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鄭州中天建筑節能有限公司
植物纖維生產多種墻材
綠色、節能、建筑
為人們提供安全舒適、環保健康、安全美觀的居住、活動空間；同時高效的節省資源、能源，較少的破壞環境的的建筑。綠色、節能、建材是：綠色、節能生態建材。取材再生原料；生產、建筑施工、過程中不污染物環境不排放
對人有害污染物質；全壽命使用過程中高效節能、使用后可以再生利用的建筑材料。綠色、節能、建筑，是綠色、節能、建材特性的集合和體現；綠色、節能、建材是綠色、節能建筑的根本保證、是綠色、節能、建筑變革的前提和基礎。那么，體現綠色、節能、生態建特性的綠色、節能、生態建材在那里?“植物纖維系列建材”、“植物纖維省地節能輕體建筑”。充分體現和滿足了綠色、節能、建筑特性。為綠色、節能、建筑的實現提供了物質保障。
關鍵詞：農、林廢氣物利用；綠色節能；環境和諧；回收再利用
1．植物纖維(秸稈)系列墻材、建筑的產品現狀現已量產，并各種建筑工程中使用的產品序列有：“植物纖維外墻保溫板”、“植物纖維高強樓板”、“植物纖維防火防水內墻屋面多用板”；獨立整體建筑有168、228、280平米“植物纖維省地節能輕體別墅”
2．植物纖維系列墻材、建筑的優越特性
2．1原料取材具有極好的原生態再生性：它的主要原料取用農林廢棄物秸稈、鋸末、荒草等。在產品的體積中占60％。這些“植物纖維”原生態特性中，輕體、保溫、綠色環保、與人體天然適應性等優點，使墻材和建筑具備了綠色、節能、輕體、舒適的特性。并且在建筑全壽命使用后，可回收再利用。例如：所有系列墻材，建筑拆除后可粉碎成1．5—2厘米顆粒，用作道路墊層材料；粉碎成3—5還米顆粒，用作外墻保溫填充材料。“植物纖維系列墻材”的發展和應用，為徹底禁止粘土磚的實現，提供了可靠的替代產品，使這一目標的真正完成變為現實。
2．2生產和施工過程的環保性：“植物纖維”系列墻材在生產過程中，沒有污染。全部原料不含氡、甲醛、苯等有害物質。全部生產過程中不排氣、水、渣。施工中，全部采用干式作業。工廠制作、按序拼裝、專用螺栓快速連接。全過程沒有噪音、水、渣、泥、場地污染。“植物纖維系列墻材”的發展和應用，將極大的消除建材生產、建筑施工中嚴重的污染狀況，為無污染生產和清潔施工提供了可靠手段。
2．3生產和施工高節能性：“植物纖維系列墻材”在生產過程中每平方米耗能O．5度電。(鍘草O．2度，制板O．3度)
植物纖維及礦產資源綜合利用克標準煤。施工過程每平方米用電O．03度(電動扳手)。“植物纖維系列墻材”的發展和應用，為建筑業實現十三五的節能目標和我國建筑使用中大量耗能的盡快轉變，提供了切實的產品支撐。
2．4全壽命使用過程突出的節能特性：“植物纖維外墻保溫板”為例，比較與它材料的保溫節能性能、價格。
見表1．表1植物纖維保溫板與常用墻體材料的保溫參數、價格比較數據比較導熱系數熱阻系數材料名稱厚度參考價格w／(m．k)(m2．k／w)導熱系數熱阻系數w／(m．k)(m2．k／w)粘土磚0．24m0．810．29685元／平米21：18．6：1粘土磚0．37m0．710．456105元／平米18．7：15．6：l多孔磚0．24O．58O．41485元／平米15．3：16．2：1多孔磚0．370．490．638115元／平米13：14：l夾氣混凝土0．300．810．466105元／平米2l：l5．5：1Eps板O．040．0431．92965元／平米水泥砂漿0．020．930．022混合砂漿O．020．870．023植物纖維145元／平米O．2O．03792．55Q2．55外墻保溫板全部完成墻植物纖維160元／平米0．24O．032．790．032．79
外墻保溫板全部完成：(1)，造價均以完成墻計算。(2)，比值以“植物纖維外墻保溫板“數據比照。由于“植纖”墻材良好的絕熱性能，使得建筑在主要耗能期，即使用期中的節能極為突出，較好滿足了節能6096以上的要求。2．5使用后回收的可重復利用性：“植物纖維”建材、建筑的回收極為方便。只需鋸開與輕鋼節點上的聯接螺栓，便可分解破碎再利用。每平方米回收耗電不超過0．3度。(分解O．1度，粉碎O．2度)約合11l克標準煤。“植物纖維墻材和建筑，在建材生產、建材運輸、建筑施工、全期使用各環節，與傳統建筑在耗能上形成較大反差
植物纖維生產節能環保的墻體材料
