低碳经济下西北农村节能环保建材探索(二)

第一部分

人类历史上，人们很早就已经开始使用草秆、芦苇等材料建造房子(图1)。l9世纪末，美国人最早使用草砖作为建筑材料，当时居住在美国西北部内布拉斯加州平原地区的农民缺少建房所需要的木材和石头。于是他们就用废弃的农作物草秆压制成砖块状后建筑了一些临时住房。草砖由金属网将稻草或麦秸秆紧紧捆扎而成，长约为90~100cm，高36~40cm，厚度为45~50cm不等，重量50kg左右。它们像普通的砖块一样被垒砌起来，直接作为承重结构承受屋顶的重量，这就是早期的内布拉斯加式草砖住宅。随后人们发现这种用草砖建造的房屋不但坚固耐用．而且冬暖夏凉，隔声效果好，具有很好的室内舒适环境，因此受到了人们的喜爱，草砖住宅也就沿袭了下来。20世纪40年代，由于受二战、人口增长和混凝土等现代建筑材料的影响，草砖直到20世纪70年代末，随着绿色和环保观念的兴起，草砖建筑又重新受到人们的青睐。我国是安泽国际（中国）救援协会在1998年，把该技术从美国引进，并援助建设600多套民居和学校。分布全国北方5省。中国。草砖房技术转移项目荣获2005年世界人居奖。2006年在黑龙江省汤原县举办了有21个国家专家学者参加的草砖建筑技术国际研讨会。

草砖的模块化也在逐步形成，其尺寸规格正走向规范化。稻草砌块的制作，一般是将草放进草砖机，打压成一层层薄片，再将这些薄片捆成草砖。当不需要整块砖时，可以使用这些薄片。草砖的密度一般为100kg/m3左右。草砖的长度可以调节，高度和宽度取决于捆扎机建筑中多用“三线草砖”。复层草砖通常为长89~102cm,宽46cm,高35cm。因此,草砖制作材料秸秆的长度不得少于25cm。同时,一台制砖机也是必须的。一般来说,一间60平米的房子大约需要250块草砖。

使用使用有好多优点：一是节能环保，隔音效果和保温效果都比较好；二是质轻，抗压强度大，抗震效果好。

相比而言，烧结粘土砖是以粘土（在西北主要是红土或者黄土），先压制成土坯，晒干后放入砖窑里用煤高温焙烧而成。从制作过程中就可以看出粘土砖的两种主要原材料是粘土和煤，二者都是不可再生资源，而且大量烧煤势必造成严重的污染，大量开采黄土引起毁林、水土流失……近年来我国明令禁止加工、使用烧结实心粘土砖，但是由于粘土砖技术简单、砖窑分布太密集，在农村地区还是主要使用烧结粘土砖。

图1-2 普通烧结粘土砖的制作过程

相比于粘土砖，草砖在有些方面显得有些不足：

一是现在还没有关于草砖的相应标准，技术还不是很成熟；二是草砖制成的墙体较厚；三是目前草砖仅限于低层建筑使用（这也是砌体材料的一大通病）。

第二部分

2-1草砖和涂层

涂层是在砌筑草砖墙的时候，涂于草砖外表面的一层材料，如下图所示。

图2-1 轻质木框架草砖房墙体结构示意图

涂层材料一般为水泥砂浆。外部涂层对草砖的性能起着非常重要的作用，主要体现在对墙体强度和刚度的影响。

2-2草砖的力学性能和破坏

有涂层草砖和无涂层草砖的抗压强度相差比较大（见下表），这是由于涂层的不均匀引起的，由于涂层厚度的不均匀，以及涂层与草砖交互作用等原因，使涂层草砖的抗压强度不能充分发挥，即涂层草砖的抗压强度将低于无涂层草砖地抗压强度。以下主要介绍涂层草砖的轴心抗压破坏。

表2-1 相关实验数据

研究机构 密度（pcf） 极限荷载（psi） 弹性模量（psi） 试件 注意事项

Bou-Ali,AZ,1993[30] 8.5 84 78-211 燕麦，三线草砖，无涂层

Thompson

加拿大，1995[31] 6-10 18-26 麦草，燕麦，无涂层

Stephens,WA,2000[29] 18 992 抗压强度非常高的六线草砖

EBNet,2003.5[32] 3.9 Two half-bales，垂直 High straw fiber earthen plaster with coconut mesh

EBNet,2003.5[32] 2.6 Two half-bales，垂直 Low straw fiber earthen plaster with coconut fiber mesh

Kristin Field，James Wood，Claudia Fedrigo CVEN 5838 Final Presentation 2005.5[29] 8.3 10.8-25.7 60-68 单个草砖，平放 两线草砖

涂层草砖的轴心抗压强度，不仅与涂层的材料有关，而且与草砖本身的制造参数有关。涂层的材料不同，厚度不同，造成了涂层草砖的抗压强度有所不同，即各种不同涂层材料的草砖，有着不同的抗压强度。另外，草砖本身的其它因素，如两线草砖还是三线草砖、密度等都对草砖的抗压强度有着很大的影响。

涂层草砖的破坏分以下几个阶段：

当荷载增加到一定程度时，涂层表面出现裂缝，这时涂层草砖已经历了第一阶段；

当荷载继续增加时，裂缝宽度逐渐加大，贯通涂层，同时发生新的裂缝。此时，可认为涂层草砖已经历了第二阶段而将转入第三阶段。

继续加载，当涂层草砖进入第三阶段后，裂缝发展很快，并练成几条贯通的裂缝，

涂层草砖表面明显向外鼓出，最终导致完全破坏。