摘要：無機膠凝材料基秸稈建材指以無機膠凝材料，如水泥、鎂水泥、硅酸鈣、石膏等為膠黏劑，秸稈和工業廢棄物為原材料，添加功能材料和強化材料，經一定配比組合，獲得具有防火阻燃、耐水耐酸堿、抗沖擊抗老化等特點的一類新型建材。本文介紹了該種建材在我國的發展及應用，并對現階段存在問題進行了分析。
關鍵詞：秸稈 無機膠凝材料 秸稈建材
中圖分類號 TU528
0 前言
秸稈是成熟農作物莖葉部分的總稱，常指小麥、水稻、玉米、棉花等農作物在收獲籽實后的剩余物。光合作用產物有一半以上存在于秸稈中，秸稈富含氮、磷、鈣、鎂等，是一種多用途可再生資源。我國是一個農業大國，擁有豐富的秸稈資源，每年各種農作物秸稈產量高達6億多噸，其中玉米稈15864萬噸，稻草14247萬噸，麥秸8694萬噸，大豆稈5533萬噸，棉花稈4146萬噸。目前秸稈資源主要用于燃料、飼料、肥料及工業原料，就此而言利用率也僅20%左右。
秸稈的特質使秸稈可以做建筑材料中一種高效長遠的有效資源[1-6]。首先它是可再生且再生周期短的材料，農作物遍及我國東西南北，因此原料有量大面廣、價格低廉的特點；其次秸稈組成成分中有較大含量SiO2，因此提高了防水性和耐久性；再次秸稈是節能性原料和綠色環保性材料；最后其容重輕，堆積密度在0.1～0.25g/cm3，具有工業灰渣等各種輕質原料所無法比擬的優勢和性能。
秸稈建材[7-11]是指以農作物秸稈為原材料，添加輔助材料和強化材料，經一定配方，生產出的一類新型建筑材料。按照其采用的膠凝材料不同可分為兩大類：其一是有機膠凝材料基秸稈建材，主要是合成樹酯類如：脲醛樹脂膠、酚醛樹脂膠、三聚氰胺樹脂膠、不飽和聚酯膠等。其二為無機膠凝材料基秸稈建材如水泥、鎂水泥、硅酸鈣、石膏等。
1無機膠凝材料基秸稈建材
無機膠凝材料基秸稈建材是指[12-18]以無機膠凝材料，如水泥、鎂水泥、硅酸鈣、石膏等為膠黏劑，以秸稈和工業廢棄物為原材料添加輔助材料和強化材料，經一定配方，生產出具有防火阻燃、耐水耐酸堿、抗沖擊抗老化等特點的一類新型建材。且許多產品的生產工藝不需鍛燒、蒸壓、水浸，生產過程中沒有廢水、廢氣、廢渣排出，省電、省水、節約能源。無機膠凝材料基秸稈建材就是在傳統無機建材中加入秸稈，以達到改善提高材料某些性能的目的。生產中最多見的產品就是用秸稈生產輕質隔墻板。
此類產品有以下特點：防火、防水、防震、防凍、隔音和抗老化；可取代紅磚，減輕墻體負荷，與板材、磚石、水泥粘結牢固；強度高，韌性好，材質輕，降低建筑物自重，增加建筑面積10％，減少工程造價10％；裝修時可鋸、刨、鉆、打孔不變形，可刷、噴、涂、漆；安裝施工方便，整體內空，便于穿埋管線；施工速度比磚砌墻快，可以減少成倍的人工費用。與其它板材相比優勢明顯，表1列出了秸稈輕質墻板與其它板材的性能對比。
2無機膠凝材料基秸稈建材種類
2.1 水泥為膠黏劑
中國建筑材料科學研究院的崔玉忠和崔琪[12-14]研究以水泥為基材的秸稈建材，根據加工后秸稈不同形態生產其適合的條板，包括多孔條板、實心板和夾心板。
其中多孔板的生產工藝[15]是將水泥、砂、粉煤灰、麥秸稈、有機摻料投入攪拌機加水攪拌均勻，再逐漸加入碎麥秸稈直至麥秸稈均勻分散，再二次加入剩余水和有機摻料，攪拌澆注穿芯管再振動密實脫模成型。水泥多孔板是常見的建筑板材，在這種板材中加入秸稈可以是多孔板變得更加輕質，而這種工藝對于其它秸稈建材來講，它的特點是秸稈不用處理，只需簡單碾壓、切斷、粉碎就可以直接應用于水泥條板之中。但目前這種板材中秸稈的摻量只能提高到8％左右。
2.2 鎂水泥為膠黏劑
氯氧鎂水泥是一種氣硬性的膠凝材料，它凝結硬化快，堿度較低，對纖維腐蝕性小，與無機纖維和有機植物纖維能很好地粘接，強度高，成型加工方便，不燃燒，是一種很有前途地膠凝材料。以這種膠凝材料和秸稈為原料，在常溫常壓養護條件下生產的一種新型氯氧鎂水泥制品，價格低、質量輕、安裝方便、能耗低、無毒無污染，屬于綠色墻體材料[16-19]。
這種新型氯氧鎂水泥制品混合料的攪拌[20]要用間歇式攪拌機，時間控制在3min以內。投料順序：依次粉煤灰、氧化鎂、外加劑、減水劑、玻璃纖維和秸稈屑先后順序投料，并加入全部氯化鎂溶液進行攪拌。采用平模振動成型，時間控制在3min～5min，成型后在常溫下養護24h即可脫模。
2.3 硅酸鈣為膠黏劑
這類板材是將活性碳酸鈣和化學改性劑用水調制成一定波鎂度的粘結劑組合物，再將10～30％的該粘結劑組合物、50～70％的農作物秸稈粉以及2～25％的含有硅酸季銨粉末的輔助材料的原料混合，再經打漿機充分打漿、注模、凝聚和脫模后養護而制成硅鈣植物纖維輕體墻板。
