秸秆的建筑性能及其应用探析

黄群艺， 宋 茜

(西南交通大学土木工程学院， 四川峨眉 614202)

秸秆的建筑性能及其应用探析

黄群艺， 宋 茜

(西南交通大学土木工程学院， 四川峨眉 614202)

文章首先介绍秸秆的建筑性能及其在建筑中的应用情况，在此基础上，结合当前建筑的发展趋势，探讨分析秸秆在今后建筑中新的应用途径及其可能性，为进一步扩大秸秆的应用途径及提升秸秆的综合利用率提供思路。

秸秆; 建筑性能; 建筑应用

秸秆是小麦、水稻、玉米、棉花、甘蔗等农作物收获籽实后剩下的大量茎叶或穗等部分[1]。我国是农业大国，每年生产的秸秆总量巨大，但秸秆利用率却很低。目前，在我国农村地区，为了赶农时，图方便，对于每年大量剩余的秸秆基本采取焚烧方式进行处理。这种处理方式不仅浪费自然资源，而且焚烧秸秆时产生的大量浓烟严重影响道路及航空交通安全。同时，焚烧秸秆还会使得空气中二氧化硫、二氧化氮、可吸入颗粒物的浓度变高，给人们的生活健康造成危害。因此，我国政府高度重视秸秆的合理利用问题，大力开展了秸秆禁烧工作，出台了《关于进一步加快推进农作物秸秆综合利用和禁烧工作的通知》《“十二五”农作物秸秆综合利用实施方案》等一系列政策性文件。但是，目前我国秸秆的焚烧问题依然存在。为了进一步解决秸秆的焚烧问题，本文通过对秸秆的建筑性能及其在建筑中的应用情况进行调查总结，并在此基础上，结合当前建筑的发展趋势，探讨分析秸秆在今后建筑中新的应用途径及其可能性，以此扩大秸秆的应用途径及提升秸秆的综合利用，为减少甚至避免秸秆的焚烧问题提供了思路。

1 秸秆的建筑性能

秸秆作为一种可再生优质天然材料，具有诸多良好的建筑性能。

1.1 保温隔热性能好

建筑材料的导热系数越小，则表明该材料的保温隔热性能越好。与其他生物质基、化石基以及几种常用墙体材料的导热系数相比[2](表1)，秸秆的导热系数基本在0.04～0.05之间，低于许多生物质基(如椰壳纤维和花生壳导热系数为0.08)以及部分化石基(如聚氯乙烯(PVC)泡沫塑导热系数为0.058)和一些墙体材料(如普通红砖导热系数为1.51)。由此可见，秸秆作为建筑材料时，其保温隔热性能更为良好。

1.2 隔声性能好

秸秆用于建筑材料时还具有隔声性能好的特点，例如，将秸秆制成秸秆砖时，用于建筑墙体可以有效提高墙体的隔声性能。在澳大利亚，对一个录音室45 cm厚的秸秆墙体进行实测，建筑室内噪声为114～117 dB，室外测得的噪声为62～71 dB，总计噪声相差43～55 dB。用秸秆砖当作墙体直接减小噪声高达40 %以上[3]。

表1 一些生物质基、化石基和常用墙体材料的导热系数

1.3 自重轻

与混凝土、砖石砌块等传统建筑材料相比，秸秆的自重明显更轻，同等条件下的秸秆墙体其质量仅为黏土砖墙的 1/10左右[4]。因此，将秸秆运用到建筑物中可极大减轻建筑物自重，进而有利于提高建筑抗震性能及节约建造成本。

1.4 其他建筑性能

此外，秸秆不仅使用安全、价廉易得、施工快捷，还具有防火性、抗鼠虫性等建筑性能[3]。以秸秆的防火性为例，虽然秸秆本身易燃，但是经过压实处理或涂抹石灰等方法能有效提高其防火性能。经实验证明，秸秆建筑的防火性能能够满足当前建筑相关规范的防火要求。另外，经处理后的秸秆还可以防虫防霉菌，并可避免鼠蚁等动物对秸秆造成威胁。

