秸秆有机废弃物应用于建筑材料的研究现状

白翔宇 桂 超

（新乡学院 土木工程与建筑学院，河南 新乡 453003）

生态文明的初步设想指出绿色发展是今后发展的必然趋势。目前我国的粮产较多，留下大量的废弃农作物秸秆无法全面高效地处理，发酵为饲料或转为化肥还原林田等变废为宝的研究思想不断被提出，将秸秆进行加工作为建筑材料也同样是农作物秸秆资源再利用的有效途径之一。

目前，建筑物所采用的粘土砖、粉煤灰砖、灰砂砖等，生产技术成熟。秸秆砖可通过模压、处理等工艺过程制作而成，可配合粘土、混凝土等不同材料制成复合砖体，但当前的使用率还比较低。秸秆材料来源于农作物，避免了废弃物对环境的污染，是可再生的绿色资源。从生产上，秸秆材料与其他墙体保温材料相比，其产出量与能耗比低，且其节能效益显著。秸秆材料的隔热性能达到了节能建筑的标准，年耗能不大于15kwh/m2。秸秆砖的隔音效果是普通建材的5 倍，经特殊处理后具有防火、防水、防腐等性能，且存在良好的抗震性能。秸秆建筑的使用寿命也较长，高于普通建筑。秸秆草砖与传统砖相比具有隔热性好、隔音性强及使用寿命长等优势，但同时在强度和硬度等方面存在一定的劣势。如何生产出优质的秸秆砖体，不仅有利于节能减排，还将大大促进我国的新农村建设。

1 近年来国外秸秆砖研究现状

2014 年，埃及Mona S. Mohammed 等将稻草和微晶纤维素等有机废物混合制成新型砖，并与添加水泥窑灰的砖体进行了对比研究。研究发现，稻草的添加降低了砖体的强度和体积密度，但提高了样品的孔隙率，微晶纤维素可提高砖体的抗压强度，而稻草和水泥窑灰一起添加可以克服稻草单独添加时强度降低的现象[1]。

2015 年法国Cecile Bories 等在烧制粘土砖时添加农作物废弃物，探讨麦秸、葵花籽饼和橄榄石粉等不同有机介质对烧结砖性能的影响，试验数据如表1 所示。研究数据显示，无添加物时，弯曲应力较大，但导热系数也较高，添加有机介质后，导热系数有所改善，弯曲应力也有所降低。添加比重4%的向日葵籽饼且磨碎尺寸较小时具有最优的机械性能和热性能，孔隙率增加23%，弯曲强度降低17%，导热系数降低61%。农作物废物的再利用从技术角度和经济角度方面来看都有着巨大优势[2]。

表1 不同配合方式的复合砖体性能参数

2016 年，罗马尼亚Gabriela Calatan 等对植物纤维掺入土坯砖的性能进行测试，综合考虑粘土轴向收缩、无裂缝、密度、机械强度和导热性等因素，以确定植物纤维的最佳添加量。研究结果显示，添加植物纤维材料对粘土材料机械性能和导热性能都有所影响，植物材料添加量的增加，可减少加工工作量，降低收缩性、密度、断裂风险及导热系数，而大麻纤维含量的增加会导致抗压强度的高斯变化和弯曲抗拉强度的持续增加，秸秆含量的增加导致压缩强度的降低和弯曲拉伸强度的高斯变化。分析数据显示，大麻纤维的最佳体积添加量为9～10%，秸秆的最佳体积添加量为30～40%[3]。

2017 年，法国A. Laborel-Préneron 等对未灼烧粘土砖添加大麦秸秆、大麻茎、玉米芯等有机废物，研究其热湿特性，添加单位为重量比重，有机材料的重量比重虽小，但容积比重较大，试验计算结果如表2 所示。研究显示，随着有机材料添加量的增加，导热系数显著降低，但热容能力降低，热逸散率也有所减小[4]。

表2 不同配合方式的砖体热物性参数

2 近年来国内秸秆砖研究现状

2014 年，西安建筑科技大学李楠等采用秸秆草砖作为建筑墙体填充材料，通过全年采暖能耗模拟分析，与同等条件下的粘土砖建筑进行对比，研究结果显示，在哈尔滨、大同、西安三个不同的地区，秸秆草砖建筑比粘土砖建筑分别节能56.59%、61.69%、65.55%，其节能效果显著[5]。

2014 年，新疆农业大学付彬彬等采用万能试验机对不同密度的棉花秸秆草砖进行压缩试验，结果显示，竖向压缩的草砖承载力较大，高密度草砖的承载力、抗压强度和弹性模量均大于低密度草砖[6]。

2016 年，史阳光等对棉花秸秆草砖的热工性能进行研究，棉花秸秆草砖的导热系数为0.096W/(m2·K)，传热系数为0.3 W/(m2·K)，与其他复合墙体相比，节能效果显著，不同复合材料的传热系数对比如表3 所示[7]。

表3 不同墙体的传热系数

2017 年，海南大学孙园淞等对水稻秸秆草砖进行了压力性能检测，研究结果显示，水稻秸秆砖的承载力、弹性模量与秸秆砖的初始密度、加载面面积、压缩边尺寸及放置方式有关，密度大于200kg/m3时，草砖的弹性模量和抗拉强度成倍增长，密度接近300kg/m3时，增加幅度减小，水稻秸秆草砖水平放置时承载力是竖直放置时的2～4 倍[8]。同时研究了其窗间墙抗震性能，研究水平低周往复荷载作用下材料的受力、破坏、延性及耗能情况，结果显示，草砖墙的滞回曲线饱满，能量耗散系数较大，等效年制阻尼系数较大，草砖窗间墙的抗震性能较好，且具有较好的延性，破坏过程缓慢[9]。

3 结语

秸秆砖很大程度上解决农作物再利用的问题，推动可持续发展。秸秆砖拥有着良好的隔热性能，有着巨大的应用价值，符合我国节能减排的发展战略。但秸秆砖的强度和硬度均较差，如何与粘土、混凝土等无机材料混合，对于不同的有机材料，还有待进一步研究探讨。今后的研究，需要从可靠性、经济性、适用性、环保性等综合方面评价，探讨秸秆有机建筑材料的应用价值。