秸稈的建筑性能及其應用探析

黃群藝， 宋 茜

(西南交通大學土木工程學院， 四川峨眉 614202)

秸稈的建筑性能及其應用探析

黃群藝， 宋 茜

(西南交通大學土木工程學院， 四川峨眉 614202)

文章首先介紹秸稈的建筑性能及其在建筑中的應用情況，在此基礎上，結合當前建筑的發展趨勢，探討分析秸稈在今后建筑中新的應用途徑及其可能性，為進一步擴大秸稈的應用途徑及提升秸稈的綜合利用率提供思路。

秸稈; 建筑性能; 建筑應用

秸稈是小麥、水稻、玉米、棉花、甘蔗等農作物收獲籽實后剩下的大量莖葉或穗等部分[1]。我國是農業大國，每年生產的秸稈總量巨大，但秸稈利用率卻很低。目前，在我國農村地區，為了趕農時，圖方便，對于每年大量剩余的秸稈基本采取焚燒方式進行處理。這種處理方式不僅浪費自然資源，而且焚燒秸稈時產生的大量濃煙嚴重影響道路及航空交通安全。同時，焚燒秸稈還會使得空氣中二氧化硫、二氧化氮、可吸入顆粒物的濃度變高，給人們的生活健康造成危害。因此，我國政府高度重視秸稈的合理利用問題，大力開展了秸稈禁燒工作，出臺了《關于進一步加快推進農作物秸稈綜合利用和禁燒工作的通知》《“十二五”農作物秸稈綜合利用實施方案》等一系列政策性文件。但是，目前我國秸稈的焚燒問題依然存在。為了進一步解決秸稈的焚燒問題，本文通過對秸稈的建筑性能及其在建筑中的應用情況進行調查總結，并在此基礎上，結合當前建筑的發展趨勢，探討分析秸稈在今后建筑中新的應用途徑及其可能性，以此擴大秸稈的應用途徑及提升秸稈的綜合利用，為減少甚至避免秸稈的焚燒問題提供了思路。

1 秸稈的建筑性能

秸稈作為一種可再生優質天然材料，具有諸多良好的建筑性能。

1.1 保溫隔熱性能好

建筑材料的導熱系數越小，則表明該材料的保溫隔熱性能越好。與其他生物質基、化石基以及幾種常用墻體材料的導熱系數相比[2](表1)，秸稈的導熱系數基本在0.04～0.05之間，低于許多生物質基(如椰殼纖維和花生殼導熱系數為0.08)以及部分化石基(如聚氯乙烯(PVC)泡沫塑導熱系數為0.058)和一些墻體材料(如普通紅磚導熱系數為1.51)。由此可見，秸稈作為建筑材料時，其保溫隔熱性能更為良好。

1.2 隔聲性能好

秸稈用于建筑材料時還具有隔聲性能好的特點，例如，將秸稈制成秸稈磚時，用于建筑墻體可以有效提高墻體的隔聲性能。在澳大利亞，對一個錄音室45 cm厚的秸稈墻體進行實測，建筑室內噪聲為114～117 dB，室外測得的噪聲為62～71 dB，總計噪聲相差43～55 dB。用秸稈磚當作墻體直接減小噪聲高達40 %以上[3]。

表1 一些生物質基、化石基和常用墻體材料的導熱系數

1.3 自重輕

與混凝土、磚石砌塊等傳統建筑材料相比，秸稈的自重明顯更輕，同等條件下的秸稈墻體其質量僅為黏土磚墻的 1/10左右[4]。因此，將秸稈運用到建筑物中可極大減輕建筑物自重，進而有利于提高建筑抗震性能及節約建造成本。

1.4 其他建筑性能

此外，秸稈不僅使用安全、價廉易得、施工快捷，還具有防火性、抗鼠蟲性等建筑性能[3]。以秸稈的防火性為例，雖然秸稈本身易燃，但是經過壓實處理或涂抹石灰等方法能有效提高其防火性能。經實驗證明，秸稈建筑的防火性能能夠滿足當前建筑相關規范的防火要求。另外，經處理后的秸稈還可以防蟲防霉菌，并可避免鼠蟻等動物對秸稈造成威脅。

