低碳经济下西北农村节能环保建材研讨

1、本文通过对草砖砖制作、使用用过程中的能能耗、用量、价价格以及对环环境的影响（排排出CO2以及其他有有害废物的量量）与粘土砖砖对比，最终终得出使用草草砖的优势。同同时，还会对对草砖的局限限性作一定的的分析并提出出几个解决方方案。低碳经济下西北北农村节能环环保建材探索索程国安 水利利系 cga011foxmmail.ccom摘要： 近年来来我国农村建建设进度加快快，尤其是西西部不发达省省份在改善农农村居住环境境上做出了很很多努力。随随着人们生活活水平的提高高，对住宅的的要求也由以以前的窑洞或或者土坯房向向砖瓦房甚至至二三层砖混混结构楼房转转变。但是，农农村建材几乎乎是千篇一律律的粘土砖，修修建的房

2、屋大大都没有节能能的考虑，每每年因为烧制制粘土砖消耗耗巨大能源、侵侵占土地。本本文介绍一种种新型的环保保的砖草砖，草砖砖在国外已经经有很多成功功的例子，与与普通烧结粘粘土砖相比，草草砖具有节能能环保、取材材方便、密度度小、保温效效果好等诸多多优点，通过本文的的力学性能计计算可以得知知草砖的抗压压性能比较好好，因此值得得在西北农村村地区大量推推广以代替粘粘土砖。本文通过对草砖砖制作、使用用过程中的能能耗、用量、价价格以及对环环境的影响（排排出CO2以及其他有有害废物的量量）与粘土砖砖对比，最终终得出使用草草砖的优势。同同时，还会对对草砖的局限限性作一定的的分析并提出出几个解决方方案。关键词：低碳

3、经经济，节能，环环保，农村，草砖建材一、问题介绍农民问题一直是是关系国家发发展的大问题题。我国总人人口为13亿，农村人人口9亿，占全国国人口总数的69.2%。建设社会会主义新农村村，实现全面面小康，西部部是重中之重重。加快西部部地区村镇居居住体系建设设，切实提高高广大农民房房屋质量，发发展高效节能能的乡镇住宅宅，进一步改改善农民的生生活水平与生生活状态，是是实现建设小小康社会的一一个重要举措措。农村经济济迅猛发展的的同时，农村村的住宅建设设发展极为迅迅速。随着生生活水平提高高和全面建设设小康社会的的推进，农民民迫切要求改改善农村生活活环境和村容容村貌。作为为一般生活水平提提高的标志，农农村人开

4、始按按照自己的规规划修建房屋屋，而中央实实行的新农村村建设更是加加快了农村住住宅环境改造造额度步伐。但是在目前农村住宅建设的现状是，农村住宅建设发展良莠不齐，出现问题较多。村镇住宅没有总体规划，所以农村住宅建设随意性很大，缺少宏观控制和长远的打算，均按自然状态发展，并且粘土砖盛行，无节能意识，能耗逐年增加，房屋施工质量差。这种发展会造成资源的浪费和环境的破坏，也有悖于国家可持续发展战略，当然也不利于我国今年新提出的低碳经济目标。农村建筑材料目目前的主要特特点是：粘土砖大量使用用，但是由于于工艺以及原原材料的问题题，合格率比比较低；农村建房不考虑虑环保，每次次建完后废料料很多，随意意丢弃；大多农

5、村建筑最最先考虑价格格和美观，其其次是保温和和安全；今年来农村开始始盛行全封闭闭式铝合金玻玻璃结构，但但是外墙还是是采用传统的的砖混结构，木木质结构、土土坯结构以及及单纯的砖结结构逐渐没落落。在目前的情况来来看，水泥（包包括河沙）、粘粘土砖、粘土土瓦是用量最最多的三种材材料，尤其是是砖瓦，在西西北到处可以以见到小砖窑窑，尽管国家家明令禁止建建筑使用烧结结实心粘土砖砖，但是由于于许多人家习习惯用粘土砖砖，粘土砖价价格比较便宜宜易得，制作作工艺和流程程都比较傲简简单，因此在在农村依旧是是粘土砖盛行行，空心砖一一般用在三层层以上建筑中中。由于大量烧制粘粘土砖，带来来的环境问题题相当多，尤尤其是破坏土

