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第六章
非木材植物纤维建筑人造板

一、概 述

随着经济建设的发展和建筑技术的进步,轻型建筑人造板在国内外倍受瞩目和青睐,人造板中的中密度纤维板(MDF)、定向刨花板(OSB)、定向华夫板(OWB)、胶合板已广泛应用于建筑模板和室内装修。高密度纤维板用于门窗框架而替代大径级锯材原木;水泥刨花板、水泥纤维板、石膏刨花板、石膏纤维板、硅钙纤维板、纸面石膏板、稻草板等可作为建筑的内外隔墙板;单板层积材(PSL)及重组复合材作建筑构件中的框架、地板材及梁柱等。轻型建筑人造板由于自身的良好物理力学性能及所发挥的优良建筑功能,世界各国的应用渐趋广泛,见表2-6-1、表2-6-2。

表2-6-1 建筑业中各国人造板的消费量所占比例(%)

表2-6-2 各国轻型板材占墙体材料的构成比例

建筑人造板指以有机合成树脂如脲醛树脂、酚醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂、异腈酸酯等,或无机胶凝材料如水泥、石膏、氯氧镁水泥等为胶结剂,以木质材料如木材、植物纤维(棉杆、蔗渣、麻杆、芦苇、麦秸、稻草、稻壳等)为加筋增强材料,经不同的工艺处理,即热压法、冷压法、浇注成型法、湿法圆网抄取法,所制造出来的一种复合材料。它具有优良的物理力学性能和良好的防水、防火、防蛀、隔热、隔音性能,能满足建筑使用的幅面(产品的幅面可达3200 × 1250 × 4~25mm)和可钉、可锯、可表面二次加工等优良的施工性能。

但是作为主要材料的木质增强加筋材料,由于保护森林资源、维护生态平衡的需要,不能依赖于木材供给,而量大面广的一年生农作物植物纤维是建筑人造板最好的非木质材料来源,为此世界各国以植物纤维为原料发展建筑人造板,投入了较大的力量,而且作为产业政策。印度政府1993年4月实施了一项禁止将实木用于建筑的法律,旨在推广以农业废弃物,如棉花杆、甘蔗渣、豆秸和稻秸为原料制造的人造板,并已建立了许多非木材的人造板厂。其中稻秸板不仅被用作框板和门板,而且还被用来生产较高价值的产品。

波兰天然纤维研究所利用农作物纤维原料亚麻、黄麻和大麻的下脚料、甘蔗渣、芦苇杆、棉杆、香草根、油菜杆、麦秸和稻草等外加锯末为原料,制造出高质量的人造板。

英国Compak设备公司经10年研究,成功地利用麦秸、稻草、甘蔗渣、棉杆和油菜杆制造出性能高于木质刨花板的Compak板,容重450~650kg/m 3 。容重为500kg/m 3 的Compak板与容重为650kg/m 3 的木质刨花板的弹性模量和弯曲强度相当。Compak板容重越大强度越高,容重越小绝缘性能越好,容重为750kg/m 3 的稻草Compak板,弹性模量为2550MPa,弯曲强度为20.1MPa,具有良好的机械加工性能,握钉力强,用途广泛。

此外比利时曾用亚麻杆为原料生产刨花板,美国用蔗渣生产碎料板;伊朗用棉杆、棕榈生产刨花板,加拿大用稻壳为原料生产人造板。

我国用农作物纤维为原料生产人造板也有不少成功的范例,诸如:广东三水人造板厂用甘蔗渣生产刨花板,广州三兴纤维企业有限公司用蔗渣为原料生产中密度纤维板。据不完全统计,我国现有蔗渣碎料板厂家24个,总生产能力达15万m 3

二、植物纤维原料

我国木材资源缺乏,随着对人造板的需求量扩大,用木质原料生产人造板会造成新的木材资源危机和林业资源的破坏。各类人造板的市场需求预测和所需木材的消耗量见表2-6-3、表2-6-4、表2-6-5。

表2-6-3 2000年中国人造板市场需求预测(单位:万m 3

表2-6-4 各类人造板每生产1万m 3 所需木材量

表2-6-5 2000年各类人造板木材消耗量预测(万m 3

若按每公顷土地木材蓄积量为44.83m 3 计,则发展619.52万m 3 的人造板,将要采伐280156.15公顷的森林面积,相当于420万亩的森林占有地,显然这与保护森林资源、维护生态平衡是不相容的。因此采用植物纤维生产人造板就显得十分必要了。作为可生产人造板的植物纤维,品类繁多,大致分类见表2-6-6。

