生态建筑材料前景及问题展望范文

住宅是人们日常生活的一种重要载体,为人们的日常生活提供了空间。近几十年,中国农村的住宅可以划分为草房、瓦房、楼房等几个时间段[1]。随着人们生活水平的不断提高,不管是城市还是农村,人们对于住宅的要求越来越高。现代住宅不仅要求美观耐用,而且还要有具有一定的抗拒突发灾害比如地震、火灾等要求[2]。城市的楼房是一种相对较好的住宅方式,在解决大量人口居住的同时,又有居住质量高、抗灾能力强等特点。但中国毕竟是一个以农村人口占多数的国家,农村住房问题不可能完全按照城市的建筑要求执行,所以开发和推进适合农村现实的住房结构及材料,是对新农村建设具有很大促进作用的工程。木材及木质复合材料具有价格低廉,性质优良等其他建筑材料不具备的特性,是一种符合新农村建设的典型生态建筑材料。

1实木建筑

木材是一种重要的建筑用材,我国有着悠久的木建筑文化历史。木材作为一种天然生物材料,力学性质上具有各向异性的特点。顺着木纤维的方向上有较强的承载力,垂直于木纤维方向上的承载力则较弱。木材与其他建筑材料如钢材和混凝土等相比,虽然总承载力较小,但单位重量承载力要大很多[3]。合理设计木建筑的结构,充分发挥木材的特点,能够将木材应用于各式建筑中,因此在资源缺乏的古代,木材成为我国人民的主要建筑用材。随着社会的进步,人们发现了木结构建筑的独特性能。木结构建筑的自重轻,承载力好,对突发荷载和周期性荷载有很好的承载能力,能够抗击地震、飓风等一些突发自然灾害,安全系数高。木材的热传导性较低,电绝缘性能良好。研究表明达到同样的保温效果,木材的厚度是混凝土的1/15,钢材的1/400;使用玻璃纤维或泡沫塑料作为保温材料时,木结构比钢结构的房屋保温性能高15%~70%,建筑物的节能效果明显[4]。许多木材耐化学腐蚀的特性优良,如雪松和红杉等;木材具有可再生性、加工耗能低和能够储藏炭等天然建筑材料的优点,木建筑的环保性远远超过其他建筑材料[5]。现代建筑材料要求具有“4R”(Renew,Recycle,Reuse,Re-duce)的特性,木材作为建筑材料符合要求,实木建筑符合健康住宅的理念。但是随着世界人口的增长,人们对于自然资源的过度开发,人均资源贫乏的现状已经成为了全人类共同面临的问题,实木建筑受到原料供应的限制,已经不具备大规模推广的条件。

2木质和非木质复合材料应用于建筑

2.1杉木结构集成材

木结构建筑有很多优点,但是由于人们的过度砍伐,天然森林的面积已经大幅度减少。随着大径级天然森林资源日渐短缺,人工速生小径木为主的低质林木是取而代之必然选择。采用“劣材优用、节约代用”的方针,将小径材、速生材通过先进加工工艺的处理,制备性能良好的集成材,能够弥补大径材、优质材总量的不足[6]。杉木结构集成材的发展符合林产工业发展方向,传统木建筑的修缮也可以用工程集成材替代珍贵的优质阔叶木材。在许多国家,木质复合材料及其制品已成为房屋建造的主要材料之一。

2.2定向刨花板(OSB)

OSB(Orientedstandardboard)板是一种定向刨花板,国内又称为欧松板。OSB是一种合成木料,是以小径材、间伐材、木芯为原料,通过专用设备加工成长条刨片(一般为40~100mm长、5~20mm宽、0.3~0.7mm厚),经脱油、干燥、施胶、定向铺装、热压成型等工艺制成的一种定向结构板材。OSB表层刨片呈纵向排列,芯层刨片呈横向排列。这种纵横交错的排列,重组了木质纹理结构,彻底消除了木材内应力对加工的影响,它具有抗弯强度高,抗潮性能强,线膨胀系数小,尺寸稳定,材质均匀,握钉力、抗冲击力强,易加工,整体均匀性好等优点,是目前国际上用途最广(占别墅建筑用材95%)的新型建筑材料换代产品[7]。