6、土地。一个普普通的砖窑仅仅仅用一两年年时间就可以以把一座小山山挖平。其次次是浪费能源源，主要是煤煤炭，还排出出许多有害气气体。与此相相对的是，许许多老建筑拆拆除后大量的的砖瓦成为固固体垃圾。综综上所述，农农村建筑能耗耗远远比城市市高，节能空空间很大。对对于水泥，目目前来看还没没有很好的替替代品，因此此，我们可以以在粘土砖上上做改进使其其能耗小、污污染低。一个很好的想法法就是采用草草砖代替粘土土砖（仅仅用用于低层建筑筑），使用其其他抗压效果果很好的砌体体不仅是大材材小用，建筑筑废弃后还会会产生很多固固体废物。而而草砖是一种种生态建材，取取材广，耗能能小，便于回回收利用，是是一种很好的的环保建材，

7、在在国外已经有有了很多成功功实践，并且且有了许多相相关的标准，但但是在国内草草砖仅仅限于于研究，在实实际中根本未未能取得应用用。本文在最最后分析草砖砖在推广使用用中为什么会会受到多方面面的阻力。全文字体为宋体体。每段开头头缩进2字，段间空0.5行；标题与与第一段间空空0.5行，公式和和图表必须编编号；参考文文献按照出现现顺序编号；图表与上下下端文字空0.5行；图的标题题在图的下方方，5号加粗。表的标题位于表表的上方，字字体为5号加粗；表表中字体为5号；表格本本身需要居中中。表1：各国领导导人的咖啡摄摄入量1领导人咖啡摄入量（单单位：g/day）George W. Buush (UUS)050.

8、4Jacquess Chirrac (FFrancee)30.6Tony Bllair (UK)24.7公式需要进行编编号，具体格格式如下：(1)参考文献位于报报告最后，参参考文献的书书写方式可以以参考清华大大学硕士论文文标准格式2。二、问题的分析析以下分四个部分分进行分析：第一部分为草砖砖的介绍以及及制作过程（对对比粘土砖的的相应过程）；第二部分为草砖砖的各种性质质分析，包括括力学性质、结构、抗冻融性等；第三部分为草砖砖的节能性分分析，将实心心粘土砖和草草砖对比，分分别计算它们们在制造能耗耗、原料及成成品运输能耗耗、建造能耗耗以及其他能能耗等建造总总能耗的数值值，进行分析析与对比。第四部分介

9、绍几几种草砖房体体系结构。第五部分为结合合西北环境，提提出推广使用用草砖的优点点以及介绍草草砖在国内外外使用成功的的范例。第一部分人类历史上，人人们很早就已已经开始使用用草秆、芦苇苇等材料建造造房子(图1)。l9世纪末，美美国人最早使使用草砖作为为建筑材料，当当时居住在美美国西北部内内布拉斯加州州平原地区的的农民缺少建建房所需要的的木材和石头头。于是他们们就用废弃的的农作物草秆秆压制成砖块块状后建筑了了一些临时住住房。草砖由由金属网将稻稻草或麦秸秆秆紧紧捆扎而而成，长约为为90100ccm，高3640cm，厚度为4550cm不等，重量50kg左右。它们们像普通的砖砖块一样被垒垒砌起来，直直接作

10、为承重重结构承受屋屋顶的重量，这这就是早期的的内布拉斯加加式草砖住宅宅。随后人们们发现这种用用草砖建造的的房屋不但坚坚固耐用而而且冬暖夏凉凉，隔声效果果好，具有很很好的室内舒舒适环境，因因此受到了人人们的喜爱，草草砖住宅也就就沿袭了下来来。20世纪40年代，由于于受二战、人人口增长和混凝凝土等现代建建筑材料的影影响，草砖直直到20世纪70年代末，随随着绿色和环环保观念的兴兴起，草砖建建筑又重新受受到人们的青青睐。我国是是安泽国际（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

