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1秸稈建筑材料的物理特性

1.1成分接近木材判斷農(nóng)作物秸稈是否能夠替代木材用于建筑，首先需要通過(guò)考察比對(duì)兩者之間的成分含量。從表1中可以看出：影響板材性能的主要3大因素——纖維素、木質(zhì)素和戊聚糖的含量，農(nóng)作物秸稈與木材以上3項(xiàng)的含量基本相似，尤其是麥秸和蔗渣的纖維素含量非常接近于木材。因此，從理論上說(shuō)，農(nóng)作物秸稈是適宜代替木板用作建筑原料的。

1.2承載力強(qiáng)一般秸稈磚可以承受墻體工作面長(zhǎng)度500kg/m2荷載（近似等于1000kg/m2），如在建造之前做好預(yù)應(yīng)力處理，秸稈磚作為建筑材料在物理承力方面完全可以勝任。

1.3韌性高秸稈磚受到外界靜荷載時(shí)，會(huì)出現(xiàn)被壓扁現(xiàn)象，一旦磚上的荷載被移除時(shí)，就會(huì)恢復(fù)原狀。正是由于秸稈磚的這種高度的韌性，作為建筑材料的它對(duì)沖擊荷載、周期性疲勞破壞有很強(qiáng)的抵抗力，同時(shí)也具有良好的抗震性及抵御颶風(fēng)性能。

1.4隔音效果較好用秸稈制作的隔墻板材自身具有一定的厚度且容重較大，聲波衰減較大，隔音效果比較好，并且秸稈磚相比傳統(tǒng)的黏土磚密度小，故在一定程度上吸收聲音的能力大于傳統(tǒng)的黏土磚。

1.5隔熱性高秸稈建筑可以達(dá)到節(jié)能建筑材料的標(biāo)準(zhǔn)，即年耗能量要求不大于15kWh/m2。比如規(guī)格200mm厚的秸稈墻板，其保溫系數(shù)4倍于370mm黏土磚墻。事實(shí)上，正是因?yàn)榻斩挷牧铣錾母魺嵝砸约暗土某杀荆藗兂３⑥r(nóng)作物秸稈材料制作成諸如隔熱層及填充板，被用于保溫性能差的房屋的密封隔熱。

1.6防潮性好干秸稈本身具有良好的吸濕性能，但為保證秸稈磚的硬度，其含水量應(yīng)控制在低于15%，并設(shè)置防水層，在利用秸稈磚搭建時(shí)，為使潮氣能夠很好地向外擴(kuò)散，可在內(nèi)表面設(shè)置水蒸氣隔離層，外表面處理時(shí)應(yīng)保證水蒸氣能夠溢出，從而保證秸稈磚的干燥。

1.7防火性高秸稈本身極易燃燒，但是經(jīng)過(guò)高密度壓實(shí)之后，在其處于室內(nèi)的面層用泥土抹灰，室外的面層用石灰抹灰之后，其防火等級(jí)可達(dá)到F90（抗燃燒90min），屬于防火性能良好的建筑材料。

1.8防蟲(chóng)防鼠通過(guò)一系列的壓實(shí)和加工后，秸稈板材的密度可達(dá)90kg/m3以上，可有效抵抗各種嚙齒類(lèi)動(dòng)物的破壞，更何況內(nèi)層外層還有抹灰層（厚度為單邊3～6cm）保護(hù)，小動(dòng)物要想突破防線可謂難上加難。這也是即使在年代久遠(yuǎn)的秸稈建筑中也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)蟲(chóng)害和鼠害，同時(shí)也沒(méi)有寄生蟲(chóng)和白蟻存在的重要原因，充分證明了秸稈建筑的強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)可靠度是值得信賴(lài)的。

2秸稈作為建筑材料的優(yōu)點(diǎn)

一般而言，作為一種建筑材料的最基本要求有以下幾個(gè)方面：①技術(shù)性能要求。包括材料本身的隔熱、隔音、耐潮、防腐以及安全、強(qiáng)度等諸多特性；②工藝性要求。主要指作為材料工藝結(jié)構(gòu)能否符合要求，例如是否便于加工制作，后續(xù)維修保養(yǎng)是否方便等等；③經(jīng)濟(jì)性要求。主要指材料的價(jià)格，包括原材料的成本控制、是否可以批量生產(chǎn)等。除了這3個(gè)基本要求之外，還可以從材料是否環(huán)保低碳，是否可持續(xù)等方面加以考量。

