植物纖維墻體材料的發(fā)展現(xiàn)狀以及前景展望

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摘 要：　 簡(jiǎn)要介紹了植物纖維墻體材料的發(fā)展?fàn)顩r,闡述了其對(duì)建材業(yè)節(jié)能環(huán)保的重要意義,并對(duì)植物纖維墻體材料的應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：　植物纖維;墻體材料;節(jié)能環(huán)保 21世紀(jì)以來(lái),保護(hù)環(huán)境以及合理、高效地開發(fā)與利用資源已成為世界矚目的熱點(diǎn)。在我國(guó),隨著工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展,作為典型資源依賴型工業(yè)的房屋建筑業(yè)在推動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展的同時(shí),由于消耗大量的資源能源,迫使其繼續(xù)發(fā)展受到制約。各類建筑在其建造和使用過程中直接消耗的能源占全社會(huì)總能耗的近30%[1]。而墻體材料又是建材業(yè)的重要組成部分,其產(chǎn)值接近建材工業(yè)總產(chǎn)值的1/3,耗能占建材工業(yè)總耗能的1/2左右,因此,加速發(fā)展節(jié)能利廢的新型墻體材料,不僅是調(diào)整建材工業(yè)能源結(jié)構(gòu)的重要措施,而且對(duì)改善建筑功能,節(jié)約土地具有十分重要的意義。此外,使用新型墻體材料,能提高建筑中的能效,降低能耗,是我國(guó)高速發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)的根本需要和實(shí)現(xiàn)住宅產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化和加快城鎮(zhèn)化建設(shè)的基本要求。 我國(guó)作為農(nóng)業(yè)大國(guó),隨著農(nóng)業(yè)連年豐收,秸稈產(chǎn)量也大幅度上升,產(chǎn)量大約為6.5億t/年[2]。農(nóng)作物廢料秸稈等的處理已成為社會(huì)問題,除了少部分被當(dāng)作飼料、肥料等開發(fā)利用外,大部分被付之一炬,不僅浪費(fèi)資源,而且嚴(yán)重危害了自然生態(tài)環(huán)境。因此,廢棄農(nóng)作物的綜合利用意義重大。植物纖維墻體材料的誕生恰好解決了廢棄農(nóng)作物的利用問題,同時(shí)又適應(yīng)了國(guó)家建設(shè)節(jié)能型社會(huì)的需求,促進(jìn)了可循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,加快了我國(guó)高效、低價(jià)、環(huán)保、實(shí)用的節(jié)能建筑產(chǎn)品的研發(fā)和應(yīng)用。 1　植物纖維墻體材料的特點(diǎn)及來(lái)源 植物纖維墻體材料是以植物纖維為原材料的一種新型節(jié)能環(huán)保生態(tài)建筑材料。其特點(diǎn)主要表現(xiàn)在:①原材料可以再生、廢棄且無(wú)害。②節(jié)能利廢,改善環(huán)境。生產(chǎn)該類材料將盡可能減少礦產(chǎn)資源的過度利用,降低生產(chǎn)能耗,并可大量利用農(nóng)業(yè)廢棄物作原料,減少由于對(duì)其處理處置不當(dāng)而引發(fā)的環(huán)境污染。③節(jié)約土地。既不毀地(田)取土作原料,又可增加建筑物的使用年限。④可實(shí)行清潔化生產(chǎn)。在生產(chǎn)過程中,減少?gòu)U渣、廢水、廢氣的排放,大幅度降低噪音,實(shí)現(xiàn)較高的自動(dòng)化程度。⑤可再生利用。產(chǎn)品達(dá)到其使用壽命后,可再生利用而不污染環(huán)境。   