1   緒論 

1.1   課題研究的背景 
現(xiàn)階段，我國資源的利用現(xiàn)狀表現(xiàn)為：一方面，[1]城市化進程的推進促使各行各業(yè)加大資源的開采力度,特別是非可再生資源的采掘,其中又以建筑行業(yè)為甚。近幾年，每年我國城鄉(xiāng)建房不少于 10 億平方米,需要各種隔墻材料大約20 億平方米。其中，實心粘土磚年使用量為 7000 億塊左右，生產(chǎn)耗煤約占全國總能耗量的 25%，生產(chǎn)企業(yè)占地約 335501 萬平方米,毀田 7337 萬平方米。針對上述粘土磚使用情況，為了節(jié)約土地，降低生產(chǎn)能耗，國家出臺一系列政策，成立專門機構，開展墻體材料革新和建筑節(jié)能工作。1988 以來，國家先后頒布《嚴格限制毀田燒磚、積極推進墻體材料改革的意見》、《關于公布“在住宅建設中逐步限時禁止使用實心粘土磚”大中城市名單的通知》、《關于公布第二批限時禁止使用實心粘土磚城市名單的通知》等相關文件，力求到 2015 年，全國30%以上的城市實現(xiàn)“限粘”、50%以上縣城實現(xiàn)“禁實”，有序推進鄉(xiāng)鎮(zhèn)、農(nóng)村“禁實”工作。 其次，我國社會總能耗的近 50%是建筑領域的耗能，而建筑圍護外墻及屋面的耗能又占建筑耗能的 60%。建筑節(jié)能特別是外墻體的保溫節(jié)能，是節(jié)能減排的重中之重。這一工作不僅關系到我國黨和政府向世界做出的減少碳排放的承諾，也不僅是一個負責任的大國的形象展示，而是關系到我國億萬民眾提高居住條件的民心工程，更關系到我國日漸枯竭的能源危機形勢和日益嚴重的環(huán)保、現(xiàn)實的政治、經(jīng)濟、能源等的重大問題。建筑墻體節(jié)能是各國節(jié)能減排重點課題，利用環(huán)保型建筑材料一次性解決此問題，是對國家節(jié)能工作的一大貢獻，利用外墻自保溫體系有如下優(yōu)點：1．提高了防火性能，可避免保溫層火災發(fā)生；2．降低能耗，超過國內最高標準，并力爭趕超世界先進水平；3．減薄墻體，提高墻體的抗震性能，減低建筑整體能耗；4、達到墻體及保溫同壽命；5．最大限度降低墻體材料生產(chǎn)成本；6．最大限度減少房屋公攤面積；7．開發(fā)可組合的熱阻可調的砌塊系列產(chǎn)品；8．實現(xiàn)對固體廢棄物最大量消耗，最低成本處置，最高價值的利用。 
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1.2  國內外處理和應用農(nóng)作物秸稈現(xiàn)狀
國外[3]在建筑上對秸稈的利用主要是采用物理方法,即不改變農(nóng)作物秸稈的基本性能的情況下，對其形狀、大小進行改變，以達到保存或提高秸稈使用價值的目的。國外通過對秸稈進行壓實，形成滿足密實要求的墻體材料，包括秸稈磚和秸稈板，，然后直接使用。國外主要采用秸稈磚技術，即將松散的秸稈擠壓，捆綁成尺寸較大的秸稈砌塊，再砌筑成墻體的秸稈磚建筑，該技術改變了秸稈材料只能應用于屋面保溫隔熱的傳統(tǒng)技術，拓寬了秸稈材料在建筑中的應用范圍。 從 1886 年[4]第一座秸稈草磚建筑建于美國總部的內布拉斯加州的沙山地區(qū)開始到 19 世紀 40 年代，新秸稈技術的應用達到了秸稈建筑發(fā)展的第一個高潮。僅 1915-1930 年間，內布拉斯加州就修建了約 70 座秸稈草磚建筑，這些建筑成功抵御了該州大幅度的溫差和暴風雪的強風，多數(shù)保存到 1993 年以后。修建于1938 年的坐落于美國阿拉巴馬州亨茨威爾的伯里特大樓，共計在墻、頂棚和屋面中使用了 2200 塊秸稈草磚，是美國最早采用在兩層梁柱木結構中填充秸稈磚的建筑（圖 1.1）。20 世紀 40 年代，以鋼筋混凝土的現(xiàn)代建筑崛起，以秸稈草磚建筑為代表的建造方式被迅速邊緣化了，直到 20 世紀 70 年代末，隨著綠色環(huán)保觀念的興起，秸稈建筑又重新再美國各地建造，隨后普及到加拿大、墨西哥、拉丁美洲、法國、英國、新西蘭、蒙古和澳大利亞等地，將秸稈作為建筑材料又得到青睞。1948 年，Jan Sonneveld 選擇用鋼結構、秸稈砌塊填充墻和金屬屋頂在荷蘭的奧沃凱爾克建造了一棟生態(tài)型住宅，又名蝴蝶房（圖 1.2）。隨后，在瑞士的埃申茨，蘇黎世設計師 Felix  Jerusalem 使用經(jīng)過連續(xù)擠壓形成的三種規(guī)格的麥秸板作為墻板體系，設計了一座秸稈建筑（圖 1.3），其中輕型的用于隔熱和隔音，中等的用于室內墻壁，而重型的用作結構構件。  
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2   試驗概況 