11、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。草砖的模块化也也在逐步形成成，其尺寸规规格正走向规规范化。稻草草砌块的制作作，一般是将将草放进草砖砖机，打压成成一层层薄片片，再将这些些薄片捆成草草砖。当不需需要整块砖时时，可以使用用这些薄片。草草砖的密度一一般为1000kg/m33左右。草砖的长度度可以调节，高高度和宽度取取决于捆扎机机。建筑中多多用“三线草砖”。复层草砖通通常为长891002cm,宽46cm,高35cm。因此,草砖制作材材料秸秆的长长度不得少于于25cm。同时,一台制砖机机也是必须的的。一般来说说,一间60平米的房子子大约图图1-1 两线草砖和三线草砖需要25

12、0块草草砖。使用使用有好多多优点：一是是节能环保，隔隔音效果和保保温效果都比比较好；二是是质轻，抗压压强度大，抗抗震效果好。相比而言，烧结结粘土砖是以以粘土（在西西北主要是红红土或者黄土土），先压制制成土坯，晒晒干后放入砖砖窑里用煤高高温焙烧而成成。从制作过过程中就可以以看出粘土砖砖的两种主要要原材料是粘粘土和煤，二二者都是不可可再生资源，而而且大量烧煤煤势必造成严严重的污染，大大量开采黄土土引起毁林、水水土流失近年来我国国明令禁止加加工、使用烧烧结实心粘土土砖，但是由由于粘土砖技技术简单、砖砖窑分布太密密集，在农村村地区还是主主要使用烧结结粘土砖。图1-2 普通通烧结粘土砖砖的制作过程程相比

13、于粘土砖，草草砖在有些方方面显得有些些不足：一是现在还没有有关于草砖的的相应标准，技技术还不是很很成熟；二是是草砖制成的的墙体较厚；三是目前草砖砖仅限于低层层建筑使用（这这也是砌体材材料的一大通通病）。第二部分2-1草砖和涂涂层涂层是在砌筑草草砖墙的时候候，涂于草砖砖外表面的一一层材料，如如下图所示。图2-1 轻质质木框架草砖砖房墙体结构构示意图涂层材料一般为为水泥砂浆。外外部涂层对草草砖的性能起起着非常重要要的作用，主主要体现在对对墙体强度和和刚度的影响响。2-2草砖的力力学性能和破破坏有涂层草砖和无无涂层草砖的的抗压强度相相差比较大（见见下表），这这是由于涂层层的不均匀引引起的，由于于涂层

14、厚度的的不均匀，以以及涂层与草草砖交互作用用等原因，使使涂层草砖的的抗压强度不不能充分发挥挥，即涂层草草砖的抗压强强度将低于无无涂层草砖地地抗压强度。以以下主要介绍绍涂层草砖的的轴心抗压破破坏。表2-1 相关关实验数据研究机构密度（pcf）极限荷载（pssi）弹性模量（pssi）试件注意事项Bou-Alii,AZ,11993308.58478-211燕麦，三线草砖砖，无涂层Thompsoon加拿大，19995316-1018-26麦草，燕麦，无无涂层Stephenns,WA,20002918992抗压强度非常高高的六线草砖砖EBNet,22003.55323.9Two hallf-balles

15、，垂直High sttraw ffiber earthhen pllasterr withh cocoonut mmeshEBNet,22003.55322.6Two hallf-balles，垂直Low strraw fiiber eeartheen plaaster with coconnut fiiber mmeshKristinn Fielld，Jamess Woodd，Clauddia Feedrigoo CVENN 58388 Finaal Preesentaation 2005.5298.310.8-255.760-68单个草砖，平放放两线草砖涂层草砖的轴心心抗压强度，不不仅与涂