2 秸稈在建筑中的應用情況

秸稈在建筑中的應用大致經歷了茅草屋和秸稈屋頂、土坯房、秸稈磚房等階段，并逐步發展成利用秸稈制備秸稈磚及人造秸稈板等建筑制品。目前，秸稈在現代建筑的應用技術仍有待進一步研究和發展。在今后的建筑中可以考慮利用秸稈制作成一些新型建筑環保構件，以此擴大秸稈的應用途徑及提升秸稈的綜合利用率。

2.1 秸稈在早期建筑中的應用

秸稈在傳統建筑中的最初應用形式主要有茅草屋和秸稈屋頂。其中，茅草屋是我國從農耕時代便開始將秸稈應用在建筑中的典型代表，其建造主要是從地表向下挖出方形或圓形的穴坑，將捆綁的樹枝或稻草沿坑壁圍成墻，簡陋地抹上草泥，屋頂上搭些草木，最后形成茅草屋(圖1)。茅草屋建造過程簡單，取材容易，但是由于結構的整體性差，強度低，防火、防潮性能差，因而，隨著歷史的發展，逐漸被淘汰。除了茅草屋外，秸稈屋頂也是秸稈在早期傳統建筑中的應用代表，特別是在歐洲，秸稈屋頂成為了建筑中應用秸稈的最初方式。秸稈屋頂(圖2)是將蘆葦等植物同秸稈進行編制、捆扎成形(如圓錐形)后，作為建筑的屋頂，起到建筑圍護、遮陽、遮風、擋雨等作用[5]。但是，由于制作工藝、技術等原因，秸稈屋頂的防蟲耐久性能較差，抵御風雨能力有限，秸稈屋頂逐步退出歷史舞臺。

圖1 茅草屋

圖2 秸稈屋頂

除了茅草屋和秸稈屋頂外，在農村地區還出現土坯房這種應用較廣的秸稈建筑形式。土坯房是以土坯和草泥土為墻體砌筑而成的房屋(圖3)，主要是在修建過程中將秸稈與其他材料混合使用，如將稻草桔梗填充于建筑物中，這樣可以有效地提高結構抗彎抗剪能力。土坯房具有保溫性能好、就地取材、施工便利、造價低廉等優點，但是由于結構穩定性差、抗震能力不足等問題，隨著農村經濟水平的提高，其應用日益減少。

圖3 土坯房

2.2 秸稈在當前建筑中的應用

秸稈磚房是秸稈在當前建筑中的應用代表。它是以稻草麥秸制作的秸稈磚為基本建材建造而成(圖4)，其施工方式簡單，施工工人經過簡單培訓基本能夠掌握。在應用過程中，為了避免秸稈磚遭受風雨和害蟲的侵蝕，同時增加墻體硬度和結構強度，通常在秸稈磚墻體表面采取抹灰等防護措施。秸稈磚房具有就地取材、施工簡便等優點，但仍存在易潮易腐、耐火耐久性能差等問題，不適宜在雨季較長的農村地區或防火要求較高的建筑中推廣應用。

圖4 秸稈磚

目前，除了秸稈磚外，秸稈還被制成秸稈墻板(圖5)等建筑構件，應用在秸稈建筑中。例如，蘇黎世設計師 Felix Jerusalem在瑞士的埃申茨設計了一座秸稈建筑(圖6)，其特點是將低造價、高隔音、高絕熱的麥秸材料，經過連續擠壓形成有一個強韌的多層粘合的麥秸板作為墻板體系[6]，用于建筑結構中。

圖5 秸稈板材

圖6 秸稈墻板建筑

2.3 秸稈在今后建筑中的應用

為進一步擴大秸稈在建筑中的應用，在今后建筑中，可考慮將秸稈與鋼材、混凝土等結構材料進行組合，形成新的建筑結構形式，或將秸稈制作成室內裝修材料、室內家具構件等。

秸稈與鋼材組合形成的輕鋼-秸稈結構體系是近年來秸稈在建筑應用的新方向。輕鋼-秸稈復合墻體建筑不僅施工方便快捷、抗震性能好，還具有低碳環保節能等優點。研究表明，輕鋼-秸稈復合墻體房屋二氧化碳的排放量是磚混結構的1/3，屬于低碳建筑[5]。目前，輕鋼-秸稈復合墻體房屋已在四川綿竹等地區的災后重建項目中進行應用(圖7)。