2 秸秆在建筑中的应用情况

秸秆在建筑中的应用大致经历了茅草屋和秸秆屋顶、土坯房、秸秆砖房等阶段，并逐步发展成利用秸秆制备秸秆砖及人造秸秆板等建筑制品。目前，秸秆在现代建筑的应用技术仍有待进一步研究和发展。在今后的建筑中可以考虑利用秸秆制作成一些新型建筑环保构件，以此扩大秸秆的应用途径及提升秸秆的综合利用率。

2.1 秸秆在早期建筑中的应用

秸秆在传统建筑中的最初应用形式主要有茅草屋和秸秆屋顶。其中，茅草屋是我国从农耕时代便开始将秸秆应用在建筑中的典型代表，其建造主要是从地表向下挖出方形或圆形的穴坑，将捆绑的树枝或稻草沿坑壁围成墙，简陋地抹上草泥，屋顶上搭些草木，最后形成茅草屋(图1)。茅草屋建造过程简单，取材容易，但是由于结构的整体性差，强度低，防火、防潮性能差，因而，随着历史的发展，逐渐被淘汰。除了茅草屋外，秸秆屋顶也是秸秆在早期传统建筑中的应用代表，特别是在欧洲，秸秆屋顶成为了建筑中应用秸秆的最初方式。秸秆屋顶(图2)是将芦苇等植物同秸秆进行编制、捆扎成形(如圆锥形)后，作为建筑的屋顶，起到建筑围护、遮阳、遮风、挡雨等作用[5]。但是，由于制作工艺、技术等原因，秸秆屋顶的防虫耐久性能较差，抵御风雨能力有限，秸秆屋顶逐步退出历史舞台。

图1 茅草屋

图2 秸秆屋顶

除了茅草屋和秸秆屋顶外，在农村地区还出现土坯房这种应用较广的秸秆建筑形式。土坯房是以土坯和草泥土为墙体砌筑而成的房屋(图3)，主要是在修建过程中将秸秆与其他材料混合使用，如将稻草桔梗填充于建筑物中，这样可以有效地提高结构抗弯抗剪能力。土坯房具有保温性能好、就地取材、施工便利、造价低廉等优点，但是由于结构稳定性差、抗震能力不足等问题，随着农村经济水平的提高，其应用日益减少。

图3 土坯房

2.2 秸秆在当前建筑中的应用

秸秆砖房是秸秆在当前建筑中的应用代表。它是以稻草麦秸制作的秸秆砖为基本建材建造而成(图4)，其施工方式简单，施工工人经过简单培训基本能够掌握。在应用过程中，为了避免秸秆砖遭受风雨和害虫的侵蚀，同时增加墙体硬度和结构强度，通常在秸秆砖墙体表面采取抹灰等防护措施。秸秆砖房具有就地取材、施工简便等优点，但仍存在易潮易腐、耐火耐久性能差等问题，不适宜在雨季较长的农村地区或防火要求较高的建筑中推广应用。

图4 秸秆砖

目前，除了秸秆砖外，秸秆还被制成秸秆墙板(图5)等建筑构件，应用在秸秆建筑中。例如，苏黎世设计师 Felix Jerusalem在瑞士的埃申茨设计了一座秸秆建筑(图6)，其特点是将低造价、高隔音、高绝热的麦秸材料，经过连续挤压形成有一个强韧的多层粘合的麦秸板作为墙板体系[6]，用于建筑结构中。

