青稞秸秆增强水泥基复合材料的应用前景探究

李萨

（西藏职业技术学院建筑工程学院 西藏拉萨 850000）

1 引言

青稞作为青藏高原主要作物之一，自2015年来年产量逐年增加。根据西藏自治区农业部门相关统计数据显示，2017年西藏自治区青稞产量79.5万t，2018年有望突破80万t[1]。青稞产量的大幅提升，使得青稞秸秆的处理和利用有了更多的可能和方向。目前青稞秸秆的利用途径较为单一，主要是作为高原牧区冬季牲畜的饲料使用，而在一部分地区则作为燃料进行燃烧，从碳排放量及空气质量等方面考虑，造成了一定的环境污染及资源浪费[2]。在这种情况下，将青稞秸秆制备为适用于建筑工程的混凝土水泥基，将是对青稞秸秆再利用的一个新思路。

2 青稞秸秆纤维增强水泥基应用现状

2.1 植物纤维应用现状

应用植物纤维为原料进行建材改性由来已久。James Haidie公司推出高强度、不翘曲、不腐烂、不受白蚁影响的植物纤维水泥外墙挂板，具有较大的市场；日本东京A&A公司用竹子纤维制备出高强度的混凝土产品；国内也有厂家利用植物纤维研制出吸水、轻质、高强的水泥，可有效地保护水边生态[4]，而作物秸秆作为纯天然可降解材料，以及其自身纤维含量及强度的特性，能够很好地作为可提取植物纤维的水泥基增强材料。

2.2 青稞秸秆纤维用于水泥基掺合料的研究现状

国内针对单一植物纤维水泥基掺合料的研究中，以青稞秸秆作为主要材料的研究较少。金开峰等[3]以玉米、水稻、青稞秸秆作为填料，对改善镁质水泥制品在耐水性、返卤、翘曲变形等问题上进行了改进研究，得出青稞秸秆镁质水泥轻质砌块性能相对最优的结论。其他鲜少有相关研究，还有较大研究空间。

3 应用前景探究

3.1 主产区利用现状单一

青稞秸秆根据作物生长特性，主要产于青藏、云贵高原，由于产区受限，秸秆产量较其他作物秸秆较低。秸秆的主要利用途径有作为燃料、基料、饲料、肥料、原材料，在青稞的主产区，由于产业结构的限制及经济发展相对落后，上述途径中作为燃料及饲料较为常见。以西藏自治区为例，以青稞秸秆作为饲料大部分地区还停留在直接饲用的初级阶段，而作为燃料，其能源利用率仅为20%[5]。

3.2 青稞秸秆成分适宜制备纤维水泥基

在制备纤维水泥基材料过程中，青稞纤维能够充当黏合剂，起到增加黏着强度和抗拉强度的有效成分主要是纤维素（粗纤维、纤维素、半纤维素等），而青稞秸秆的粗纤维、纤维素、半纤维素的含量分别是35.56±2.88%、39.79±0.47%、21.78±0.36%[2]，高含量的纤维成分，有利于青稞秸秆作为水泥基增强材料。

3.3 产出比高

由于国内少有对青稞秸秆掺入水泥基后性能研究的具体数值，故用稻草秸秆类比，水泥基的性质改变与秸秆的处理方式及掺和量都有较大关系，以C30普通水泥为例，5%的掺和量能够获得最大的改性效果，而且随着对秸秆处理形状的改变，其最终效果也有异[6]，而青稞秸秆与稻草秸秆成分对比，后者木质素含量16.63%，纤维素含量30.35%[7]，比青稞秸秆有效成分含量少近30%，由此推断青稞秸秆用作水泥基改性纤维材料的掺量应比稻草秸秆低，利用率更高。

3.4 青稞秸秆在建材应用上的前景

国内外对青稞秸秆的研究目前基本局限于青贮、氨化成饲料、生产部分墙体材料和制备活性炭几个方面，而这些高新技术对青稞秸秆的利用目前仍不到全区青稞产量的10%。其它像“燃烧”这种传统的青稞秸秆利用，不仅是对有效资源的极大浪费，又对环境造成极大的污染，影响生态平衡。

随着科学技术的发展和人们环保意识的加强，在我国的低海拔地区，农作物的秸秆和其它植物纤维，例如稻草、小麦秸秆、玉米秸秆、棕榈纤维、剑麻纤维和甘蔗叶纤维等逐渐被用作生产植物纤维增强水泥基材料或植物纤维增强混凝土。该工艺是将农作物秸秆和植物纤维加工成一定长度后加入到水泥基或混凝土中，并加入一些外加剂和掺合料后，搅拌浇筑成型而来。经大量研究者的研究结果发现，植物纤维增强水泥基或植物纤维增强混凝土不仅具有轻质、保温、韧性强的特性，还具有环保和取材方便等优点，可以制作保温墙体材料（小型砌块、板材）和抹面砂浆保温层。

但由纵观国内外研究文献，除金开锋等将青稞秸秆作为生产少量镁质水泥砌块的填料外，其它关于青稞秸秆作为原材料应用在现代建材生产上的报道甚少。

经研究表明，青稞中的综纤维含量达70%以上，相对于水稻秸秆和玉米秸秆等一般农作物秸秆更大，因而韧性更好，可以预见的是，青稞秸秆加入水泥基后，会大大增加水泥基材料的韧性。水泥作为当今最主要的建筑材料，被广泛运用于市政、水电、房建工程中，在国家大力发展建设的阶段，我区未来建设中使用水泥量会进一步攀登新高，在这样的前景下，研究水泥性能改良是迫切的。

党的十九大报告指出：“必须树立和践行绿水青山就是金山银山的理念，坚持节约资源和保护环境的基本国策”。如果将青稞秸秆加工成尺寸适宜的短纤维状，加入到水泥浆或砂浆中，制备成青稞秸秆增强水泥基材料，将是一种解决稞秸秆利用的有效途径之一，既可以将青稞秸秆资源化、高效化、低成本化和无污染化，又能为建筑建材业创造经济效益，市场潜力大，能够为青稞主产区的建筑行业及环保产业带来丰厚的回报。

4 结论

青稞的主产地主要是欠发达的青藏、云贵高原地区，将青稞秸秆作为饲草和燃烧与以极少的掺量改变混凝土特性用于建筑工程的经济产出对比强烈。后者在改变建筑工程能耗，增加其绿色环保性能的前提下，能够保证产业经济优势，其利用价值显而易见，建筑行业的发展有较大的前景。而利用青稞秸秆自身纤维素含量较高的条件，产地就近的原则，能够较好地进行青稞秸秆应用于增强水泥基特性的研究。两相结合，是为今后研发环保、节能的新型建筑材料提供良好的条件，而青稞秸秆增强水泥基的应用，在青稞产量逐年攀升及主产区经济发展的客观条件下，结合青稞秸秆自身成分优势，以协调产区青稞纤维作为冬季牲畜饲草为前提，将青稞秸秆应用于水泥基复合材料，改善其单一的利用途径，将有较好的应用前景。