2.1   農(nóng)作物秸稈再生保溫磚的制作材料的選用 
秸稈是成熟農(nóng)作物莖葉（穗）部分的總稱。通常指小麥、水稻、玉米、薯類、油菜、棉花、甘蔗和其它農(nóng)作物（通常為粗糧）在收獲籽實后的剩余部分。它是由光合作用形成的細胞壁物質，在形成過程中秸稈中的 C、H、O 組成了一系列的有機物質，包括纖維素、木質素、半纖維素、脂肪、蛋白質等高分子聚合物以及些許水分。纖維素類物質是植物細胞壁的主要組成成分，它是由 D—葡萄糖基通過 β—（1，4）苷鍵連接起來的線型高分子聚合物，起骨架作用，是提供植物纖維力學性質的主要成分。它包括木質素、纖維素等，它使秸稈具有纖維增強作用[10-12]。秸稈中的無機鹽用灰分表示，由硅酸鹽和其他少許微量元素組成，含量大約為 6%左右。農(nóng)作物成熟后，秸稈中的維生素差不多被全部破壞，因此秸稈中所含的維生素很少。表 2.1 為幾種主要植物纖維的化學組成。其中小麥秸稈主要由纖維素、木素和聚戊糖組成，無機成分僅占 18%，它
們主要由鈣、鉀、鋁、鐵、鈉和二氧化硅等化合物組成，其中二氧化硅為主要成分。小麥秸稈在潮濕狀態(tài)下易受到霉菌、細菌等微生物的侵蝕，破壞小麥秸稈結構，導致腐爛，使小麥秸稈喪失強度。小麥秸稈表層組織致密，積聚著大量的 Si O2和栓質細胞，纖維素、半纖維素較少，對細菌侵入有一定的防護作用。 農(nóng)作物秸稈的纖維素分子有結晶區(qū)和非結晶區(qū)，分子在結晶區(qū)內排列有序，很緊密；而在非結晶區(qū)內，分子排列無序，較松散，稱為無定形區(qū)。纖維的強度視結晶部分的比例而定，纖維的膨潤能力等視無結晶部分的含量而定[14]。
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2.2   農(nóng)作物秸稈再生保溫磚的試驗配比
在前期大量試配研究的基礎上，本試驗最終選定采用三種不同組成成分的農(nóng)作物秸稈再生保溫磚配合比，組成成分中骨料和水是變量，小麥秸稈、添加劑和水泥添加量不變。將三種不同配合比的農(nóng)作物秸稈再生保溫磚，分別編號ZⅠ、ZⅡ、ZⅢ，配合比通過前期農(nóng)作物秸稈再生保溫磚材料大量試驗獲得，組成成分含量和水灰比如表所示。 其中，小麥秸稈、添加劑、粗砂、中砂、細砂、石粉、水的百分含量均是以水泥的質量為基準。在和料的順序上要注意的是不能將全部材料混合后再進行攪拌。應該先將粉碎的小麥秸稈、添加劑和水按順序和劑量加入攪拌機，攪拌 5 分鐘后，再加入水泥、河砂或石粉攪拌 15 分鐘，這樣可以攪拌均勻。試驗表明如果所有材料同時倒入攪拌機攪拌，水和添加劑遇到水泥、小麥秸稈等極易形成秸稈塊或小泥團等，很難和均勻。 
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3  農(nóng)作物秸稈再生保溫磚的材料力學性能試驗研究 ....... 14 
3.1   農(nóng)作物秸稈再生保溫磚尺寸測量 ..... 14 
3.1.1   測量方法 .... 14 
3.1.2   結果評定 .... 14 
3.2   抗壓強度 ..... 15
3.3   抗折強度 ..... 23
3.4   凍融試驗 ..... 26
3.5   其他物理力學性能 ..... 29
3.6 本章小結 ........ 37 
4   農(nóng)作物秸稈再生保溫磚的熱工性能 ....... 38
4.1   熱工概念和術語 ......... 38 
4.2   測定方法 ..... 38 
4.3   試驗設備及工作原理 ......... 39 
4.4   試樣制備 ..... 41 
4.5   試驗步驟 ..... 41 
4.6   熱分析基本理論與結果分析 ..... 41 
4.6.1   熱分析基本理論 ........ 41 
4.6.2   結果分析 .... 42 
4.7   本章小結 ..... 45 
5   農(nóng)作物秸稈再生保溫磚經(jīng)濟性及社會效益分析 ........... 46
5.1   經(jīng)濟性分析 ......... 46 
5.2   社會效益 ..... 45