2.3水泥刨花板

木材是天然的生物质材料,也是传统的建筑用材料;水泥是传统的建筑胶黏材料。水泥刨花板的原料是水泥和木材刨花或其他植物茎秆的碎料。水泥刨花板的加工过程为原料加入少量化学试剂与水混合,然后经过铺装、加压升温养护、室温固化、干燥和齐边等加工工序。水泥刨花板具有木材和水泥的优点,即强度高、耐水性及耐火性强、保温隔热性良好、抗冻、抗生物腐朽、无污染,可以进行刨、锯、钻、钉等机械加工,可以在表面进行各种装饰[8]。水泥刨花板可广泛应用于建筑物的非承重墙板、地板、吊顶、建筑模板、活动房、包装板等,特别适用于建造各种轻型框架式建筑。

2.4竹质生态建筑材料

竹子作为建筑材料的历史非常悠久,广泛用于民间房屋的建造。“十五”国家科技攻关计划《竹藤资源培育及高效利用产业化关键技术研究与示范》,该项目在研究竹材基本特征的基础上,对竹材进行材料设计和加工的创新,研制出竹层积板材和型材。设计的竹建筑结构,承重屋架的跨度达到6m以上,产品性能达到国内外相关标准要求[9]。现代竹材复合重组技术,能够将圆筒状的原竹制成各种高强度的板材、方材等型材,其使用价值和木材一样。重组竹板材和方材的一些力学指标,超过建筑用木材的性能指标,能够用于高档房屋的建造。竹材是一种速生植物资源,经过高科技的加工成为竹材结构材料,在建筑用材领域得到应用,将改变建筑业传统的材料构成,是一种具有广阔应用前景的生态建筑材料[10]。我国数百家的竹材人造板加工企业,也能够通过竹材复合重组这一新技术的应用,使产品进一步更新换代。竹材复合重组技术,能够促进我国森林产品加工行业的技术进步,带来丰厚的经济效益和社会效益。

2.5秸秆石膏渣空心砌块

黏土砖作为一种传统的建筑内外墙体材料,会对自然环境造成破坏,尤其对土壤造成不可恢复的破坏,因此逐渐被淘汰。混凝土空心砖砌块作为建筑内外墙体材料,用于围护建筑结构,存在容重较大这样一个突出的问题。秸秆石膏渣空心砌块作为围护建筑结构的材料,是一种绿色墙体砌块,具有容重轻,强度高、环境友好的特点。秸秆石膏渣空心砌块的节能性优良,能够达到建筑节能50%的要求。秸秆石膏渣空心砌块的原料主要有稻草、麦草、谷壳和棉梗等农业废弃物,及用于商品包装的废弃聚苯乙烯泡沫等材料。秸秆石膏渣空心砌块的制作过程是以石膏渣作为胶黏剂,将原料配以其他辅助材料,通过溶液快速凝胶而制得。秸秆石膏渣空心砌块为新农村绿色住宅建设提供了新型环保墙材,既来源广泛、生产成本低,又能保护耕地,节约能源。

3前景展望

中国社会的快速发展,将改变房屋设计领域以城市为中心的现状,农村住宅的设计必将会引起越来越多的关注。新农村住宅的设计,需要树立以人为本的思想,改善农村生态环境、人居环境和村容村貌,注重经济效益,增强环境意识;新农村住宅的设计要贴近农村的自然环境和广大农民的现实需求,创造出具有新农村特色的住宅设计,实现人与自然和谐发展[2]。木材及木质复合材料是一种典型的生态建筑材料,符合新农村住宅建设用材的要求。通过应用高新技术,利用加工剩余物和部分进口材生产木质复合材料,可以在满足市场需求的同时[11],促进新农村住宅建设的品质提升。准确预测木质复合材料的市场需求,重新认识、研究并开发新型木质复合材料,能够提高我国木质复合材料的生产技术和利用水平,具有重要的现实意义和很大的经济效益。