2.1原料豐富每年我國(guó)出產(chǎn)秸稈就達(dá)到約7億t，特別是在我國(guó)黃海、淮海和長(zhǎng)江中下游水稻、小麥秸稈高產(chǎn)地區(qū)，是一種可以每年再生的常見(jiàn)資源，原料資源非常豐富，且不受地域限制，從而有效降低了其生產(chǎn)成本。

2.2安全從上述對(duì)秸稈物理特性的分析得知，秸稈作為建筑材料，韌性強(qiáng)、承載力大、隔音、防潮、防蟲(chóng)防鼠，內(nèi)外表面涂抹石灰和泥土的秸稈磚，可以抗燃燒90min。所以，秸稈作為建筑材料的強(qiáng)度和安全性是值得信賴(lài)的。

2.3輕質(zhì)秸稈磚及秸稈板材屬于輕質(zhì)材料，相等面積的秸稈板墻的重量不到黏土磚墻的1/10。據(jù)有關(guān)方面的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，目前每平方米房屋建筑面積的建筑材料質(zhì)量約為1200kg左右，如采用秸稈磚和復(fù)合墻體材料替代，其質(zhì)量?jī)H為80kg左右，大大減輕了房屋的整體質(zhì)量，提高了建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力，增加了建筑物的安全系數(shù)。而且，建筑材料自重的減少，可以節(jié)約運(yùn)輸成本等基礎(chǔ)費(fèi)用，從而降低建筑造價(jià)。

2.4標(biāo)準(zhǔn)定型模塊我們通常都按照標(biāo)準(zhǔn)的尺寸制造秸稈磚或者秸稈板墻。只有這樣，構(gòu)件加工制作才可工業(yè)化，從而降低生產(chǎn)成本。而且，通過(guò)這些標(biāo)準(zhǔn)模塊，房屋體系的平面及空間可以自由搭建，間隔墻拆裝靈活，可按需改變房間數(shù)量、大小及功能。此外，還有一個(gè)很重要的好處：標(biāo)準(zhǔn)化定型模塊后，可以大大縮短工期。據(jù)推測(cè)，標(biāo)準(zhǔn)件施工比傳統(tǒng)施工工期縮短近1/3。

2.5節(jié)能秸稈建筑材料的隔熱保溫性能優(yōu)良，與傳統(tǒng)磚混結(jié)構(gòu)建筑材料相比，其保溫系數(shù)幾倍于黏土磚墻。由于秸稈材料的高隔熱性能，使用秸稈材料的建筑每年可大大降低使用過(guò)程中的建筑能耗。研究表明:“在環(huán)境影響方面，與傳統(tǒng)磚混結(jié)構(gòu)房屋相比，使用秸稈材料的建筑總固有能耗改善了1/3，灰色能耗(指基于灰色系統(tǒng)理論，對(duì)能源消耗的變化特征、影響程度等因素的數(shù)量分析)改善了3/4，二氧化碳足跡改善了2/3，供熱需求降低了1/2，制冷需求減少了1/4。”

2.6環(huán)保秸稈是一種每年再生的建筑材料，其取之于自然、用之于自然、消化于自然，對(duì)環(huán)境的破壞、地球的負(fù)擔(dān)相當(dāng)小。一旦秸稈建筑發(fā)生解體，秸稈可以輕易地從其他建筑材料中剝離出來(lái)，自行消化，可以說(shuō)秸稈材料對(duì)環(huán)境沒(méi)有負(fù)面影響。而且在能耗、溫室氣體排放等方面，秸稈材料的環(huán)保性也遠(yuǎn)優(yōu)于磚混結(jié)構(gòu)。

2.7趣味運(yùn)用秸稈材料自行動(dòng)手建造房子可謂是最理想的一種方式。它不僅可以節(jié)約建造成本，秸稈材料的使用在一定程度上保證了材料的鄉(xiāng)土性和原始性，向人們展示了你所建造的“家”的“獨(dú)一性”，這會(huì)給戶(hù)主一家強(qiáng)烈的“自豪感”——這是我們自己親手建的房子！對(duì)所有參與者來(lái)說(shuō)，這也是一次令人興奮的互動(dòng)過(guò)程，是一項(xiàng)愉悅的社會(huì)體驗(yàn)。