圖7 輕鋼-秸稈復合墻體房屋

預制秸稈混凝土復合墻板是以菱鎂水泥為膠結材料，將秸稈碎料制備成秸稈板，在秸稈板兩側外加鋼筋混凝土層，中間加以斜插筋連接而成的整體復合墻板(圖8)。預制秸稈混凝土復合墻板將秸稈與混凝土材料進行結合，充分發揮秸稈的保溫隔熱性和混凝土良好的受力性能及耐火防潮等性能，是秸稈在今后建筑(如當前迅速發展的裝配式建筑)中的新型應用方式，具有廣闊的發展前景。

圖8 預制秸稈混凝土復合墻板

將秸稈制成室內地板、門窗、家具等裝修裝飾材料構件，也是秸稈在今后建筑應用的重要方向。如利用秸稈制備成的秸稈地板，具有取材天然，環保節能，抗壓強度高等特點，而且不含甲醛，可以避免傳統地板中甲醛釋放對人體造成的傷害(圖9)。此外，還可將秸稈制成秸稈門窗、秸稈床、秸稈柜子、秸稈屏風、秸稈吊頂等。秸稈家居用品具有取材自然環保、造型輕盈、富有藝術氣息等特點，其應用前景廣闊，可作為今后秸稈在建筑中的重要應用形式(圖10)。

圖9 秸稈地板

圖10 秸稈家具

3 結束語

(1)我國秸稈產量巨大，但是秸稈利用率較低。傳統采用的廢棄在田或焚燒處理等方式造成的空氣污染、影響交通、浪費資源等問題亟待解決。因而，有必要進一步擴大秸稈的應用途徑，提升秸稈的綜合利用率。

(2)秸稈具有自重輕、天然環保、保溫隔熱及隔音性能好、價格低廉等建筑性能。因此，可以進一步研究秸稈在建筑中的應用途徑，充分發揮其建筑特性。

(3)秸稈在建筑中的應用歷經茅草房、秸稈屋頂、土坯房、秸稈磚房、秸稈板墻板體系等發展階段，但是因為結構抗震性能不足、防火性能差等問題限制其應用，其在建筑中的應用途徑仍有待擴大與研究。

(4)結合當前建筑的發展趨勢及秸稈的特性，今后建筑中可考慮將秸稈與鋼材、混凝土等結構材料進行組合，形成新的建筑結構形式或將秸稈制作成室內裝修材料、室內家具構件等。

[1] Huang Qunyi，Lei Du，Wang Ji，Yang Yiwei，Bao Ning. Research on the application of straw in rural buildings.《Advances in Engineering Research》，2015, 44(1):432-436.

[2] 馬捷. 秸稈基建筑保溫材料的節能減排分析[J]. 生態與農村環境學報，2010(5):430- 435.

[3] 王寶珍. 農作物秸稈在小城鎮建設中的應用研究[J]. 小城鎮建設，2010(2):67-69.

[4] 顧藝. 淺析秸稈在建筑材料中的應用[J]. 住宅科技，2015(1):23-27.

[5] 戢嬌.新型農作物秸稈復合墻體的應用研究[D]. 西安科技大學，2015.

[6] 傅志前. 國外秸稈建筑的產生與發展研究[J].工業建筑, 2012, 42 (2):33-36.

[7] 羅凌霄.3D板的結構性能及其應用綜述[J].四川建筑，2012(2):238.

[定稿日期]2017-06-21

高層次人才隊伍建設科研支持項目(編號：10101X10096060)；中央高校基本科研業務費專項資金科技創新項目(編號：10101B10096033)；成都市惠民科技項目(編號：2015-HM01-00063-SF)

黃群藝(1984～)，男，講師，在站博士后，主要從事工程結構抗震研究。

TU531.6

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