秸秆砌块:利用农业废弃物建造有效的墙体

秸秆砌块:利用农业废弃物建造有效的墙体插图 Refuge II / Wim Goes Architectuur. Image © Filip Dujardin

    尽管秸秆屋在童话故事中名声不好,但在建筑方面,它可以是可持续的、舒适的,最重要的是,它坚固且耐腐蚀。关于这种农业废弃物的多项研究和实验表明,秸秆是一种潜在的墙体建筑材料,它具有良好的热学、声学,甚至结构性能。此外,它还是一种可再生资源,并且施工方便。下面,我们就来谈谈这种材料的特点,以及用秸秆做的房子的坚固性,秸秆房子可不是大灰狼吹一口气就会倒掉的。

    秸秆砌块:利用农业废弃物建造有效的墙体插图1 Ecologic Pavilion In Alsace / Studio 1984. Image Cortesia de Studio 1984

    秸秆是生产小麦、水稻或大麦等粮食的过程中的残余物。谷物的可食用部分被收割后,茎秆最终被丢弃,经常被烧掉。然而,与其浪费它们,不如把茎压实成长方形的包,可以堆叠起来,用作墙体填充物,或甚至作为自立墙,这种技术被称为“内布拉斯加”式( the “Nebraska” style ),19世纪在美国内布拉斯加州的平原上广泛使用。普通的秸秆砌块每米可支撑900千克左右的重量,而同样材料的高密度砌块,经机器压实后,设计支撑力可达近6000千克/米[1]。

    秸秆砌块:利用农业废弃物建造有效的墙体插图2 Strohtherme Pavilion / Christoph Hesse Architects. Image © Christoph Hesse

    不过,更常见的是将秸秆作为密封和保温材料与其它结构材料(如木材或钢材)一起使用,而不是简单地单独使用。在这种情况下,由于加入了非秸秆结构,可以在安装秸秆砌块之前封顶,这样可以保护墙体在施工过程中不被水破坏,在后文会详细说明。

    秸秆砌块:利用农业废弃物建造有效的墙体插图3 Strohtherme Pavilion / Christoph Hesse Architects. Image © Claudia Brass Hesse

    秸秆砌块:利用农业废弃物建造有效的墙体插图4 Straw Bale Eco Center / Students of Ball State University Department of Architecture. Image Cortesia de Gray Architecture

    由于秸秆是一种包含大量空气的材料,所以在施工中具有很好的保温隔热效果。据估算,建造良好的秸秆房可以节省近75%的采暖和制冷费用[1]。由于品种和各部分压实度的不同,这一数据很难准确量化。但据估算,秸秆的导热系数约为0.07 / 0.09 W /℃m,以膨胀聚苯乙烯为例(0.04 W /℃m),与之相近[2]。就热惯性而言,成捆的秸秆大致相当于土坯和原木墙[3]。它的防火特性也很非常不错:根据实验,以水泥或灰泥抹灰的秸秆墙成功满足了美国材料实验协会标准试验方法(the ASTM Method )E119-05a《建筑结构和材料的防火试验》中所写的条件。

    秸秆砌块:利用农业废弃物建造有效的墙体插图5 Straw Paneling System. Image Cortesia de Ecococon via Cradle to Cradle

    需要注意的是,由于秸秆是一种有机材料,所以秸秆墙的饰面也必须由100%的有机材料组成,这样墙体才能在室内外进行空气交换。因此,一般采用粘土、沙子和秸秆的混合材料,石灰也是一种可行的选择。

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    限制这秸秆墙大规模使用的一个问题是,秸秆不能与土壤中的水分直接接触,这样会使水分上升到墙体中。建造秸秆砌块墙的两个最主要的问题是受潮和发霉。如果暴露在水中,秸秆会吸水膨胀,容易造成墙体的裂缝。为了避免这种情况,地基必须高出地面至少20厘米。此外,即使在干燥的气候条件下,秸秆建筑的屋檐也必须相对较大,尽可能保证墙体不受潮。

    秸秆砌块:利用农业废弃物建造有效的墙体插图6 Straw Bale Eco Center / Students of Ball State University Department of Architecture. Image Cortesia de Gray Architecture

    秸秆砌块:利用农业废弃物建造有效的墙体插图7 Ecologic Pavilion In Alsace / Studio 1984. Image Cortesia de Studio 1984

    另一个限制其使用的问题是,在一些国家,秸秆可能会受到现有的建筑标准的限制,难以获得建筑许可证,因为秸秆是一种替代性的非常规材料。要解决这个问题,计划使用秸秆的建筑师可以寻求已经在这个地区处理过这些问题的专业人士的建议。

    作为100%可生物降解的材料,当秸秆建筑需要拆除时,它的墙体可以分解到土壤中,不会出现大问题。但是,和任何建筑材料一样,只有在当地大量拥有的情况下,它才能真正实现可持续发展。所以,这也许是一种最适合农村地区的材料,特别是那些靠近生产这种废弃物的谷物种植园的地区。如果建筑工地附近没有秸秆,那么运输所带来的额外环境影响可能会使另一种材料更适合。了解当地有哪些材料,始终是真正实现可持续建筑的一个良好起点。

    有关这种材料的更多技术信息,请访问 EBNet(生态建筑网),学术研究请访问 ScienceDirect 。
    译者:赖求佳

    参考文献

    [1] Sam Kubba PH.D., LEED AP, in Handbook of Green Building Design and Construction (Second Edition), 2017
    [2] A.D. González, in Eco-Efficient Masonry Bricks and Blocks, 2015
    [3] Francisco Arumi-Noe, Kathryn Hamilton. Thermal Inertia of Straw Bale Walls. Thermal Envelopes VII/Wall Systems-Principles

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