16、层的的材料有关，而而且与草砖本本身的制造参参数有关。涂涂层的材料不不同，厚度不不同，造成了了涂层草砖的的抗压强度有有所不同，即即各种不同涂涂层材料的草草砖，有着不不同的抗压强强度。另外，草草砖本身的其其它因素，如如两线草砖还还是三线草砖砖、密度等都都对草砖的抗抗压强度有着着很大的影响响。涂层草砖的破坏坏分以下几个个阶段：当荷载增加到一一定程度时，涂涂层表面出现现裂缝，这时时涂层草砖已已经历了第一一阶段；当荷载继续增加加时，裂缝宽宽度逐渐加大大，贯通涂层层，同时发生生新的裂缝。此此时，可认为为涂层草砖已已经历了第二二阶段而将转转入第三阶段段。继续加载，当涂涂层草砖进入入第三阶段后后，裂缝发展展很

17、快，并练练成几条贯通通的裂缝，涂层草砖表面明明显向外鼓出出，最终导致致完全破坏。图2-1 涂层层草砖破坏的的应力应变曲曲线（Psi为压力力单位，1Psi=1bf/iin(bf为磅，in为英寸)2-3 涂层草草砖和砌体材材料的抗压强强度比较草砖墙的抗压强强度与墙的厚厚度、涂层等等有很大的关关系。根据Ruppeert等人所做的的涂层草砖墙墙的抗压试验验，测算几种种长12fooot (36658mm),高8foott(24400mm)的水泥涂层层实验墙的抗抗压强度。其其部分结果如如下:24”宽的三线线草砖墙，用用聚丙烯纤维维加强，平均均极限抗压强强度为4.7MPPa，平均变形形为23 mmm.18宽

18、的三线线草砖墙，用用聚丙烯纤维维加强，平均均极限抗压强强度为5.2MPPa，平均变形形为11 mmm.此数据说明明，18”宽的草砖墙墙的抗压强度度比24宽的草砖墙墙高90%.砌体抗压强度计计算中，规范范中规定砌体体抗压强度平平均值的计算算公式为 式中，fmm块体(砖、石、砌砌块)抗压强度平平均值(MPa) f2砂浆抗压强强度平均值(MPaa) k1,、a、k2系数。 计算砖砌体的的抗压强度。其其中粘土砖k;为0. 788, a为0.5，农村住宅宅多用砖为MU 100,砂浆为M7. 5，查表得到砖砌体抗压压强度设计值值为1. 779 MPaa。 将这两个试验验结果与砌体体抗压强度相相比较，显然然

19、，草砖墙比比普通墙的抗抗压强度要大大许多。以砌体纵横墙承承重体系考虑虑，影响草砖砖砌体抗压强强度的因素主主要有一下几几个方面:一、是否有外部部涂层：是否有外部涂层层是影响草砖砖抗压强度的的最主要的因因素。理论上上，由于涂层层厚度的不均均匀，以及涂涂层与草砖交交互作用等原原因，使涂层层草砖的抗压强度不不能充分发挥挥，即涂层草草砖的抗压强强度将低于无无涂层草砖地地抗压强度。 二、外部涂层的的材料：图2-2 不同同材料的涂层层草砖的抗压压强度比较同一涂层，材料料之间的配合合比不同，则则草砖的抗压压强度也不同同。对于土质质涂层，含土土量越大，涂涂层草砖的抗抗压强度越高高。表2-2 不同同配合比的土土质

20、涂层之草草砖抗压强度度比较试件砂土体积比立方体抗压强度度（MPa）圆柱体抗压强度度（MPa）R11.01.51.5R21.51.01.1R33.00.70.8对于水泥涂层，水水泥含量越大大，涂层草砖砖的抗压强度度越大。表2-3 不同同材料含量的的水泥石灰涂涂层草砖的抗抗压强度对比比试件水泥石灰质量比比立方体抗压强度度（MPa）圆柱体抗压强度度（MPa）P11.081.10.8P21.181.10.7P31.280.90.7三外部环境对于同一材料，其其环境不一样样，草砖强度度也不一样。总总地来说，空空气中含湿量量越高，草砖强度越低。所所以，对于建建造草砖建筑筑来说，夏天天是最好的建建造时节。不同

