劉 寧

(江蘇師范大學(xué),江蘇 徐州 221116)

近幾年，隨著“綠色建材”概念的提出，越來(lái)越多的廢棄物被開(kāi)發(fā)并應(yīng)用于建筑材料中，如粉煤灰、礦渣等工業(yè)廢棄物以及煤矸石等礦業(yè)廢棄物已經(jīng)非常常見(jiàn)，不僅變廢為寶，更起到了綠色節(jié)能的目的。我國(guó)作為農(nóng)業(yè)大國(guó)，每年的玉米秸稈產(chǎn)量在1.2億t左右，僅次于美國(guó)[1]。但長(zhǎng)期以來(lái)，玉米秸稈僅作為畜牧業(yè)飼料的原料、液化發(fā)生灶的原料以及粉碎后用于食用菌的栽培等，用量都不大。過(guò)量的玉米秸稈迫使農(nóng)民不得不采取焚燒的處理方法，成為非常嚴(yán)重的大氣污染問(wèn)題。

玉米秸稈具有豐富的天然纖維，具有比強(qiáng)度高、長(zhǎng)徑比大、比面積大、密度低等特點(diǎn)，不僅可以作為增強(qiáng)材料，還可以改善墻體的保溫、隔熱性能等，如果應(yīng)用于建筑領(lǐng)域，不僅可以增加消耗量，保護(hù)環(huán)境，又可以降低工程造價(jià)。

1 玉米秸稈的增強(qiáng)作用

玉米秸稈能夠作為增強(qiáng)材料最主要的原因在于含有大量纖維，纖維的阻裂效應(yīng)[2]可以阻止膠凝材料內(nèi)部細(xì)小裂紋的生長(zhǎng)與擴(kuò)散。在中國(guó)北方的部分地區(qū)，嘗試將玉米秸稈粉碎后，作為草磚的原料，增強(qiáng)磚的抗裂性能，取得了非常好的效果。但是在使用過(guò)程中，需要注意纖維的預(yù)處理、纖維的摻量、纖維的長(zhǎng)度等因素。玉米秸稈內(nèi)部含有多戊糖、纖維素、半纖維素等，在堿性環(huán)境下，多戊糖容易溶出形成單糖，與Ca2+形成糖酸鈣，阻礙水化反應(yīng)，使水化不充分，強(qiáng)度降低。因此在摻入前必須考慮纖維的預(yù)處理方式。纖維摻量較小時(shí)，阻裂效應(yīng)不夠明顯，會(huì)繞開(kāi)纖維出現(xiàn)裂縫，摻量較大或纖維較長(zhǎng)時(shí)，容易產(chǎn)生“抱團(tuán)”現(xiàn)象，分散不夠均勻，形成薄弱區(qū)。

許晴等[3]將玉米秸稈粉碎后，放入60 ℃熱堿溶液中進(jìn)行24 h浸泡處理，并將處理后的玉米秸稈作為水泥的增強(qiáng)材料，制成綠色建筑復(fù)合材料，從纖維長(zhǎng)度和纖維摻量?jī)蓚€(gè)因素，研究復(fù)合材料物理力學(xué)性能。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)度為2 mm的短纖維的增強(qiáng)效果最為顯著，因?yàn)槎汤w維在水泥膠凝材料中的分散性最好，能夠堵塞基體中的毛細(xì)孔道，防止產(chǎn)生泌水、離析等現(xiàn)象，使水化更充分，強(qiáng)度較高。當(dāng)玉米秸稈摻量為1%時(shí)，復(fù)合材料的吸水率最低，比未處理時(shí)降低了1.27%。吳其勝等[4]在脫硫建筑石膏粉中摻入不同用量(摻量分別為0，1%，2%，3%，4%，5%)的玉米秸稈纖維，制成復(fù)合材料。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)摻量為3%時(shí)，抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度分別出現(xiàn)峰值，達(dá)到了14.9 MPa和6.4 MPa。

