摘要：无机胶凝材料基秸秆建材指以无机胶凝材料，如水泥、镁水泥、硅酸钙、石膏等为胶黏剂，秸秆和工业废弃物为原材料，添加功能材料和强化材料，经一定配比组合，获得具有防火阻燃、耐水耐酸碱、抗冲击抗老化等特点的一类新型建材。本文介绍了该种建材在我国的发展及应用，并对现阶段存在问题进行了分析。
关键词：秸秆 无机胶凝材料 秸秆建材
中图分类号 TU528
0 前言
秸秆是成熟农作物茎叶部分的总称，常指小麦、水稻、玉米、棉花等农作物在收获籽实后的剩余物。光合作用产物有一半以上存在于秸秆中，秸秆富含氮、磷、钙、镁等，是一种多用途可再生资源。我国是一个农业大国，拥有丰富的秸秆资源，每年各种农作物秸秆产量高达6亿多吨，其中玉米秆15864万吨，稻草14247万吨，麦秸8694万吨，大豆秆5533万吨，棉花秆4146万吨。目前秸秆资源主要用于燃料、饲料、肥料及工业原料，就此而言利用率也仅20%左右。
秸秆的特质使秸秆可以做建筑材料中一种高效长远的有效资源[1-6]。首先它是可再生且再生周期短的材料，农作物遍及我国东西南北，因此原料有量大面广、价格低廉的特点；其次秸秆组成成分中有较大含量SiO2，因此提高了防水性和耐久性；再次秸秆是节能性原料和绿色环保性材料；最后其容重轻，堆积密度在0.1～0.25g/cm3，具有工业灰渣等各种轻质原料所无法比拟的优势和性能。
秸秆建材[7-11]是指以农作物秸秆为原材料，添加辅助材料和强化材料，经一定配方，生产出的一类新型建筑材料。按照其采用的胶凝材料不同可分为两大类：其一是有机胶凝材料基秸秆建材，主要是合成树酯类如：脲醛树脂胶、酚醛树脂胶、三聚氰胺树脂胶、不饱和聚酯胶等。其二为无机胶凝材料基秸秆建材如水泥、镁水泥、硅酸钙、石膏等。
1无机胶凝材料基秸秆建材
无机胶凝材料基秸秆建材是指[12-18]以无机胶凝材料，如水泥、镁水泥、硅酸钙、石膏等为胶黏剂，以秸秆和工业废弃物为原材料添加辅助材料和强化材料，经一定配方，生产出具有防火阻燃、耐水耐酸碱、抗冲击抗老化等特点的一类新型建材。且许多产品的生产工艺不需锻烧、蒸压、水浸，生产过程中没有废水、废气、废渣排出，省电、省水、节约能源。无机胶凝材料基秸秆建材就是在传统无机建材中加入秸秆，以达到改善提高材料某些性能的目的。生产中最多见的产品就是用秸秆生产轻质隔墙板。
此类产品有以下特点：防火、防水、防震、防冻、隔音和抗老化；可取代红砖，减轻墙体负荷，与板材、砖石、水泥粘结牢固；强度高，韧性好，材质轻，降低建筑物自重，增加建筑面积10％，减少工程造价10％；装修时可锯、刨、钻、打孔不变形，可刷、喷、涂、漆；安装施工方便，整体内空，便于穿埋管线；施工速度比砖砌墙快，可以减少成倍的人工费用。与其它板材相比优势明显，表1列出了秸秆轻质墙板与其它板材的性能对比。
2无机胶凝材料基秸秆建材种类
2.1 水泥为胶黏剂
中国建筑材料科学研究院的崔玉忠和崔琪[12-14]研究以水泥为基材的秸秆建材，根据加工后秸秆不同形态生产其适合的条板，包括多孔条板、实心板和夹心板。
其中多孔板的生产工艺[15]是将水泥、砂、粉煤灰、麦秸秆、有机掺料投入搅拌机加水搅拌均匀，再逐渐加入碎麦秸秆直至麦秸秆均匀分散，再二次加入剩余水和有机掺料，搅拌浇注穿芯管再振动密实脱模成型。水泥多孔板是常见的建筑板材，在这种板材中加入秸秆可以是多孔板变得更加轻质，而这种工艺对于其它秸秆建材来讲，它的特点是秸秆不用处理，只需简单碾压、切断、粉碎就可以直接应用于水泥条板之中。但目前这种板材中秸秆的掺量只能提高到8％左右。
2.2 镁水泥为胶黏剂
氯氧镁水泥是一种气硬性的胶凝材料，它凝结硬化快，碱度较低，对纤维腐蚀性小，与无机纤维和有机植物纤维能很好地粘接，强度高，成型加工方便，不燃烧，是一种很有前途地胶凝材料。以这种胶凝材料和秸秆为原料，在常温常压养护条件下生产的一种新型氯氧镁水泥制品，价格低、质量轻、安装方便、能耗低、无毒无污染，属于绿色墙体材料[16-19]。
这种新型氯氧镁水泥制品混合料的搅拌[20]要用间歇式搅拌机，时间控制在3min以内。投料顺序：依次粉煤灰、氧化镁、外加剂、减水剂、玻璃纤维和秸秆屑先后顺序投料，并加入全部氯化镁溶液进行搅拌。采用平模振动成型，时间控制在3min～5min，成型后在常温下养护24h即可脱模。
2.3 硅酸钙为胶黏剂
这类板材是将活性碳酸钙和化学改性剂用水调制成一定波镁度的粘结剂组合物，再将10～30％的该粘结剂组合物、50～70％的农作物秸秆粉以及2～25％的含有硅酸季铵粉末的辅助材料的原料混合，再经打浆机充分打浆、注模、凝聚和脱模后养护而制成硅钙植物纤维轻体墙板。