這種方法生產的硅鈣植物纖維輕體墻板強度大、韌性好、不返鹵，同時提高了農作物秸稈粉的摻入比例。
3無機膠凝材料基秸稈建材生產方法
作為生產方法按秸稈與采用的膠凝材料種類以及含水率大小，可分為：半干法擠壓成型、真空壓力擠出成型、半干法平壓成型、澆注模具成型等方法[21-25]。
3.1半干法擠壓成型
將膠凝材料與活性工業固體廢棄物輕集料與含有外加劑的水，均勻攪拌成半干性混合料在擠壓機內擠壓成型。擠壓機的擠出方式有螺旋擠壓、推板擠壓、芯模加振擠壓等。擠壓成型條板工藝特點是集料為半干性混合料，制品收縮率較模具成型要低；擠壓成型條板密實度較高。
擠壓成型可以在集料中加入短纖維，長度通常在6～12mm，纖維可以是秸稈纖維、玻璃纖維、維綸纖維、PP纖維，也可用連續纖維或5～6mm左右的鋼絲作為增強，纖維束和鋼絲可置于擠壓成型機中，與硅酸鹽水泥和集料共同擠壓成型。
3.2 真空壓力擠出成型
采用普通硅酸鹽水泥或硅鎂水泥為膠凝材料，外摻工農業生產廢棄物：粉煤灰、石粉、礦渣、秸稈、合成纖維等為增強填充料，適量的增塑劑和水，經攪拌、捏合在真空擠出成型機內，經真空排氣并在螺桿的高擠壓力與高剪力的作用下，由模口擠出而形成的具有多種斷面的條形板材。
真空壓力擠出成型的特點是：制品質地均勻，表面平整，密度高，強度高；可以更換機頭模口，即可生產各種斷面的產品，板材的空洞可是方形，矩形，圓形，空洞率可在50%～65%；被擠出料具有可塑性，含水率低，收縮率小，不僅可做內隔墻，還可做外墻，有十分良好的建筑功能。
3.3 半干法平壓成型
半干法工藝系指在混合料中加入少量僅能滿足膠凝材料水化所需的水和混合組分中的吸附水，使混合料為半干硬性料，通過機械鋪裝等工藝處理形成的板坯在受壓狀態下，完成膠凝材料與增強纖維或刨花的固結。
半干法生產工藝之所以能被較廣泛的接受，其原因是該工藝節能、節水、無廢水排放，由于在受壓下完成材料的固結硬化，因而制品具有密實、強度高、吸水率低、尺寸穩定性好等優點，該工藝較為典型的是水泥刨花板的生產。
3.4 澆注模具成型
澆注模具成型對澆注的集料要有流動性，其集料液／固比值在0.41～0.51之間，澆注的方式有手工成型、
平模成型和立模成型，作為增強的材料多用抗堿玻璃纖維網格布或秸稈纖維，對于玻璃網格可采用平鋪、掛網和張網成型。
表2從拌料方法、成型方法、工藝特點、產品特點概括了秸稈板材的四種不同生產方法。
4無機膠凝材料秸稈基建材前景及局限
無機膠凝材料基秸稈建材有以“節能環保”為核心的一系列優點，發展前景十分廣闊：在北京舉行的第六屆創業中國高峰論壇中，以秸稈綜合利用的創業技術產品中出現了許多新品種，從秸稈彩瓦到秸稈防火板材，它們的經濟、環保、耐用、隔熱、隔音等方面無一不呈現出讓傳統高端建材相形見絀的氣勢，豐富與擴充秸稈類生物質建材內涵，提高了該類建材制品市場競爭力。前不久，秸稈防火板材更是被奧運場館的“鳥巢”項目所采用。傳統印象中屬于“草根”的秸稈建材已轉型為高貴、環保、經濟的新一代產品。但是目前該類建材還存在以下問題需要解決：
（1）產品價格缺乏競爭力
一些地區，作為秸稈原料平均收購價每噸在150～200元。作為麥秸而言，其可用部分僅為莖稈和葉梢，兩者之和不足80%，在生產中加上損耗，實際利用率僅為59%，這樣秸稈用在生產上成本要達到250～300元，與木材為原料相比就沒有多少優勢可言了[26-28]。
（2）產品質量有待提高
與其它墻體材料相比，摻加秸稈粉的板材由于秸稈與膠凝材料之間的粘結問題，表面的秸稈會影響整個板材的成型和外觀，另外秸稈的加入改變了制品內部的孔結構。以鎂水泥秸稈制品為例[29-30]，目前全國90%的鎂水泥秸稈建材產品存在多氣泡、變形、粉化等技術問題。
（3）設備專業化程度低
對秸稈纖維的特殊處理，諸如：除皮、除髓芯、脫蠟等專業化處理考慮不夠完善，大多沿用了生產木材為原料的人造板設備，缺乏針對秸稈加工的特殊性和制造的特殊性要求。
（4）政策導向和傳統觀念影響
以農業秸稈為原料生產建筑板材沒有給予像增值稅退稅等優惠政策，從而影響了部分生產企業的積極性。再者消費者看到的是秸稈簡單替代木屑，在質量或者工作性能上沒有進步，所以寧可購買原有產品，也不愿相信這種替代品。
參考文獻
1 鄒惟前，鄒菁 利用固體廢棄物生產新型建筑材料 北京 化學工業出版社 2004，18
2 陸仁書 纖維板制造學 北京 中國林業出版1991，35
3 張德衍 利用廢棄木質材料制作刨花板 林業機械與木工設備 2000，28（9）