2 玉米秸稈的保水增稠作用

砂漿是建筑工程中非常重要的一種基礎(chǔ)材料，良好的保水性可以改善砂漿的可操作性和稠度，可減少硬化前泌水、硬化后收縮、開(kāi)裂現(xiàn)象[5]。干混砂漿常用的保水增稠材料是纖維素醚，因保水率好、粘聚力高而被廣泛使用，但有較強(qiáng)的引氣作用，摻量過(guò)大會(huì)造成干混砂漿收縮大、容易開(kāi)裂，且造價(jià)較高，使其發(fā)展受到局限。玉米秸稈在工業(yè)提取半纖維素的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生副產(chǎn)品，即改性玉米秸稈纖維素，這種材料粗糙多孔，吸水溶脹，可以吸收大量水分，從而起到保水作用，且可以形成三維立體結(jié)構(gòu)，提高砂漿的流變性，改善施工性能和硬化體的性質(zhì)。謝慧東[6]用改性玉米秸稈纖維素代替部分纖維素醚作為保水增稠材料，試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)改性玉米秸稈纖維素?fù)搅空急Ｋ龀聿牧系?0%，30%，40%時(shí)，保水率和抗壓強(qiáng)度均有所提高，其中摻量為30%時(shí)，保水效果最好，與單加纖維素醚之比達(dá)到110%。7 d和28 d抗壓強(qiáng)度比隨改性玉米秸稈纖維素的摻量增加而增大，當(dāng)摻量為40%時(shí)，7 d和28 d抗壓強(qiáng)度比分別達(dá)到88.5%和82.3%。通過(guò)對(duì)砂漿試件進(jìn)行SEM分析(見(jiàn)圖1，圖2)，單加纖維素醚的砂漿試件結(jié)構(gòu)較疏松，孔隙率較大，生成的硅酸鈣凝膠呈薄膜狀，而摻入30%改性玉米秸稈纖維素時(shí)，結(jié)構(gòu)較致密，孔隙率小，硅酸鈣凝膠呈纖維簇狀。因此，適量的改性玉米秸稈纖維素代替纖維素醚既可以提高砂漿的工作性和力學(xué)性能，又可以降低工程造價(jià)。

3 玉米秸稈的保溫隔熱作用

熱量的傳遞有熱傳導(dǎo)、對(duì)流傳熱和輻射傳熱三種方式，目前使用較廣泛的保溫隔熱材料大都是利用熱傳導(dǎo)的方式，即采用多孔材料，利用空氣的導(dǎo)熱系數(shù)低，達(dá)到保溫隔熱的目的。玉米秸稈能夠有保溫特性的原因主要有兩個(gè)：一是本身是多孔結(jié)構(gòu)，孔隙內(nèi)部含有大量空氣，由于空氣的導(dǎo)熱系數(shù)較低，可以在很大程度上阻礙熱量的傳遞；二是因?yàn)橛衩捉斩挼亩嗬w維特點(diǎn)，當(dāng)熱量的傳遞方向與纖維方向垂直時(shí)，可以形成纖維和空氣的多層阻礙效應(yīng)(見(jiàn)圖3)[7]，起到保溫隔熱的作用。

對(duì)于玉米秸稈的保溫隔熱性能，在實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐中也得到驗(yàn)證。將玉米秸稈摻入氯氧鎂水泥制成復(fù)合材料，經(jīng)研究，當(dāng)玉米秸稈的摻入量為20%時(shí)，復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)為0.236 W/(m·K)，密度為912 kg/m3，28 d抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度分別為9.12 MPa，5.72 MPa[8]。山東臨沂沂水縣大嶺村用玉米秸稈草磚作為墻體材料建造了一處占地78 m3的草磚房進(jìn)行實(shí)踐性研究，利用德國(guó)紅外熱成像儀對(duì)同一地點(diǎn)、同一時(shí)間及陽(yáng)光照射下的普通房屋和草磚房進(jìn)行紅外熱像拍照，結(jié)果顯示，同樣條件下，普通房屋的外墻溫度為5.8 ℃～5.9 ℃，而草磚房的外墻溫度為2.6 ℃～2.7 ℃，二者相差3.2 ℃[9]，保溫隔熱效果顯著。

4 結(jié)語(yǔ)

1)玉米秸稈具有多纖維、輕質(zhì)多孔的構(gòu)造特點(diǎn)，在建筑工程中可以起到增強(qiáng)、保水增稠、保溫隔熱的作用。2)玉米秸稈因?yàn)槎辔焯堑拇嬖?，因此在使用過(guò)程中要注意預(yù)處理方式，降低對(duì)水泥材料的緩凝作用。3)玉米秸稈在使用時(shí)要根據(jù)所發(fā)揮的作用不同選擇不同的用量。4)盡量使用短纖維，減少“抱團(tuán)”現(xiàn)象。