5   農(nóng)作物秸稈再生保溫磚的經(jīng)濟性及社會效益分析 

5.1   經(jīng)濟性分析 

通過有關市場調查，燒結粘土實心磚市場價為 0.42 元/塊，生產(chǎn)成本為 0.26元/塊，每塊農(nóng)作物秸稈再生保溫磚生產(chǎn)成本比燒結粘土實心磚低 0.05 元，可見農(nóng)作物秸稈再生保溫磚在費用上比燒結粘土實心磚有一定優(yōu)勢。 根據(jù)有關國家規(guī)定，建筑節(jié)能材料為國家扶持產(chǎn)品，可免增值稅及相應的教育費附加、城市建設維護說。所得稅免二減三，地方所得稅按 3%取。利用秸稈制作的新型墻材屬于廢物利用，可享受國家免稅政策。 農(nóng)作物秸稈再生保溫磚相較于燒結粘土實心磚密度小體輕，從而可以減輕墻體的荷載，因而降低基礎造價，一般情況下可節(jié)省建筑總造價的 5%以上[37]。三種配合比農(nóng)作物秸稈再生保溫磚的密度為 1068kg/m ～1335kg/m ,可以使建筑的自重比磚混結構建筑的自重降低 25%以上。因為建筑自重變輕，地震的破壞力減小，從而提高了建筑的抗震能力。 

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結論 

本文將小麥秸稈、水泥、河砂、石粉、水和化學添加劑等，在前期大量配合比試驗研究的基礎上，選取三種不同的配合比制作農(nóng)作物秸稈再生保溫磚，并參照相關標準對材料的基本力學性能，保溫性能和經(jīng)濟性進行分析研究，得出以下結論： 
1．農(nóng)作物秸稈再生保溫磚選用秸稈這種農(nóng)作物廢棄物，通過使用化學添加劑，可以同其它材料很好粘結做成磚，磚的制作過程簡單，耗用時間短，同時成型后很快就可以堆放，說明早強性好，磚體密實良好，對于大規(guī)模的推廣起到了重要的促進作用。 
2．三種配合比農(nóng)作物秸稈再生保溫磚抗壓強度，抗折強度、凍融性能、含水率、吸水率、飽和系數(shù)、體積密度等基本力學性能基本滿足《燒結保溫磚和保溫砌塊》（GB  26538-2011）的要求；通過凍融試驗，磚的質量損失率和抗壓強度損失率均能符合標準的規(guī)定；體積密度略高，干燥收縮值雖然高，但是《燒結保溫磚和保溫砌塊》（GB  26538-2011）中并未對其有所規(guī)定，所以農(nóng)作物秸稈再生保溫磚基本符合《燒結保溫磚和保溫砌塊》（GB  26538-2011）中的各項規(guī)定，應用于工程上是基本可行的。 
3．農(nóng)作物秸稈再生保溫磚的導熱系數(shù)滿足保溫隔熱材料的要求，同時比加氣混凝土、鋼筋混凝土、蒸壓粉煤灰磚砌體等墻體材料有更好的保溫性能。原因在于秸稈本身具有良好的保溫隔熱性能，同時磚體內部空隙很小、狹長且均勻分布，不存在較大的空氣層，當熱量傳遞的時候，空隙間大量空氣流動性差，使得熱量難以通過空氣傳遞，因此農(nóng)作物秸稈再生保溫磚的保溫效果明顯。
 4．農(nóng)作物秸稈再生保溫磚的單塊成本費用為 0.21 元，相較于其它常見墻體材料有很大的價格優(yōu)勢，同時利用秸稈這種農(nóng)業(yè)廢棄物，減少了環(huán)境污染，節(jié)約土地，同時給農(nóng)民增加收入，有較大的社會效益。 
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參考文獻(略)

本文編號：148784