21、湿度：初始始含湿量越大大，涂层草砖砖的抗压强度度越低。不同天气状况:晴天、雨天天、实验室。外外部环境湿度度越大，涂层层草砖的抗压压强度越低。四草砖的放置置方向平放:草砖最长长边与墙体平平行，最短边边与墙体垂直直的放置方法法。 侧放:最长边与最最短边组成的的面与墙体平平行的放置方方法。平放的涂层草砖砖比侧放的涂涂层草砖的平平均极限抗压压强度大这说说明，草砖的的放置方向极极大地影响着草砖砖的极限抗压压强度。涂层层草砖平放时时要比侧放时时抗压强度高高。五涂层厚度和和涂层强度涂层厚度越大大，涂层草砖砖的抗压强度度越高；涂层层强度越高，涂涂层草砖整体体抗压强度越越高。2-4草砖的防防火性能墙体的火灾安全

22、全性是由其对对火灾的抵抗抗能力决定的的。也就是说说，墙的一面面发生大火，通通过墙的这一一面传递到墙墙的另一面，并并使其材料着着火所用的时时间。在正常常大火的情况况下，只由一一面钢板制作作的墙体是不不会着火的。它它没有对火的的抵抗能力是是因为火的热热量传递得太太快。因此，一一堵墙的耐火火能力就是由由其传递热量量的功能而表表达的。草砖墙的防火性性能是非常好好的。这是因因为，大火需需要高温、燃燃料和氧气。把把稻草压制成成密实的草砖砖，明显地减减少了氧气的的供给。草砖的防火性能能与表面是否否有涂层有很很大关系。一一般来讲，有有涂层的草砖砖的防火性能能非常好，因因为有涂层的的防护，里面面的草也不会会很快

23、燃烧。在在实际情况中中，产生火灾灾的主要原因因是在建筑过过程中施工不不当引发的稻稻草失火燃烧烧。因此对于于草砖的防火火有以下几点点建议：主义施工过过程中的防火火；最好使用涂涂层草砖；用泥土将草草砖之间的缝缝隙塞满，减减少其发生闷闷燃的概率。2-5草砖的抗抗冻融性能从目前的实际应应用来看，草草砖的抗冻融融性能远比普普通砖要好。在在我国建造的的草砖房大部部分位于内蒙蒙古和黑龙江江辽宁等地，优优越的表现足足以证明草砖砖的抗冻融破破坏能力。究究其原因，在在于它内部的的柔性空隙和和外表的涂层层。对于普通砖来说说，虽然孔隙隙率比较大，但但是空隙周围围物质是刚性性的，这样孔孔隙水结冰后后体积膨胀，由由于空隙

24、可变变形性能很小小，因而会产产生很大压力力；对于草砖砖来说，内部部空隙周围是是稻草或者其其他植物纤维维，属于柔性性物质，即使使有孔隙水结结冰，只不过过是转的整体体膨胀，对于于稻草这种弹弹性较好的材材料来说几乎乎不会发生任任何破坏。还还有，草砖的的防潮要求较较高，因此孔孔隙水相对于于普通砖而言言很少，发生生冻融破坏的的可能性较小小。虽然草砖发生冻冻融破坏的可可能性比较小小，但是也要要注意如果发发生大的冻融融破坏，就会会产生连锁反反应造成整体体丧失抗压能能力。这是因因为草砖外表表的涂层，如如果砂浆涂层层遭到冻融破破坏，融化的的水就会直接接进入草砖内内部使得稻草草腐烂，最终终导致草砖破破坏。因此，在