这种方法生产的硅钙植物纤维轻体墙板强度大、韧性好、不返卤，同时提高了农作物秸秆粉的掺入比例。
3无机胶凝材料基秸秆建材生产方法
作为生产方法按秸秆与采用的胶凝材料种类以及含水率大小，可分为：半干法挤压成型、真空压力挤出成型、半干法平压成型、浇注模具成型等方法[21-25]。
3.1半干法挤压成型
将胶凝材料与活性工业固体废弃物轻集料与含有外加剂的水，均匀搅拌成半干性混合料在挤压机内挤压成型。挤压机的挤出方式有螺旋挤压、推板挤压、芯模加振挤压等。挤压成型条板工艺特点是集料为半干性混合料，制品收缩率较模具成型要低；挤压成型条板密实度较高。
挤压成型可以在集料中加入短纤维，长度通常在6～12mm，纤维可以是秸秆纤维、玻璃纤维、维纶纤维、PP纤维，也可用连续纤维或5～6mm左右的钢丝作为增强，纤维束和钢丝可置于挤压成型机中，与硅酸盐水泥和集料共同挤压成型。
3.2 真空压力挤出成型
采用普通硅酸盐水泥或硅镁水泥为胶凝材料，外掺工农业生产废弃物：粉煤灰、石粉、矿渣、秸秆、合成纤维等为增强填充料，适量的增塑剂和水，经搅拌、捏合在真空挤出成型机内，经真空排气并在螺杆的高挤压力与高剪力的作用下，由模口挤出而形成的具有多种断面的条形板材。
真空压力挤出成型的特点是：制品质地均匀，表面平整，密度高，强度高；可以更换机头模口，即可生产各种断面的产品，板材的空洞可是方形，矩形，圆形，空洞率可在50%～65%；被挤出料具有可塑性，含水率低，收缩率小，不仅可做内隔墙，还可做外墙，有十分良好的建筑功能。
3.3 半干法平压成型
半干法工艺系指在混合料中加入少量仅能满足胶凝材料水化所需的水和混合组分中的吸附水，使混合料为半干硬性料，通过机械铺装等工艺处理形成的板坯在受压状态下，完成胶凝材料与增强纤维或刨花的固结。
半干法生产工艺之所以能被较广泛的接受，其原因是该工艺节能、节水、无废水排放，由于在受压下完成材料的固结硬化，因而制品具有密实、强度高、吸水率低、尺寸稳定性好等优点，该工艺较为典型的是水泥刨花板的生产。
3.4 浇注模具成型
浇注模具成型对浇注的集料要有流动性，其集料液／固比值在0.41～0.51之间，浇注的方式有手工成型、
平模成型和立模成型，作为增强的材料多用抗碱玻璃纤维网格布或秸秆纤维，对于玻璃网格可采用平铺、挂网和张网成型。
表2从拌料方法、成型方法、工艺特点、产品特点概括了秸秆板材的四种不同生产方法。
4无机胶凝材料秸秆基建材前景及局限
无机胶凝材料基秸秆建材有以“节能环保”为核心的一系列优点，发展前景十分广阔：在北京举行的第六届创业中国高峰论坛中，以秸秆综合利用的创业技术产品中出现了许多新品种，从秸秆彩瓦到秸秆防火板材，它们的经济、环保、耐用、隔热、隔音等方面无一不呈现出让传统高端建材相形见绌的气势，丰富与扩充秸秆类生物质建材内涵，提高了该类建材制品市场竞争力。前不久，秸秆防火板材更是被奥运场馆的“鸟巢”项目所采用。传统印象中属于“草根”的秸秆建材已转型为高贵、环保、经济的新一代产品。但是目前该类建材还存在以下问题需要解决：
（1）产品价格缺乏竞争力
一些地区，作为秸秆原料平均收购价每吨在150～200元。作为麦秸而言，其可用部分仅为茎秆和叶梢，两者之和不足80%，在生产中加上损耗，实际利用率仅为59%，这样秸秆用在生产上成本要达到250～300元，与木材为原料相比就没有多少优势可言了[26-28]。
（2）产品质量有待提高
与其它墙体材料相比，掺加秸秆粉的板材由于秸秆与胶凝材料之间的粘结问题，表面的秸秆会影响整个板材的成型和外观，另外秸秆的加入改变了制品内部的孔结构。以镁水泥秸秆制品为例[29-30]，目前全国90%的镁水泥秸秆建材产品存在多气泡、变形、粉化等技术问题。
（3）设备专业化程度低
对秸秆纤维的特殊处理，诸如：除皮、除髓芯、脱蜡等专业化处理考虑不够完善，大多沿用了生产木材为原料的人造板设备，缺乏针对秸秆加工的特殊性和制造的特殊性要求。
（4）政策导向和传统观念影响
以农业秸秆为原料生产建筑板材没有给予像增值税退税等优惠政策，从而影响了部分生产企业的积极性。再者消费者看到的是秸秆简单替代木屑，在质量或者工作性能上没有进步，所以宁可购买原有产品，也不愿相信这种替代品。
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