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

關(guān)鍵詞：　植物纖維;墻體材料;節(jié)能環(huán)保 21世紀(jì)以來,保護環(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。在我國,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)在推動國民經(jīng)濟迅猛發(fā)展的同時,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,是我國高速發(fā)展國民經(jīng)濟的根本需要和實現(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。 我國作為農(nóng)業(yè)大國,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,同時又適應(yīng)了國家建設(shè)節(jié)能型社會的需求,促進了可循環(huán)經(jīng)濟的發(fā)展,加快了我國高效、低價、環(huán)保、實用的節(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及來源 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。其特點主要表現(xiàn)在:①原材料可以再生、廢棄且無害。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可實行清潔化生產(chǎn)。在生產(chǎn)過程中,減少廢渣、廢水、廢氣的排放,大幅度降低噪音,實現(xiàn)較高的自動化程度。⑤可再生利用。產(chǎn)品達到其使用壽命后,可再生利用而不污染環(huán)境。   植物纖維來源廣泛,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　國內(nèi)植物纖維墻體材料的發(fā)展?fàn)顩r　 與國外相比,我國對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南方逐步出現(xiàn)。隨著我國建筑業(yè)的革新與進步以及建筑節(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)與工藝已成為國內(nèi)多所科研院校致力研究的項目課題。其間制造出的刨花板和中纖板的物理力學(xué)性能可以達到國家有關(guān)人造板的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)指標(biāo)。我國廣西、廣東和福建地區(qū)也是植物纖維的盛產(chǎn)地,許多學(xué)者就植物纖維增強水泥基復(fù)合材料的開發(fā)進行了探索。章希勝等[3-5]研制開發(fā)了價格低廉、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)濟效益。針對內(nèi)含鋼渣的植物纖維增強水泥基復(fù)合材料,李國忠等[6]探討了其基體結(jié)構(gòu)和界面狀況對材料性能的影響。近年來,隨著建材產(chǎn)品結(jié)構(gòu)合理化以及先進生產(chǎn)技術(shù)的傳入與發(fā)展,國內(nèi)涌現(xiàn)出大批生產(chǎn)秸稈板材的廠家,其產(chǎn)品市場逐步由國內(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　國外植物纖維墻體材料的發(fā)展?fàn)顩r　 國外植物纖維墻體材料的發(fā)展由來已久,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年美國路易安那州建立了蔗渣制板廠[8];英國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余個國家開辦了以農(nóng)作物為原料的人造板生產(chǎn)廠家,美國和加拿大超過50%。其中,美國PRIML BOARD公司,加拿大ISOBORD公司生產(chǎn)線產(chǎn)量均在10萬和20萬m3以上;美國的麥秸板全年產(chǎn)量約為1 600萬m3 [9]。 由于保護森林資源和維護生態(tài)平衡的需要,各國開始致力于開發(fā)非木材植物纖維建筑材料。自20世紀(jì)80年代以來,利用非木質(zhì)植物纖維增強水泥基材料的研究和利用成為不少發(fā)展中國家致力研發(fā)的熱點。由于作為水泥基增強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)展中國家從經(jīng)濟的角度考慮,特別注意開發(fā)這方面的資源,主要研究本國盛產(chǎn)的植物纖維。印度政府于1993年4月實施了一項禁止將實木用于建筑的法律,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象,進行了棕櫚樹葉纖維增強混凝土材料的研究,通過試驗得出,棕櫚樹葉纖維混凝土材料的實用可行性,并且發(fā)現(xiàn)由于棕櫚樹葉獨特的內(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混凝土的抗拉強度比未經(jīng)水泥溶液浸泡的抗拉強度高[10]。 近年來,一些發(fā)達國家的科研單位,也配合發(fā)展中國家進行非木質(zhì)植物纖維增強水泥基材料的研究,并且取得了一定的進展[11]。目前,世界不少國家已經(jīng)生產(chǎn)與應(yīng)用非木質(zhì)植物纖維增強水泥基材料。據(jù)美國ACI544委員會的報告[12],全球約有40個國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)壓蒸式木纖維增強水泥,并將該項技術(shù)推廣至美國以及亞洲與非洲的某些國家[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 3.1　來源廣泛、節(jié)約能源、保護環(huán)境　 植物纖維墻體材料以來源廣泛的農(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。其低廉的建筑造價符合我國基本國情及產(chǎn)業(yè)政策。在避免對木、竹材等資源過度開發(fā)利用的同時,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、實用性強　 植物纖維墻體材料是在國家推行墻材改革,出臺禁用粘土磚政策后,出現(xiàn)的性能較好、實用性較強的產(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),對生態(tài)環(huán)境幾乎無影響。為墻材改革的平穩(wěn)過渡和未來高性能住宅的發(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,按號拼裝,砌體和保溫的全部工作可一次完成,與建筑框架同時施工,按序跟進,同時完工,打破了我國建筑長工期、跨年度施工的傳統(tǒng)模式。并且將可能實現(xiàn)建筑輕體化、高能化、省地化。 3.4　實現(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　植物纖維增強水泥基材料的發(fā)展前景 (1)隨著高層建筑的增多及國家保護耕地相關(guān)法規(guī)的出臺和建筑本身節(jié)能要求的不斷提高,我國住宅墻體建設(shè)將逐漸杜絕使用實心紅磚。同時,一些建材因其自身缺陷將逐漸退出市場。以石膏墻板、粉煤灰墻板為例,由于這2種產(chǎn)品的強度低、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。墻材市場對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、保溫性能好、吸水率低、抗凍融性能高等優(yōu)點和諸多特性,勢必產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益和社會效益,成為未來墻體市場發(fā)展的主流。 (2)作為世界上農(nóng)作物秸稈纖維產(chǎn)量豐富的國家,我國很有必要對植物纖維建筑材料加以研究與探討,以開拓對農(nóng)業(yè)廢棄物資源的利用領(lǐng)域。同時,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,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源,緩解了各地發(fā)展墻體材料資源短缺的矛盾,更推動了各地墻材工業(yè)的發(fā)展,促進了墻材產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的變革。同時,隨著墻材品種的增加,也將有力地推動房屋結(jié)構(gòu)的變革和觀念的更新,促進建筑產(chǎn)業(yè)化的實現(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潛力,并且對于今后的國計民生有著深遠(yuǎn)的意義。 5　結(jié)語 隨著人們對節(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,建筑墻體材料必須更新?lián)Q代,采用新型墻體材料勢在必行。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,不僅符合未來建筑材料需求的方向,而且符合國家發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟,建設(shè)環(huán)境友好型與資源節(jié)約型社會的重大戰(zhàn)略方向,同時順應(yīng)了世界環(huán)境保護的主流趨勢,勢必在建材發(fā)展市場中占有重要的一席之地。 參考文獻 [1]王鐵宏,史殿臣,王玉普,等.加快推進節(jié)能省地環(huán)保新型墻體體系的應(yīng)用———對黑龍江省推廣應(yīng)用節(jié)能省地環(huán)保新型墻體體系情況的調(diào)研與思考[J].墻體革新與建筑節(jié)能,2009(3):17-19. 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