植物纖維來(lái)源廣泛,可分為棉纖維、麻纖維、棕纖維、木纖維、竹纖維、草纖維。而用于墻體材料的植物纖維主要來(lái)源于木材、竹材和谷殼、秸稈、棉桿、高粱桿、甘蔗渣、玉米芯、花生殼等農(nóng)作物廢棄物。目前,利用農(nóng)業(yè)廢棄物生產(chǎn)的主要墻體材料包括麥秸均質(zhì)板(圖1)、紙面草板、植物纖維水泥板、麥秸人造板和秸稈鎂質(zhì)水泥輕質(zhì)板等。 2　植物纖維墻體材料的發(fā)展?fàn)顩r 2.1　國(guó)內(nèi)植物纖維墻體材料的發(fā)展?fàn)顩r　 與國(guó)外相比,我國(guó)對(duì)植物纖維墻體材料的研究起步較晚。20世紀(jì)80~90年代,利用蔗渣制造硬質(zhì)纖維板、刨花板的工廠體系在我國(guó)南方逐步出現(xiàn)。隨著我國(guó)建筑業(yè)的革新與進(jìn)步以及建筑節(jié)能工作的深入開展,環(huán)保利廢型墻體材料的生產(chǎn)和應(yīng)用出現(xiàn)了快速增長(zhǎng)的良好局面。以麥秸、稻秸、棉稈等非木質(zhì)材料作為原料生產(chǎn)制造墻體材料的技術(shù)與工藝已成為國(guó)內(nèi)多所科研院校致力研究的項(xiàng)目課題。其間制造出的刨花板和中纖板的物理力學(xué)性能可以達(dá)到國(guó)家有關(guān)人造板的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)指標(biāo)。我國(guó)廣西、廣東和福建地區(qū)也是植物纖維的盛產(chǎn)地,許多學(xué)者就植物纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料的開發(fā)進(jìn)行了探索。章希勝等[3-5]研制開發(fā)了價(jià)格低廉、防滲防漏、性能優(yōu)異的植物纖維水泥復(fù)合板,取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。針對(duì)內(nèi)含鋼渣的植物纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料,李國(guó)忠等[6]探討了其基體結(jié)構(gòu)和界面狀況對(duì)材料性能的影響。近年來(lái),隨著建材產(chǎn)品結(jié)構(gòu)合理化以及先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)的傳入與發(fā)展,國(guó)內(nèi)涌現(xiàn)出大批生產(chǎn)秸稈板材的廠家,其產(chǎn)品市場(chǎng)逐步由國(guó)內(nèi)拓展到海外[7]。植物纖維墻體材料開始穩(wěn)步發(fā)展。 2.2　國(guó)外植物纖維墻體材料的發(fā)展?fàn)顩r　 國(guó)外植物纖維墻體材料的發(fā)展由來(lái)已久,草磚建房技術(shù)在北美已有百年歷史。早在20世紀(jì)初就出現(xiàn)了利用秸稈加工生產(chǎn)人造板材的技術(shù);1920年美國(guó)路易安那州建立了蔗渣制板廠[8];英國(guó)Compak設(shè)備公司最早開始研究采用麥秸和稻草作為板材原料,經(jīng)過10年努力,成功制造出性能高于木質(zhì)刨花板的Com-pak板;波蘭天然纖維研究所利用亞麻、黃麻和大麻的下腳料、甘蔗渣、蘆葦稈、棉稈、香草根、油菜稈、麥秸等外加鋸末為原料,制造出高質(zhì)量的人造板。目前,全球已有20余個(gè)國(guó)家開辦了以農(nóng)作物為原料的人造板生產(chǎn)廠家,美國(guó)和加拿大超過50%。其中,美國(guó)PRIML BOARD公司,加拿大ISOBORD公司生產(chǎn)線產(chǎn)量均在10萬(wàn)和20萬(wàn)m3以上;美國(guó)的麥秸板全年產(chǎn)量約為1 600萬(wàn)m3 [9]。 由于保護(hù)森林資源和維護(hù)生態(tài)平衡的需要,各國(guó)開始致力于開發(fā)非木材植物纖維建筑材料。