2.8回歸自然的心里訴求在很長(zhǎng)一段時(shí)間里，“大機(jī)器制造之美”一直成為人們的審美標(biāo)準(zhǔn)。隨著時(shí)代的變遷，現(xiàn)在人們開(kāi)始追求不規(guī)則、天然之美，崇尚手工制造以及加工天然建筑材料的技巧。機(jī)器生產(chǎn)出來(lái)的人工的、平整的表面不再符合這個(gè)時(shí)代的審美要求。天然建筑材料漸漸重新走進(jìn)了人類(lèi)的生活，并且更加展現(xiàn)其獨(dú)特的魅力。秸稈材料是天然農(nóng)作物的代表產(chǎn)品，因?yàn)槠洳粫?huì)對(duì)環(huán)境造成任何污染，也不會(huì)產(chǎn)生有毒有害危害（只要使用得當(dāng)），完全能夠滿足人們對(duì)自然回歸的生理和心理需求，以及低碳環(huán)保可持續(xù)發(fā)展的理念。

3急需解決的問(wèn)題

3.1原料的收集、運(yùn)輸和貯存問(wèn)題秸稈是一年生植物，季節(jié)性比較強(qiáng)，因而原料的收集、運(yùn)輸和貯存問(wèn)題比較突出。為了保證一條秸稈板生產(chǎn)線的順利生產(chǎn)，需要大量的秸稈原料支撐。這就需要原料收集的持續(xù)性，為了維持持續(xù)的供給，原料收集地域范圍的半徑不宜過(guò)廣，否則會(huì)大大增加運(yùn)輸時(shí)間及運(yùn)輸成本。此外，由于秸稈原料質(zhì)輕、占地，給運(yùn)輸效率和貯存質(zhì)量都帶來(lái)不利影響。國(guó)外普遍采用打包形式貯存，將秸稈打成一定尺寸、重量約為1t的方包，便于運(yùn)輸和存放。另一方面，由于秸稈原料易燃、含水率等特性，還要考慮場(chǎng)地及其周?chē)沫h(huán)境，包括防火和排水等措施，給原料的貯存帶來(lái)了一定的難度。

3.2社會(huì)對(duì)新型建材的認(rèn)知度由于秸桿材料是新出現(xiàn)的產(chǎn)品，故當(dāng)人們意識(shí)到自己的生活環(huán)境由秸稈原料建造時(shí)，不由自主會(huì)產(chǎn)生一種下意識(shí)的擔(dān)憂：“這種材料可靠哇？安不安全啊……”這些疑問(wèn)都是對(duì)新興事物所產(chǎn)生的正常反應(yīng)。其實(shí)，實(shí)踐證明：秸稈建筑材料的強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)可靠度是值得信賴(lài)的，我們大可不必憂慮。可能，這種新型的環(huán)保材料得到社會(huì)的接受和認(rèn)可還需要一段過(guò)程，這就更加要求社會(huì)包括媒體大力、正確的引導(dǎo)，并作好廣告宣傳工作，慢慢減少?gòu)V大使用者的疑慮，進(jìn)而認(rèn)知并且認(rèn)同這種新型材料。

3.3控制原料成本，降低產(chǎn)品價(jià)格現(xiàn)在市場(chǎng)上無(wú)論秸稈磚和秸稈板墻的售價(jià)都比傳統(tǒng)的土磚、人造板貴50％～300％，因此若想與這些傳統(tǒng)的建材相競(jìng)爭(zhēng)，價(jià)格也是最需要解決的問(wèn)題之一。所以，我們除了通過(guò)合理的方式來(lái)控制原料成本之外，通過(guò)提高工藝技術(shù)來(lái)降低用料的量也是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。比如制造秸桿板采用異氰酸酯膠黏劑施膠的工藝，由于這種膠價(jià)格昂貴，為了控制成本，尋求如何控制和降低施膠量的同時(shí)牢度沒(méi)有弱化的新工藝技術(shù)，成為了這一產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展的新課題。

3.4國(guó)家及地方政府政策的支持和扶持由于秸稈建材的認(rèn)知度低，且售價(jià)高，與傳統(tǒng)的建材相比競(jìng)爭(zhēng)力弱。但是秸稈是一種由太陽(yáng)能、土壤中的水和礦物共同作用組成的綠色建筑原料，它零排放、無(wú)污染，對(duì)環(huán)境沒(méi)有任何的負(fù)面影響。因此，國(guó)家及地方政府應(yīng)在政策與資金上給予大力支持和扶持。就如同國(guó)家為了大力推進(jìn)“電動(dòng)汽車(chē)”的發(fā)展，科技部擬定了《電動(dòng)汽車(chē)科技發(fā)展“十二五”專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃》條例，促進(jìn)了這一朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。所以，秸稈建材的發(fā)展，也需要國(guó)家政府相關(guān)政策的支持和扶持。

