摘要 稻壳为大宗农业废料，是近年来新兴的重要替代性材料，具有满足建筑需要的重要特性如建筑隔热、隔声、低密度、多孔性等。在国内大量文献的基础上对稻壳水泥基材料的力学性能、耐久性能、保温隔热性能等进行了总结和分析，并指出了存在问题，以期为国内稻壳水泥基材料的深入研究和工程应用提供参考和借鉴。
关键词 稻壳；水泥基材料；性能；应用
中图分类号 S181.3 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2015）04-249-03
随着全球性人口的急剧增长，对建筑物的高舒适性和低成本性提出了更高层次的需求。正是由于这一需求，出现了可持续建筑的理念，与环境相接合，其目的是减少能耗、减少污染、保护环境、提高生产力等。围绕这一目标，近年来世界各地都在着力研究和发展利废、节能、轻质、高强的多功能环境友好型替代性材料。稻壳为大宗农业废料，是稻谷加工过程中的主要副产品，是近年来新兴的重要替代性材料，具有满足建筑需要的重要特性如建筑隔热、隔声、低密度、多孔性，此外含有SiO2，具有火山活性，能增加材料的强度和耐久性。稻壳不仅具有良好的韧性，还具有一定的强度，且稻壳颗粒均匀，粒度适中，湿润后体积不膨胀，易于压实，有利于拌和均匀和提高混合料的密实度。因而稻壳可用于轻质保温稻壳板、砌块或砖、水泥制品、保温砂浆、涂料、合成树脂，以及应用于建筑的其他材料 [1]。
1 稻壳的形态结构及组成
稻壳呈薄壳状，长约 5 mm，宽约 2.5～5.0 mm，厚不到
0.5 mm。稻壳纤维短小，平均长度只有0.3 mm。稻壳真实密度为720 kg/m3，自然堆积密度仅 83～160 kg/m3，未磨碎稻壳摩擦力大，热传导率 0.057 W/（m·K），磨碎后稻壳热传导率为 0.067 W/（m·K）[2-3]。
稻壳是一种木质纤维素原料，其化学组成：粗纤维35.5%～45.0%，木质素21.0%～22.0%，多聚戊糖16.0%～22.0%，灰分13.0%～22.0%，水分7.5%～16.0%，粗蛋白质2.5%～3.0%，乙醚浸出物0.7%～1.3%。稻壳含有的二氧化硅以网络状分布其中，起着骨架作用，木质素、纤维素等填充在网络中。稻壳的结构从外向内分为外皮层、纤维层、纤管形成层、薄壁细胞层以及内表层 4 部分[4]。图1A显示，稻壳的外表面有大量排列整齐的锥形突起，可提高界面粘结强度；从图1B可知，稻壳内壁较光滑，横断面是孔道结构，这种结构正是稻壳质轻、比表面积大的原因；比较图1A和图1B可知，稻壳内表面比其外表面和横断面要光滑而且有明显的细长纤维。
2 稻壳水泥基材料的研究进展
2.1 轻质稻壳砂浆 哈尔滨工业大学的陈睿等以稻壳、普通硅酸盐水泥、砂、粉煤灰、水为原材料，加入一定量的外加剂，研制了可作为墙体材料的轻质高强、保温隔声的新型建筑节能材料——稻壳砂浆，对密度、强度、导热系数等性能进行了研究。研究表明，水泥材料的密度一般约为 3 000 kg/m3，稻壳砂浆的密度约为水泥的1/2，稻壳的加入使水泥材料的密度大幅度降低，与水泥材料相比，稻壳砂浆的抗压强度和抗折强度均有一定的提高。稻壳的添加使得稻壳砂浆的导热系数明显减小，其导热系数仅为水泥材料导热系数（0.9 W/（m·K））的1/2～1/3，远低于其他常用墙体材料的导热系数，如普通混凝土导热系数为1.51 W/（m·K），普通红砖导热系数为 0.81 W/（m·K），两者的密度分别为2 300 kg/m3和1 800 kg/m3。与普通墙体材料比，稻壳砂浆具有较好的保温性能[5-6]。
哈尔滨工业大学的赵琦等用水泥、砂、稻壳和水拌制而成稻壳砂浆，采用尺寸为 150 mm×150 mm×150 mm试块，进行稻壳砂浆的抗压强度与弹性模量试验。试验计算结果得到，稻壳砂浆试块的抗压强度标准值为 13.33 MPa，抗压强度设计值为 9.5 MPa，弹性模量为 2.1×104 MPa[7]。
2.2 稻壳轻质混凝土 20世纪90年代开始，交通部公路科学研究所的高汉忠等研究较便宜的室内外轻混凝土保温材料——稻壳水泥混凝土，以稻壳为骨料，水泥为胶结剂，107胶作增强剂的混凝土材料，对密度、导热系数、抗压、抗折强度、抗冻性进行了研究。研究表明，稻壳混凝土的密度在0.8～1.3 kg/m3范围内变动；保温性能好，导热系数为0.23 W/（m·K）左右；抗压强度8～15 MPa（试验平均强度12.6 MPa），抗折强度2～6 MPa（（试验平均强度4.9 MPa），二者比值通常可达2～3。与抗压强度相比，其抗折强度相对高于用砂石做骨料的混凝土。稻壳混凝土抗冻性能好，在-20 ℃经25次冻融后其试件均无变化[8]。
孙树斌等以含CaO量为18%～22%的增钙粉煤灰70%、水泥30%、粉煤灰粗渣、稻壳和经外表面处理的憎水膨胀珍珠岩等材料为主原料，在硫铝酸盐-硫酸盐复合激发-膨胀剂的作用下，以湿排灰中产生的粗渣作为集料，无需加入砂、石配制成增钙粉煤灰-稻壳轻混凝土，在常温下养护生产新型墙体材料，具有良好的轻质性能及保温性能，其强度可达20 MPa以上，具有较强的实用性能[9] 。
2.3 稻壳轻质水泥基材料 哈尔滨工业大学的王明江等研制了一种用稻壳、石屑、粉煤灰等工、农业废料结合少量水泥制作的新型轻质水泥基材料。研究了稻壳掺量、稻壳预处理方式、制作工艺等对稻壳水泥基材料（Cement-based Rice Husk Materials，简称 CRHM）物理力学性能和耐久性能的影响。稻壳掺量在0～8%逐渐增加时，CRHM的抗压强度随之大幅度下降，体积密度下降近1/3；稻壳掺量为4%时，体积密度为1 618 kg/m3，较为理想。 随着稻壳掺量的增加，CRHM 冻融试验质量损失，强度损失逐渐变大。预处理方式表面喷水，陈化12 h对提高CRHM抗压强度效果最好，表面喷有机硅烷水溶液，60 ℃烘干对提高CRHM抗冻性效果最好[10]。