農村再生資源在建筑中的應用

萬云峰

（上海環境衛生工程設計院有限公司，上海200232）

1 引言

隨著我國農村產業結構的不斷調整和農民收入的穩步提升，廣大農民對用于生活、生產、公共設施等的建筑物要求越來越高，導致農村地區建筑材料消耗量逐年攀升。近年來，大量可再生資源被用于建筑施工之中，而可再生資源量極其豐富的農村地區，尤其是以種植業為主的村落，如果能發揮年復一年產生農作物秸稈的資源優勢，將其應用到新農村建筑物中，不僅可大大降低農村地區秸稈處理帶來的環境風險，而且可為小城鎮建設探索出一條“康莊大道”[1]。

2 秸稈建材優勢分析

2.1 經濟性指標優勢

秸稈建材的經濟性指標主要體現在其建材加工原料本身的價格、產品生產成本以及建設工藝成本等方面。秸稈建材的主要原料為各類農作物收割后的秸稈，而此類原材料不僅各地農村產量較大、品種豐富，加工所需的秸稈僅僅需要給予農民較低的收儲價格甚至部分地區建材加工商如自行負擔秸稈的運輸費用無須支付另外的材料采購費用。而在秸稈建材的生產過程中，秸稈用量幾乎占到了總數的90%，而其他的黏結劑的成本也較低，從而保證了秸稈建材的加工成本具有一定優勢。在秸稈建材的施工中大部分直接采用螺栓等固定件進行固定，從而大大節省了普通黏土磚砌筑過程中所耗費的人工和砂漿等輔材。以我國北方農村地區為例，建設相同規模的建筑，采用秸稈草磚的建筑造價為320元/m2，而采用集成式秸稈板的建筑更是將造價控制在250元/m2以下[2]。

2.2 生態性指標優勢

目前，我國部分邊緣地區還采取了焚燒的方式處理農作物收割后的各類秸稈。在焚燒的過程中不但會產生大量廢氣污染及造成土壤在高溫下出現板結，而且在焚燒的過程中還容易引發火災。一旦大量秸稈被用于秸稈建材的加工后，上述問題將能到徹底解決。

同時，生態性指標還體現在秸稈建材加工原料的環保性與建筑物本身能耗的降低率方面。由于秸稈是農作物莖稈在采收后的廢棄物，而在農作物生長期間其體內所合成的有機物中所含有的碳元素均是植物通過光合作用從大氣中吸收，因此，每生產1 m2、厚度20 mm的秸稈板材就相當于減少了大約5 kg秸稈中所含的二氧化碳重返大氣層。同時，秸稈建材的傳熱系數也遠低于其他傳統建材，故采用秸稈建材所建造的建筑無論在冬季采暖或夏季制冷期間，能夠降低室內外溫差而導致設備能耗[3]。表1為不同建材保溫性能統計表。

表1 不同建材保溫性能統計表

2.3 其他指標指標

美觀性指標是基于秸稈建材在加工過程中能夠充分保持植物本身的色彩與紋路，使其在材料的肌理、質感上十分符合民眾追求的自然環保的美學理念。

健康性指標則是由于秸稈建材中的纖維組織保留了植物所特有的孔隙，能夠起到調節室內溫度與濕度的功能。而且由秸稈加工而成的飾面板所釋放的有毒有害醛類、脂類、苯酚類物質更低，例如，由諾菲博爾公司生產的定向結構麥秸板所含的甲醛含量僅為0.02 mg/L，在我國屬于無甲醛范疇。

3 秸稈建材應用現狀

3.1 秸稈建材分類

現代秸稈建材面世已有近10年的時間，在這期間，行業內相關學者和科研機構研發了大量不同類型的秸稈建材，本文中以各類秸稈建材的形狀大致將其分為散狀、塊狀、板狀及其他形式建材4大類。表2為秸稈建材統計表。

表2 秸稈建材統計表

3.2 秸稈建材應用中存在的不足之處

目前，我國農村建筑中應用較多的秸稈建材大多為秸稈草磚或秸稈三合土等較為原始的利用方式，因此，存在材料穩定性較低、建筑建設標準不統一、飾面處理難度大等不足之處。

秸稈草磚是將秸稈通過人工或機械等加工手段進行捆扎成塊后進行人工砌筑，而在秸稈草磚的制造容易受到加工機械和秸稈本身含水量等因素的影響，從而導致其密度未達到規范要求（90 kg/m3）。一旦被用于農村建筑中的承重墻等受力部位，將造成建筑結構強度大幅下降。同時，在砌筑過程中通常是多人配合下合力進行搭建，因而其個體之間的施工質量產業也將導致建筑質量參差不齊。

秸稈三合土則作為一種現場拌制、現場澆筑農村建筑墻體施工工藝。在該種建筑工藝下，由于秸稈三合土的配比及現場攪拌的流程僅僅憑借現場工人的施工經驗和肉眼觀察，十分容易因產地、各類原料在性狀上的差異性導致現場拌制的秸稈三合土在品種上參差不齊。同時，在其墻體砌筑的過程中，常因澆筑模板傾斜、鼓脹、漏漿等問題造成所砌筑的墻體出現穩定性上的缺陷[4]。

秸稈草磚或秸稈混凝土建材內部和表面都存在大量的秸稈纖維和空洞，而由于纖維和空洞的存在致使建筑在后期內外墻飾面的施工難度加大，即便是采用標號較高的水泥砂漿也無法完美地貼合建筑的前提，從而導致建筑物不僅在外觀上略顯瑕疵，而且在墻面防水保溫性能也大幅下降。