表2-6-6 植物纤维的分类

植物纤维的共性,一是量大面广,不受区域的制约;二是植物纤维大多是一年生,生长更新快;三是植物纤维价格比木材要低。因此植物纤维作为人造板的生产原料是综合利用的有效途径之一。

植物纤维的主体是农作物的茎、杆、壳、叶、根、皮等加工废弃物,我国是一个农业大国,仅就1993年国家统计局公布的农作物产量和我们按常规推算的农作物加工剩余物量,大致如表2-6-7、表2-6-8所示。

表2-6-7 1993年国家统计局公布的农作物产量

表2-6-8 主要农植物纤维产量估算

注:①稻壳的得率按稻谷重量的20 %计;

②稻草的重量按稻谷重量的80 %计;

③棉杆的重量按棉花重量的6倍计;

④蔗渣的重量按甘蔗重量的12.5 %计;

⑤烟杆重量为烤烟重量的78 %计;

⑥麻杆重量为麻重量的2倍计。

表2-6-8所列几种主要农作物的杆、壳、渣的剩余物总重量约为31315.1万t。考虑到现阶段农作物纤维可部分作为燃料和造纸原料,取其5 %即1565.76万t,就足以满足2000年预测的用量,因此农作物纤维是发展人造板所需原料的充足市场。

三、人造板的性能

植物纤维经工艺处理可加工成具有一定几何形状的碎料或纤维,用有机胶结剂或无机胶结剂,采用浇注成型、热压成型、半干法冷压成型、抄取或流浆成型等方法能使植物纤维彼此粘结在一起,表现出应有的物理力学性能,满足使用要求,如表2-6-9所示。

表2-6-9 各类植物纤维人造板的性能

续表

四、人造板的建筑功能

现代建筑技术要求建筑材料质轻、高强,以减轻建筑物的自重,从而减少对基础的处理费用或相应的增高楼层;要求防火,以防止火灾带来不应有的损失;要求保温、隔热、隔声、抗震以及预制化、装配化。建筑人造板能满足上述要求,可以作非承重的框架建筑的内、外墙板以及天花板、壁橱板、地板、建筑模板等材料。轻型人造板的功能如下:

(一)质轻高强

人造板相对于混凝土和砖石结构材料而言是轻质材料,其容重一般为430~1300kg/m 3 ,强度与相对重量见表2-6-10,特别是人造板作为墙体一般以板材复合形式出现,所形成的强度与重量见表2-6-11。

表2-6-10 人造板主要墙体材料的性能比较

续表

表2-6-11 不同墙体的单重比较

注:①人造板的复合墙体系以轻钢龙骨做支撑,龙骨每米重1.02kg计在墙体内;

②墙厚考虑了隔热、隔音等建筑功能,外墙按18mm,内墙16mm厚而定。

显而易见,人造板所构成的复合墙板几乎是粘土砖墙体单重的1/10,墙体材料质轻减少了建筑物的自重,提高了抗震能力,减少了建筑物的基础处理费用,降低了建筑造价,节约了输运费用。这对缓解我国极为紧张的交通运输状况起了重要的积极作用。此外作为人造板的复合墙体材料,普遍具有规格幅面大,可采用装配式施工,加快了施工速度,减少了材料的堆积占地,促进了文明施工。同时由于墙体壁厚的减少,有效地扩大了建筑使用面积,据统计作为一个建筑面积20m 2 的住宅,将墙体材料由粘土砖改为人造板的复合墙体,则可以扩大使用面积1.82m 2 ,房屋的使用面积可增加10 %~15 %。特别是近代建筑提倡大开间灵活隔断,人造板材提供了最有效的使用领域。这些优越性是不容忽视的,加速轻质人造板在建筑中的应用有广阔的前景。

(二)隔热、隔音、保温

我国能源长期处于紧张状态,因而节约能源是国民经济各个部门的主要任务之一,作为建筑领域里节能主要表现在二个方面,其一是建筑日常使用能耗的节能,其二是建筑材料的本身生产节能。轻型人造板材的性能见表2-6-12~表2-6-14。

表2-6-12 轻型人造板材和形成墙体的热功能与隔音性能

表2-6-13 人造板热工参数指标

表2-6-14 砖墙稻草板隔墙板的热工指标比较

表中数据表明,轻型人造板作为墙体材料,其热工性能优于砖墙,其中5.8cm厚的稻草板相当于56cm厚的砖墙,3.5cm厚的水泥刨花板相当于25.8cm厚砖墙的热值,大大降低了建筑的取暖能耗。