自20世紀(jì)80年代以來(lái),利用非木質(zhì)植物纖維增強(qiáng)水泥基材料的研究和利用成為不少發(fā)展中國(guó)家致力研發(fā)的熱點(diǎn)。由于作為水泥基增強(qiáng)材料的天然植物纖維,使用較多的是只經(jīng)過粗加工或未加工的原料,如稻草、蘆葦、棕櫚葉、竹子等,因此發(fā)展中國(guó)家從經(jīng)濟(jì)的角度考慮,特別注意開發(fā)這方面的資源,主要研究本國(guó)盛產(chǎn)的植物纖維。印度政府于1993年4月實(shí)施了一項(xiàng)禁止將實(shí)木用于建筑的法律,旨在推廣以農(nóng)業(yè)廢棄物,如棉花稈、甘蔗渣、豆秸和稻秸為原料的廉價(jià)的建房材料。埃及盛產(chǎn)棕櫚樹,20世紀(jì)90年代中期,埃及科學(xué)家選擇以資源豐富的棕櫚葉為研究對(duì)象,進(jìn)行了棕櫚樹葉纖維增強(qiáng)混凝土材料的研究,通過試驗(yàn)得出,棕櫚樹葉纖維混凝土材料的實(shí)用可行性,并且發(fā)現(xiàn)由于棕櫚樹葉獨(dú)特的內(nèi)部結(jié)構(gòu),經(jīng)過水泥溶液浸泡,其纖維變得更加稠密,使得經(jīng)過水泥溶液浸泡的棕櫚樹葉纖維增強(qiáng)混凝土的抗拉強(qiáng)度比未經(jīng)水泥溶液浸泡的抗拉強(qiáng)度高[10]。 近年來(lái),一些發(fā)達(dá)國(guó)家的科研單位,也配合發(fā)展中國(guó)家進(jìn)行非木質(zhì)植物纖維增強(qiáng)水泥基材料的研究,并且取得了一定的進(jìn)展[11]。目前,世界不少國(guó)家已經(jīng)生產(chǎn)與應(yīng)用非木質(zhì)植物纖維增強(qiáng)水泥基材料。據(jù)美國(guó)ACI544委員會(huì)的報(bào)告[12],全球約有40個(gè)國(guó)家有可能將該材料應(yīng)用于建筑物中。具有百年歷史的澳大利亞的JamesHardie公司,專業(yè)從事植物纖維水泥制品研制,1981年起開始生產(chǎn)壓蒸式木纖維增強(qiáng)水泥,并將該項(xiàng)技術(shù)推廣至美國(guó)以及亞洲與非洲的某些國(guó)家[13]。迄今為止,其植物纖維水泥制品遍布全球,前景良好。 3　植物纖維墻體材料的優(yōu)勢(shì) 3.1　來(lái)源廣泛、節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境　 植物纖維墻體材料以來(lái)源廣泛的農(nóng)作物廢料秸稈等作為原材料,不失為一種變廢為寶、節(jié)約資源的有效措施。其低廉的建筑造價(jià)符合我國(guó)基本國(guó)情及產(chǎn)業(yè)政策。在避免對(duì)木、竹材等資源過度開發(fā)利用的同時(shí),為廢棄農(nóng)作物的合理利用提供了有效的方法與途徑,使秸稈等農(nóng)作物廢料引發(fā)的環(huán)境生態(tài)問題的根本解決成為可能。 3.2　性能較好、實(shí)用性強(qiáng)　 植物纖維墻體材料是在國(guó)家推行墻材改革,出臺(tái)禁用粘土磚政策后,出現(xiàn)的性能較好、實(shí)用性較強(qiáng)的產(chǎn)品之一。其性能與粘土磚接近,且舒適性高,使用后能再次回收或自然降解為環(huán)境消納物質(zhì),對(duì)生態(tài)環(huán)境幾乎無(wú)影響。為墻材改革的平穩(wěn)過渡和未來(lái)高性能住宅的發(fā)展做出了有益的探索。 3.3　施工安裝便捷,縮短建筑工期,降低建筑成本及能耗　 植物纖維墻體材料安裝便捷,可按圖制作,按號(hào)拼裝,砌體和保溫的全部工作可一次完成,與建筑框架同時(shí)施工,按序跟進(jìn),同時(shí)完工,打破了我國(guó)建筑長(zhǎng)工期、跨年度施工的傳統(tǒng)模式。并且將可能實(shí)現(xiàn)建筑輕體化、高能化、省地化。 