4 秸稈建材在農村生態建筑中應用的改進策略

4.1 秸稈建材的創新

雖然秸稈草磚和秸稈三合土等形式的秸稈建材在材料成本上具有一定的優勢，但其在建筑材料綜合性能等指標上還有待加強。鋼結構秸稈板材、秸稈復合輕質墻板等為代表的板狀秸稈建材逐步體現出其在自重、荷載能力、加工便捷性等方面的優勢。

鋼結構秸稈板材中建筑物的承重構件為高強度輕質鋼，建造時先根據建筑物空間布局開挖和預制建筑物基礎，隨后將預制的輕鋼構件與基礎相固定，最后采用秸稈板材進行內外墻體拼接。鋼結構秸稈板材除了充分發揮其自重輕、保溫隔音效果好的優勢被用于分割空間外，還發揮秸稈纖維較強的抗拉性能對建筑物受力框架的起到一定的拉結和固定作用。以五防輕質復合秸稈板為代表的秸稈復合輕質建材因其在制造過程中更加注重板材的荷載與承重能力，故只需配置不同厚度和規格的灌注模板便可直接將其加工成墻體板、屋面板、樓面板等多種用途的建材。

在板狀秸稈建材的研發過程中，高效環保類膠凝材料的研發成為影響新型板狀秸稈建材結構強度的關鍵。目前，以單一鈦石膏激發礦渣（TB）膠凝材料和水泥鈦石膏復合激發礦渣（TBC）膠凝材料為代表的新型膠凝材料能夠提高秸稈建材的抗壓強度，提高幅度近30%。同時，在秸稈建材中適當加入聚苯顆粒也能降低秸稈建材的重度[5]。

4.2 推廣應用BIM技術

BIM（Building Information Modeling）技術是一項集建筑設計、建造、管理為一體的建筑工程管理工具，其通過對建筑的數據化與信息化模型的整合，能夠在計算機系統中對建筑信息做出正確的理解和高效的應對。雖然各類塊狀或板狀秸稈建材在外形上相差甚遠，但實質上其內部結構與材料卻大同小異，唯一的區別便是在秸稈建材最后擠壓定型期間秸稈膠質所注入模具在外形尺寸上有所區別。鑒于秸稈建材易加工成型這一特性，它和其他建材相比更能與BIM技術進行緊密結合。

在秸稈建材施工中應用BIM技術時，工程師首先根據農戶所提供的建筑面積、層高、室內空間分割要求等在計算機中構建筑一套滿足農戶需求的建筑模型；隨后，通過計算機輔助系統對建筑內容的結構受力和屋面樓層荷載等情況進行分析，并根據秸稈建材的材料力學性能指標計算出樓面、承重結構等建筑物各部分秸稈建材的規格及用量；而后，建材加工工廠內或采用切割成型板材或制造相應規格的模具用以直接“鑄造”秸稈建材；最后，施工人員在施工現場直接拼裝不同規格的秸稈建材。

通過將BIM技術與秸稈建材加工制造相結合，各類農村建筑物的墻體、樓面板、屋頂等部件能夠直接在秸稈建材加工廠內進行一體化加工，甚至將原本需要在施工現場進行鉆制的連接固定孔也可在加工廠內完成作業，從而進一步加快了建筑物現場施工的進度，也降低了施工人員的作業強度。另外，由于利用BIM技術所建造的秸稈建筑物，其不同構件之間不再需要水泥砂漿等輔材進行黏結，使得建筑的穩定性與室內空間利用效率進一步得到提升。

4.3 改進秸稈建材施工工藝

在不斷改進秸稈建材自身的材料性能之外，還必須通過改進各類秸稈建材施工工藝來進一步提升秸稈建材的應用效果。例如，針對秸稈混凝土等散狀秸稈建材在建筑施工中最為常見的配比率失準和模板制作等問題，可采取以下幾項改進策略。其一，在秸稈資源豐富且農村建筑用料需求量大的地區可新建秸稈混凝土加工廠，由其統一完成秸稈、混凝土、砂石料及其他輔料的配置、混合、攪拌工作，并可直接包裝成袋以便擴大銷售區域。現場施工時僅需要按照一定比例添加水便可進行使用，從而既滿足了散狀秸稈建材配比率不統一的問題，又提升了現場施工效率。其二，在進行秸稈混凝土現場模板制作的過程中，推廣應用標準化金屬模板及配套支護工具，充分發揮金屬模板在結構強度、抗拉抗彎、表面平整度上的優勢，使得在后期秸稈混凝土灌注期間能夠為其提供穩定及密封性好的模板。大量實踐表明，秸稈混凝土墻體易在不同部位墻體接縫處出現裂縫，因此，在制作安裝秸稈混凝土模板時可利用T形模具直接將相交的墻體進行澆筑，從而提高其接縫處的一體性。

5 結語

隨著科技的不斷進步，秸稈資源在農村建筑材料中應用的領域將進一步擴大，途徑將進一步增加，而在秸稈建材品種和用途不斷發展的過程中，如何改善農村地區廣大農戶對于秸稈建材所存在的認識不足、理念陳舊等方面的問題，各地科研機構也應當積極研發符合當地氣候環境條件和農戶生活習俗的秸稈建材，對其制作加工及施工建造工藝進行深入優化，使得整個產業不但能夠“消化”全國每年產生的大量秸稈，而且還能讓其能夠變廢為寶，為農戶增收提供新的助力。