21世紀以來,保護環境以及合理、高效地開發與利用資源已成為世界矚目的熱點。在我國,隨著工業化和城鎮化的快速發展,作為典型資源依賴型工業的房屋建筑業在推動國民經濟迅猛發展的同時,由于消耗大量的資源能源,迫使其繼續發展受到制約。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的重要組成部分,其產值接近建材工業總產值的1/3,耗能占建材工業總耗能的1/2左右,因此,加速發展節能利廢的新型墻體材料,不僅是調整建材工業能源結構的重要措施,而且對改善建筑功能,節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,是我國高速發展國民經濟的根本需要和實現住宅產業現代化和加快城鎮化建設的基本要求。
我國作為農業大國,隨著農業連年豐收,秸稈產量也大幅度上升,產量大約為6.5億t/年[2]。農作物廢料秸稈等的處理已成為社會問題,除了少部分被當作飼料、肥料等開發利用外,大部分被付之一炬,不僅浪費資源,而且嚴重危害了自然生態環境。因此,廢棄農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作物的利用問題,同時又適應了國家建設節能型社會的需求,促進了可循環經濟的發展,加快了我國高效、低價、環保、實用的節能建筑產品的研發和應用。
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能環保生態建筑材料。其特點主要表現在:①原材料可以再生、廢棄且無害。②節能利廢,改善環境。生產該類材料將盡可能減少礦產資源的過度利用,降低生產能耗,并可大量利用農業廢棄物作原料,減少由于對其處理處置不當而引發的環境污染。③節約土地。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。在生產過程中,減少廢渣、廢水、廢氣的排放,大幅度降低噪音,實現較高的自動化程度。⑤可再生利用。產品達到其使用壽命后,可再生利用而不污染環境。
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、花生殼等農作物廢棄物。目前,利用農業廢棄物生產的主要墻體材料包括麥秸均質板(圖1)、紙面草板、植物纖維水泥板、麥秸人造板和秸稈鎂質水泥輕質板等。
2 植物纖維墻體材料的發展狀況
2.1 國內植物纖維墻體材料的發展狀況
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80~90年代,利用蔗渣制造硬質纖維板、刨花板的工廠體系在我國南方逐步出現。隨著我國建筑業的革新與進步以及建筑節能工作的深入開展,環保利廢型墻體材料的生產和應用出現了快速增長的良好局面。以麥秸、稻秸、棉稈等非木質材料作為原料生產制造墻體材料的技術與工藝已成為國內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性能可以達到國家有關人造板的標準技術指標。我國廣西、廣東和福建地區也是植物纖維的盛產地,許多學者就植物纖維增強水泥基復合材料的開發進行了探索。章希勝等[3-5]研制開發了價格低廉、防滲防漏、性能優異的植物纖維水泥復合板,取得了良好的經濟效益。針對內含鋼渣的植物纖維增強水泥基復合材料,李國忠等[6]探討了其基體結構和界面狀況對材料性能的影響。近年來,隨著建材產品結構合理化以及先進生產技術的傳入與發展,國內涌現出大批生產秸稈板材的廠家,其產品市場逐步由國內拓展到海外[7]。植物纖維墻體材料開始穩步發展。
2.2 國外植物纖維墻體材料的發展狀況
國外植物纖維墻體材料的發展由來已久,草磚建房技術在北美已有百年歷史。早在20世紀初就出現了利用秸稈加工生產人造板材的技術;1920年美國路易安那州建立了蔗渣制板廠[8];英國Compak設備公司最早開始研究采用麥秸和稻草作為板材原料,經過10年努力,成功制造出性能高于木質刨花板的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,制造出高質量的人造板。目前,全球已有20余個國家開辦了以農作物為原料的人造板生產廠家,美國和加拿大超過50%。其中,美國PRIML BOARD公司,加拿大ISOBORD公司生產線產量均在10萬和20萬m3以上;美國的麥秸板全年產量約為1 600萬m3 。