25、在使用水泥砂砂浆抹面时要要注意避免留留下裂纹。第三部分3-1生产能耗耗实心粘土砖和草草砖的耗能比比较见下表：表3-1 实心心粘土砖和草草砖的耗能比比较项目烧结粘土砖（kkJ/kg）草砖(kJ/kkg)平均值最大值生产过程相关热热耗261529930356037770120与原材料相关的的能耗961803405000基本电力消耗17118992162344总能耗298431197413444489可知，每公斤草草砖比烧结粘粘土砖节省能能耗2970kkJ/kg。3-2运输能耗耗草砖由于使用了了现场加工使使用的方法，几几乎没有运输输能耗，相比比而言，烧结结粘土砖一般般是由砖厂生生产，如果建建筑工地距

26、离离生产地比较较远的话能耗耗就相对比较较大，这些能能耗最终反映映在了砖的价价格上。3-3环保方面面每生产10000万块实心粘土土砖，比生产产同一体积草草砖多排放 22344.42=44688.6万t二氧化碳总结：不考虑建造能耗耗，草砖的节节能包括制造造能耗，原料料及成品运输输能耗，使用用能耗和环保保各项节约能能耗的总和。即即建造与1000万块粘土砖砖同体积的草草砖，每年可可:节煤183988.450万t节地17498875m2节省粘土19774.78万t减少二氧化碳排排放3351.45万t减少燃煤排放烟烟尘61.31225t可见，草砖的环环保性能是比比较好的。第四部分根据不同的结构构体系，草砖

27、砖房可分为以以下几种：草草砖承重体系系(NEBRRASKA体系)、轻质木材材框架草砖填填充体系、梁梁柱式体系和和混合体系4种。4-1草砖承重重体系(NEBRRASKA体系)图4-1草砖承重体系结构草砖直接承重墙墙承受屋顶的的压力，不需需要其他任何何结构框架，图4-1草砖承重体系结构建造快，非常适适合自建。缺缺点是如果建建造体量大的的房屋非常困困难，而且结结构稳定性不不是太好。4-2轻质木材材框架草砖填填充体系使用草砖承重体体系。房顶必必须在草砖墙墙全部完成后后才能搭起。如如果遇到不良良的天气。在在未盖好之前前草砖墙就不不能得到屋顶顶的保护。为为了解决这个个问题，在对对直接承重式式建造方式改改进

28、后。在房房屋的四角和和门窗的两边边布置轻质木木框架。使得得在垒砌草砖砖之前屋顶框框架就可以先搭起来。给给草砖提供保护，这就就是轻质框架结构体系(图2)。它不但保留了直接接承重式的优点。同时也也可先搭好屋顶保护草砖砖墙。相比第一种建造方方式会有更好的稳定性。与与传统图4-2 草砖建筑的构成图4-2 草砖建筑的构成多的木材。但缺缺点是建造方式比第一种种复杂。而且且防火性能不不是太好。4-3 梁柱式式体系这种结构体系以以竖向的柱子子和横向的梁梁组合成框架架结构来支撑撑屋顶。在建建造方法中，屋屋顶的重量由由木材、钢材或者者钢筋混凝土土框架承担，草草砖只是作为为一种填充材料填在在柱子和柱子子之间。这种种

29、体系不但具具有轻质框架体系的的优点。而且且当和钢材等等建筑材料结结合使用时，可以创创造出更大的空间。缺点点是建造方式式复杂，需要具有很很高木工技能能或者钢材施施工经验的木木匠，而且木木材用量很大大，另外就是是耐火性能比较差，建议使使用轻质钢架架结构。4-4草砖房的的建造方法修建草砖房和砖砖混结构房屋屋相差不是太太大，但是由由于草砖房的的防潮要求较较高，因此在在地基以及墙墙体防潮上要要求较高。具具体来说，基基体最好使用用混凝土，在在混凝土和草草砖之间加一一道防潮层（一一般使用木材材），并起到到地基梁的作作用。墙体内外表面有有很多处理方方法，最常见见、效果最好好的是使用泥泥土、石灰和和砂子混合粉粉刷，这样可可以有效防止止虫蛀，同时时提高房屋耐耐久性。最好好不要使用水水泥砂浆来抹抹面，水泥砂砂浆砌层透气气差，草砖里里的水无法与与外界交换，严重时会使草