4 Bob Falk. Opportunities for the Woodwaste Resource. Forest Products Fournal, 1997, 47（6）
5 David C Smith. The Generation and Unilization of Residuals From Compositepanel Roducts. Forest Products Fournal, 2004, 54（2）
6 Grigoriou A H. Waste paper-wood composites bonded with isocyanate. Wood Science and Technology Journal of the International Academy of Wood Science. Spinger-Verlag, 2003，51
7 劉賀梅，趙科選 農作物農業秸稈可持續綜合利用發展 河南農業2006（6）：37
8 于文吉 生物質資源農作物秸稈應用于人造板工業的可行性分析 木材工業 2006（2）：23
9 陳琳，孫琦，周定國 我國人造板工業發展趨勢預測與原料創新研究 林業科技2005年9月30卷（5）：72
10 鄒海明 農業秸稈資源化利用途徑探討農業與技術2005年10月（5）：78
11 封莉，劉俊峰等 秸稈生物質資源利用途徑及相應技術 農機化研究 2004（6）：193
12 崔玉忠，崔琪 植物秸稈水泥條板及成組立模生產技術 新型墻材 2006，8
13 Shen Rongxi，Cui Qi，Cui Yuzhong Glass Fibre Reinforced Sulphoaluminate Cement-A Substitute for Asbestos Cement In: Bhanumathidas N，Kalidas N eds. Proceedings of Second International Symposium on Concrete Technology for Sustainable Development with Emphasis on Infrastructure. Feb. 27-Mar.3, 2005 Hyderabad, India. 349
14 沈榮熹 纖維水泥制品工業的現狀、動向及展望 北京：中國建材工業出版社，2000，13
15 沈榮熹，崔琪，李清海 新型纖維增強水泥基復合材料 北京：中國建材工業出版社，2004，100
16 黃華大 秸稈鎂質水泥輕質條板的生產及應用 墻材革新與建筑節能 2002，4
17 江嘉運，肖力光 用氯氧鎂水泥和秸稈生產輕質空心條板 混凝土與水泥制品 2004，3
18 繆建華，賈一春 高強鎂質復合墻體材料的研究 江蘇建筑 2004，1
19 趙祥，李嘉華 改性氯氧鎂水泥吸聲保溫板在建筑節能中的應用 保溫材料與建筑節能 2004，3
20 馬超良 氯氧鎂水泥植物纖維墻板工藝改進與新產品開發 建材工業信息 2005，1
21 黃承逵 纖維混凝土結構北京：機械工業出版社 2004，23
22 葉啟漢 纖維水泥制品行業論文選集（1995－1999）北京：中國建材工業出版社 1999，121
23 Balaguru P N, Shah S P. Fiber-Reinforced Cement Composites. New York: McGraw-Hill, Inc, 1992，17
24 Johnston C D. Fiber-Reinforced Cements and Concrete. Canada: Gordon and Breach Science Publishers, 2001，69
25 Majumdar A J, Laws V. Glass Fiber Rernforced Cement. Oxford: BSP Professional Books, 1991，10
26 馬紅霞，王天佑等農作物秸稈人造板發展現狀與前景 木材工業 2005，7 ，19（4）：5
27 肖力光，趙露 秸稈制造新型復合節能墻體材料可行性研究吉林建筑工程學院學報2004，6，2（21）：2
28 樊菲，周美華 實現秸稈工業原料資源化利用中國資源綜合利用 2004（4）：13
29 吳金焱，朱書全 氯氧鎂水泥及其制品的研發進展中國非金屬礦工業導刊 2006，1
30 涂平濤 菱鎂材料及制品標準的有關問題分析及商榷 磚瓦 2005，5