由于保護森林資源和維護生態平衡的需要,各國開始致力于開發非木材植物纖維建筑材料。自20世紀80年代以來,利用非木質植物纖維增強水泥基材料的研究和利用成為不少發展中國家致力研發的熱點。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,因此發展中國家從經濟的角度考慮,特別注意開發這方面的資源,主要研究本國盛產的植物纖維。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,旨在推廣以農業廢棄物,如棉花稈、甘蔗渣、豆秸和稻秸為原料的廉價的建房材料。埃及盛產棕櫚樹,20世紀90年代中期,埃及科學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,并且發現由于棕櫚樹葉獨特的內部結構,經過水泥溶液浸泡,其纖維變得更加稠密,使得經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水泥溶液浸泡的抗拉強度高。
近年來,一些發達國家的科研單位,也配合發展中國家進行非木質植物纖維增強水泥基材料的研究,并且取得了一定的進展。目前,世界不少國家已經生產與應用非木質植物纖維增強水泥基材料。據美國ACI544委員會的報告[12],全球約有40個國家有可能將該材料應用于建筑物中。具有百年歷史的澳大利亞的JamesHardie公司,專業從事植物纖維水泥制品研制,1981年起開始生產壓蒸式木纖維增強水泥,并將該項技術推廣至美國以及亞洲與非洲的某些國家。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勢
3.1 來源廣泛、節約能源、保護環境
植物纖維墻體材料以來源廣泛的農作物廢料秸稈等作為原材料,不失為一種變廢為寶、節約資源的有效措施。其低廉的建筑造價符合我國基本國情及產業政策。在避免對木、竹材等資源過度開發利用的同時,為廢棄農作物的合理利用提供了有效的方法與途徑,使秸稈等農作物廢料引發的環境生態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,出現的性能較好、實用性較強的產品之一。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境消納物質,對生態環境幾乎無影響。為墻材改革的平穩過渡和未來高性能住宅的發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、跨年度施工的傳統模式。并且將可能實現建筑輕體化、高能化、省地化。
3.4 實現建材生產的低耗高產
以植物纖維外墻保溫板為例,在生產成本中,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,其產出量與能耗比極低。植物纖維在使用中的節能效益很高。如,200mm規格的該墻板與370 mm規格的粘土磚墻相比,其保溫系數高出粘土磚墻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展前景
(1)隨著高層建筑的增多及國家保護耕地相關法規的出臺和建筑本身節能要求的不斷提高,我國住宅墻體建設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,在南方地區尤為嚴重,因此,這些建材產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、高強、保溫性能好、吸水率低、抗凍融性能高等優點和諸多特性,勢必產生巨大的經濟效益和社會效益,成為未來墻體市場發展的主流。
(2)作為世界上農作物秸稈纖維產量豐富的國家,我國很有必要對植物纖維建筑材料加以研究與探討,以開拓對農業廢棄物資源的利用領域。同時,秸稈等農業廢棄物作為可再生資源,符合節能、可持續發展的要求,將其作為墻體材料原料也不失為節能利廢,有效處置農業廢棄物的途徑,而且發揮了農村資源優勢,增加了農民收入。采用秸稈等農業廢棄物作為墻體材料的原料,開辟了新的原材料來源,緩解了各地發展墻體材料資源短缺的矛盾,更推動了各地墻材工業的發展,促進了墻材產品結構的變革。同時,隨著墻材品種的增加,也將有力地推動房屋結構的變革和觀念的更新,促進建筑產業化的實現。節能利廢型植物纖維墻體材料作為新型綠色環保建筑材料,將具有廣闊的工程應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的意義。
5 結語
隨著人們對節能及環境問題的廣泛重視,研制新型環保墻體材料已成為建筑業的發展趨勢,建筑墻體材料必須更新換代,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勢,不僅符合未來建筑材料需求的方向,而且符合國家發展循環經濟,建設環境友好型與資源節約型社會的重大戰略方向,同時順應了世界環境保護的主流趨勢,勢必在建材發展市場中占有重要的一席之地。
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