图5 秸秆板材

图6 秸秆墙板建筑

2.3 秸秆在今后建筑中的应用

为进一步扩大秸秆在建筑中的应用，在今后建筑中，可考虑将秸秆与钢材、混凝土等结构材料进行组合，形成新的建筑结构形式，或将秸秆制作成室内装修材料、室内家具构件等。

秸秆与钢材组合形成的轻钢-秸秆结构体系是近年来秸秆在建筑应用的新方向。轻钢-秸秆复合墙体建筑不仅施工方便快捷、抗震性能好，还具有低碳环保节能等优点。研究表明，轻钢-秸秆复合墙体房屋二氧化碳的排放量是砖混结构的1/3，属于低碳建筑[5]。目前，轻钢-秸秆复合墙体房屋已在四川绵竹等地区的灾后重建项目中进行应用(图7)。

图7 轻钢-秸秆复合墙体房屋

预制秸秆混凝土复合墙板是以菱镁水泥为胶结材料，将秸秆碎料制备成秸秆板，在秸秆板两侧外加钢筋混凝土层，中间加以斜插筋连接而成的整体复合墙板(图8)。预制秸秆混凝土复合墙板将秸秆与混凝土材料进行结合，充分发挥秸秆的保温隔热性和混凝土良好的受力性能及耐火防潮等性能，是秸秆在今后建筑(如当前迅速发展的装配式建筑)中的新型应用方式，具有广阔的发展前景。

图8 预制秸秆混凝土复合墙板

将秸秆制成室内地板、门窗、家具等装修装饰材料构件，也是秸秆在今后建筑应用的重要方向。如利用秸秆制备成的秸秆地板，具有取材天然，环保节能，抗压强度高等特点，而且不含甲醛，可以避免传统地板中甲醛释放对人体造成的伤害(图9)。此外，还可将秸秆制成秸秆门窗、秸秆床、秸秆柜子、秸秆屏风、秸秆吊顶等。秸秆家居用品具有取材自然环保、造型轻盈、富有艺术气息等特点，其应用前景广阔，可作为今后秸秆在建筑中的重要应用形式(图10)。

图9 秸秆地板

图10 秸秆家具

3 结束语

(1)我国秸秆产量巨大，但是秸秆利用率较低。传统采用的废弃在田或焚烧处理等方式造成的空气污染、影响交通、浪费资源等问题亟待解决。因而，有必要进一步扩大秸秆的应用途径，提升秸秆的综合利用率。

(2)秸秆具有自重轻、天然环保、保温隔热及隔音性能好、价格低廉等建筑性能。因此，可以进一步研究秸秆在建筑中的应用途径，充分发挥其建筑特性。

(3)秸秆在建筑中的应用历经茅草房、秸秆屋顶、土坯房、秸秆砖房、秸秆板墙板体系等发展阶段，但是因为结构抗震性能不足、防火性能差等问题限制其应用，其在建筑中的应用途径仍有待扩大与研究。

(4)结合当前建筑的发展趋势及秸秆的特性，今后建筑中可考虑将秸秆与钢材、混凝土等结构材料进行组合，形成新的建筑结构形式或将秸秆制作成室内装修材料、室内家具构件等。

[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] 马捷. 秸秆基建筑保温材料的节能减排分析[J]. 生态与农村环境学报，2010(5):430- 435.

[3] 王宝珍. 农作物秸秆在小城镇建设中的应用研究[J]. 小城镇建设，2010(2):67-69.

[4] 顾艺. 浅析秸秆在建筑材料中的应用[J]. 住宅科技，2015(1):23-27.

[5] 戢娇.新型农作物秸秆复合墙体的应用研究[D]. 西安科技大学，2015.

[6] 傅志前. 国外秸秆建筑的产生与发展研究[J].工业建筑, 2012, 42 (2):33-36.

[7] 罗凌霄.3D板的结构性能及其应用综述[J].四川建筑，2012(2):238.

[定稿日期]2017-06-21

高层次人才队伍建设科研支持项目(编号：10101X10096060)；中央高校基本科研业务费专项资金科技创新项目(编号：10101B10096033)；成都市惠民科技项目(编号：2015-HM01-00063-SF)

黄群艺(1984～)，男，讲师，在站博士后，主要从事工程结构抗震研究。

TU531.6

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