板制造學(xué) 北京 中國(guó)林業(yè)出版1991，35
3 張德衍 利用廢棄木質(zhì)材料制作刨花板 林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備 2000，28（9）
4 Bob Falk. Opportunities for the Woodwaste Resource. Forest Products Fournal, 1997, 47（6）
5 David C Smith. The Generation and Unilization of Residuals From Compositepanel Roducts. Forest Products Fournal, 2004, 54（2）
6 Grigoriou A H. Waste paper-wood composites bonded with isocyanate. Wood Science and Technology Journal of the International Academy of Wood Science. Spinger-Verlag, 2003，51
7 劉賀梅，趙科選 農(nóng)作物農(nóng)業(yè)秸稈可持續(xù)綜合利用發(fā)展 河南農(nóng)業(yè)2006（6）：37
8 于文吉 生物質(zhì)資源農(nóng)作物秸稈應(yīng)用于人造板工業(yè)的可行性分析 木材工業(yè) 2006（2）：23
9 陳琳，孫琦，周定國(guó) 我國(guó)人造板工業(yè)發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)與原料創(chuàng)新研究 林業(yè)科技2005年9月30卷（5）：72
10 鄒海明 農(nóng)業(yè)秸稈資源化利用途徑探討農(nóng)業(yè)與技術(shù)2005年10月（5）：78
11 封莉，劉俊峰等 秸稈生物質(zhì)資源利用途徑及相應(yīng)技術(shù) 農(nóng)機(jī)化研究 2004（6）：193
12 崔玉忠，崔琪 植物秸稈水泥條板及成組立模生產(chǎn)技術(shù) 新型墻材 2006，8
13 Shen Rongxi，Cui Qi，Cui Yuzhong Glass Fibre Reinforced Sulphoaluminate Cement-A Substitute for Asbestos Cement In: Bhanumathidas N，Kalidas N eds. Proceedings of Second International Symposium on Concrete Technology for Sustainable Development with Emphasis on Infrastructure. Feb. 27-Mar.3, 2005 Hyderabad, India. 349
14 沈榮熹 纖維水泥制品工業(yè)的現(xiàn)狀、動(dòng)向及展望 北京：中國(guó)建材工業(yè)出版社，2000，13
15 沈榮熹，崔琪，李清海 新型纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料 北京：中國(guó)建材工業(yè)出版社，2004，100
16 黃華大 秸稈鎂質(zhì)水泥輕質(zhì)條板的生產(chǎn)及應(yīng)用 墻材革新與建筑節(jié)能 2002，4
17 江嘉運(yùn)，肖力光 用氯氧鎂水泥和秸稈生產(chǎn)輕質(zhì)空心條板 混凝土與水泥制品 2004，3
18 繆建華，賈一春 高強(qiáng)鎂質(zhì)復(fù)合墻體材料的研究 江蘇建筑 2004，1
19 趙祥，李嘉華 改性氯氧鎂水泥吸聲保溫板在建筑節(jié)能中的應(yīng)用 保溫材料與建筑節(jié)能 2004，3
20 馬超良 氯氧鎂水泥植物纖維墻板工藝改進(jìn)與新產(chǎn)品開(kāi)發(fā) 建材工業(yè)信息 2005，1
21 黃承逵 纖維混凝土結(jié)構(gòu)北京：機(jī)械工業(yè)出版社 2004，23
22 葉啟漢 纖維水泥制品行業(yè)論文選集（1995－1999）北京：中國(guó)建材工業(yè)出版社 1999，121
23 Balaguru P N, Shah S P. Fiber-Reinforced Cement Composites. New York: McGraw-Hill, Inc, 1992，17
24 Johnston C D. Fiber-Reinforced Cements and Concrete. Canada: Gordon and Breach Science Publishers, 2001，69
25 Majumdar A J, Laws V. Glass Fiber Rernforced Cement. Oxford: BSP Professional Books, 1991，10
26 馬紅霞，王天佑等農(nóng)作物秸稈人造板發(fā)展現(xiàn)狀與前景 木材工業(yè) 2005，7 ，19（4）：5
27 肖力光，趙露 秸稈制造新型復(fù)合節(jié)能墻體材料可行性研究吉林建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)2004，6，2（21）：2
28 樊菲，周美華 實(shí)現(xiàn)秸稈工業(yè)原料資源化利用中國(guó)資源綜合利用 2004（4）：13
29 吳金焱，朱書(shū)全 氯氧鎂水泥及其制品的研發(fā)進(jìn)展中國(guó)非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊 2006，1
30 涂平濤 菱鎂材料及制品標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)問(wèn)題分析及商榷 磚瓦 2005，5
