生态建筑材料前景及问题展望
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持续提升,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。很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,但是因为人们的过度砍伐,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。在很多国家,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,存有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,能够提升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。
生态建筑材料前景及问题展望