3.5積極引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)工藝秸稈建材在我國(guó)剛剛起步，特別是配套的工藝水準(zhǔn)及生產(chǎn)設(shè)備都跟不上形式發(fā)展的需要。生產(chǎn)工藝的成熟度缺乏，穩(wěn)定性弱，國(guó)產(chǎn)設(shè)備生產(chǎn)能力滯后。因此，應(yīng)在加強(qiáng)我國(guó)自身聯(lián)合研制開(kāi)發(fā)的同時(shí)，多借鑒國(guó)外現(xiàn)成的經(jīng)驗(yàn)，實(shí)行“拿來(lái)主義”。有能力的企業(yè)可以考慮“請(qǐng)進(jìn)來(lái)”的方法，與外商合資建廠，引進(jìn)先進(jìn)工藝及設(shè)備，充分發(fā)揮我國(guó)巨大的秸稈資源優(yōu)勢(shì)，使秸稈建材生產(chǎn)逐漸形成規(guī)模，從而走上一條不斷發(fā)展創(chuàng)新的良性軌道。

4秸稈在國(guó)內(nèi)外建筑材料中的應(yīng)用

隨著全球低碳理念的崛起，人們的消費(fèi)、審美理念也在悄然變化，農(nóng)作物秸稈憑借低碳環(huán)保、親近自然的特性，從石材、塑料等眾多主流建筑材料中脫穎而出，成為現(xiàn)代設(shè)計(jì)材料應(yīng)用研究中新的嘗試點(diǎn)。2010年上海世博會(huì)萬(wàn)科館，極具創(chuàng)意的麥垛建筑造型和麥秸板材外墻材料的創(chuàng)新應(yīng)用，使得秸稈建筑第一次作為設(shè)計(jì)的主角為廣大國(guó)人所熟知并津津樂(lè)道（圖1）。2010年上海世博會(huì)萬(wàn)科館的昵稱(chēng)是“麥垛”，它選用秸稈板作為結(jié)構(gòu)材料，并以“材料－結(jié)構(gòu)－空間”的推演為基礎(chǔ)生成建筑形體。最終實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)通過(guò)自然材料(秸稈板)、自然采光、自然通風(fēng)降溫這幾個(gè)方面表達(dá)了對(duì)自然的尊重，喚起人們接受、欣賞、尊重自然的觀念與信心。地震災(zāi)害后人們發(fā)現(xiàn)：使用混凝土建造的房屋大多出現(xiàn)了坍塌情況，而木質(zhì)桁架結(jié)構(gòu)的房屋則更富有彈性，其在地震中的安全系數(shù)更高。在地震頻發(fā)的巴基斯坦，人們開(kāi)始建造“秸稈房屋”，這種建造方法是采用植物秸稈為原材料，把秸稈草磚放在黏土水泥圍住的沙礫地基之上，主要作用是隔熱而不是作為結(jié)構(gòu)和承重組件；墻壁是用竹子制成的，利用特殊技術(shù)復(fù)合加工成材，取代鋼筋水泥用作建筑物的梁、柱、墻等；房頂是木材制成的，用額外的一層秸稈隔熱，上面覆蓋著金屬（圖2）。建成后房子的整體組成更加堅(jiān)固耐用，輕質(zhì)節(jié)能，冬暖夏涼，更重要的是防震系數(shù)高，因?yàn)樗?m2重量只有3kg左右。

5結(jié)語(yǔ)

自20世紀(jì)90年代至今，伴隨全球森林資源的過(guò)度消耗和人類(lèi)環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)，人們?cè)谥匾暋熬G色”、“環(huán)保”、“以人為本”等可持續(xù)發(fā)展元素的同時(shí)，追求“個(gè)性化”、“多元化”、“現(xiàn)代化”成為一種新時(shí)尚。秸稈建材正好是這種思潮下的產(chǎn)物。它取之于自然，用之于自然，分解于自然，完全符合可持續(xù)發(fā)展的理念，而且用秸稈建造的建筑時(shí)尚現(xiàn)代、與眾不同，雖然在一段時(shí)期內(nèi)不可能完全取代木材，而其作為一種綠色建材、生態(tài)建材在家具制造、室內(nèi)裝修、包裝、建筑等行業(yè)將成為木制板材的有力補(bǔ)充。

作者：顧藝陳健單位：同濟(jì)大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院上海工程技術(shù)大學(xué)藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院清華大學(xué)美術(shù)學(xué)院碩士