3.4　實(shí)現(xiàn)建材生產(chǎn)的低耗高產(chǎn)　 以植物纖維外墻保溫板為例,在生產(chǎn)成本中,該墻體材料耗電0.142 kW /m2,耗水1.5L/m2,不用lg燃料,電和水的成本為1元/m2。與其他墻體保溫材料相比,其產(chǎn)出量與能耗比極低。植物纖維在使用中的節(jié)能效益很高。如,200mm規(guī)格的該墻板與370 mm規(guī)格的粘土磚墻相比,其保溫系數(shù)高出粘土磚墻4倍,取暖熱耗降低4倍,取暖成本減少4倍,每年可節(jié)省大量的能源消耗,減少取暖支出[14]。 4　植物纖維增強(qiáng)水泥基材料的發(fā)展前景 (1)隨著高層建筑的增多及國(guó)家保護(hù)耕地相關(guān)法規(guī)的出臺(tái)和建筑本身節(jié)能要求的不斷提高,我國(guó)住宅墻體建設(shè)將逐漸杜絕使用實(shí)心紅磚。同時(shí),一些建材因其自身缺陷將逐漸退出市場(chǎng)。以石膏墻板、粉煤灰墻板為例,由于這2種產(chǎn)品的強(qiáng)度低、容易潮霉,一般2~3年即自行返潮解體,在南方地區(qū)尤為嚴(yán)重,因此,這些建材產(chǎn)品已逐漸被建筑商所淘汰。墻材市場(chǎng)對(duì)像植物纖維這種新型墻體材料的需求存在巨大空間。植物纖維新型墻材以其輕質(zhì)、高強(qiáng)、保溫性能好、吸水率低、抗凍融性能高等優(yōu)點(diǎn)和諸多特性,勢(shì)必產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益,成為未來(lái)墻體市場(chǎng)發(fā)展的主流。 (2)作為世界上農(nóng)作物秸稈纖維產(chǎn)量豐富的國(guó)家,我國(guó)很有必要對(duì)植物纖維建筑材料加以研究與探討,以開拓對(duì)農(nóng)業(yè)廢棄物資源的利用領(lǐng)域。同時(shí),秸稈等農(nóng)業(yè)廢棄物作為可再生資源,符合節(jié)能、可持續(xù)發(fā)展的要求,將其作為墻體材料原料也不失為節(jié)能利廢,有效處置農(nóng)業(yè)廢棄物的途徑,而且發(fā)揮了農(nóng)村資源優(yōu)勢(shì),增加了農(nóng)民收入。采用秸稈等農(nóng)業(yè)廢棄物作為墻體材料的原料,開辟了新的原材料來(lái)源,緩解了各地發(fā)展墻體材料資源短缺的矛盾,更推動(dòng)了各地墻材工業(yè)的發(fā)展,促進(jìn)了墻材產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的變革。同時(shí),隨著墻材品種的增加,也將有力地推動(dòng)房屋結(jié)構(gòu)的變革和觀念的更新,促進(jìn)建筑產(chǎn)業(yè)化的實(shí)現(xiàn)。節(jié)能利廢型植物纖維墻體材料作為新型綠色環(huán)保建筑材料,將具有廣闊的工程應(yīng)用前景和巨大的市場(chǎng)潛力,并且對(duì)于今后的國(guó)計(jì)民生有著深遠(yuǎn)的意義。 5　結(jié)語(yǔ) 隨著人們對(duì)節(jié)能及環(huán)境問題的廣泛重視,研制新型環(huán)保墻體材料已成為建筑業(yè)的發(fā)展趨勢(shì),建筑墻體材料必須更新?lián)Q代,采用新型墻體材料勢(shì)在必行。植物纖維新型墻體材料由于其本身具備的極為突出的優(yōu)勢(shì),不僅符合未來(lái)建筑材料需求的方向,而且符合國(guó)家發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì),建設(shè)環(huán)境友好型與資源節(jié)約型社會(huì)的重大戰(zhàn)略方向,同時(shí)順應(yīng)了世界環(huán)境保護(hù)的主流趨勢(shì),勢(shì)必在建材發(fā)展市場(chǎng)中占有重要的一席之地。 參考文獻(xiàn) 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