至于生产传统的墙体材料粘土砖,每万块砖耗标准煤约1.53t,占建材行业生产耗煤约50 %,若以生产砖的煤耗视为1,则人造板中的稻草板约为0.27,水泥刨花板为0.38,植物纤维的碎料板约为0.47。所以从节能要求出发,发展人造板作为墙体材料是利国利民的好事。

(三)综合性能

轻型人造板应用于墙体材料中还应考虑诸方面的综合功能,如:抗冲击力、抗风力、抗水性、抗震性、耐火极限、耐候性、表面可加工性、抗菌性和耐冻融性,但是人造板复合墙体不是承重的,而是配用在框架建筑中,框架作为建筑结构受力主体,因而人造板所构成的复合墙体不存在受压变形和蠕变等应力影响,而作为内隔墙材料还不受抗风压、耐水性、抗冻融等方面的苛刻要求。下面将稻草板和石膏板作内隔墙及以水泥刨花板作外墙的部分性能列入表2-6-15。

表2-6-15 轻型人造板墙体的部分综合功能

注:①抗风力指墙面整板高度2.7m,安全系数1.5;

②冲击力系指用10kg砂袋,冲击高度为墙的1/2处,冲距1.7m;

③耐冻融性循环系指-20℃冷冻2h,20℃水中浸2h,组成一次循环。

(四)防火功能

根据《建筑设计防火规范》,水泥木屑板和稻草板、石膏刨花板可用于二级耐火等级的建筑物吊顶,三级耐火等级的建筑物的吊顶与隔墙,对于四级耐火等级的建筑物,稻草板可用作吊顶、框架填充墙和隔墙。几种轻型人造板的耐火等级见表2-6-16。

表2-6-16 几种轻型人造板的耐火等级

注: A—为不燃性;B1—难燃性;B2—可燃性。

(五)隔声功能

所谓隔声就是利用围护结构材料把声音限制在某一范围内。声源经过固体向四周传播的嗓声称为固体声,经过空气向四周传播的噪声称为空气声,建筑设计中的隔声主要是针对空气声与固体声。用轻型人造板作隔墙时要求板材容重大且有一定的厚度,声波衰减也就大,隔声效果好。德国采用人造板作内隔墙(单层)时其厚度不小于16mm,作外墙时不小于18mm。防止固体声应采取双层结构(中空结构)或在双层中填充填垫物,以达到隔声的目的。几种轻型人造板的隔声性能如表2-6-17所示。

几种人造板的隔声性(单位dB) 表2-6-17

注:双层结构内的数字系指面层板厚-中空层厚-面层板厚,单位为mm。

五、应用价值分析

人造板用作建筑墙体材料令人关心的是两个问题,其一是耐久性与使用年限;其二是建筑比价,我们仅就在世界上已出现并使用在建筑中的几种材料加以说明。

稻草板是英国斯伏密特公司首先用在建筑中作隔墙和吊顶材料,已有30年的历史。

水泥木屑刨花板最早生产和使用的是瑞士杜里佐尔公司,在二次世界大战期间(1941~1945)在瑞士伯尔尼建造约100幢水泥刨花板建筑物,战后这些建筑物拆除转运到日内瓦一直使用到现在。匈牙利将水泥刨花板列在建筑规范中使用年限是100年。德国比松公司在安徽合肥市芦阳旅游饭店(三层楼建筑面积为2700m 2 ),交付使用期为45年。日本对于外墙“百年板”即水泥木质板使用若干年后取样进行抗弯强度试验,见表2-6-18,其所示数据可以看出强度基本没有下降。

表2-6-18 不同使用年限水泥木质刨花板强度

此外无论何种人造板材都具有较好的抗虫蛀和抗菌性及相对的尺寸稳定性。

当前国家出于保护耕地,出台了一系列法规政策,加速墙体材料的改革,特别是采取经济杠杆功能,江西规定采用粘土砖盖房,每平米加收6元的使用费,为此采用建筑人造板做墙体材料,即使不计基础处理费,省工省时费,运输费等综合造价,仅就每平方米的材料费用,都可以和粘土砖墙体相竞争了,见表2-6-19。

表2-6-19 水泥刨花板复合墙体与粘土砖墙体造价分析对比(元/m 2

综上所述,非木材植物纤维人造板,对农作物的综合利用;从自身的力学性能;从所表现出来的建筑功能;从所反映出来的使用效果,是顶替粘土砖作墙体材料的途径之一,其不完善之处,通过工艺上及使用过程中的不断改进,会在建筑领域里发挥应有的作用。 dekS6CP0N85PO9VvwSapsr9l3PwR6OUZiy5Su3vHyWhy9LR7v8fzP5HnkBKLN2tT

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