1、项目的意义、国内外现状和技术发展趋势 目前，我国墙体材料工业还十分落后，产品中90%（个别发达城市除外）是实心粘土砖，每年大约需7 000亿块，烧砖毁田约6 666公顷，严重地影响了农业生产，为此，国家巳制定出了一系列限制红砖生产和使用的政策．另外，我国能源日益缺乏，国家已把建筑节能放在非常重要的位置，到2000年，所有住宅必须达到现行规范节能50%的要求．吉林省颁布的<民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）吉林省实施细则>(DB22/164 -1998)要求，在外墙厚度小于490mm的条件下，其墙体的传热系数小于0.56 W/m2．K.在吉林省建设厅、吉林省计委、吉林省经贸委和吉林省地税局联合下发的吉建科[1997]年3号文件中已明确要求：“到2000年全部按新（标准>设计和建设住宅”．然而，从我省现有的墙体材料看，能够满足新<标准>要求的不多．目前，只有纯陶粒砌块（售价320元／m3左右）、聚苯乙烯(EPS)复合砌块（售价340元／m3左右）、EPS外保温技术(80元／m2左右)能达到节能要求，但价格昂贵，难以在村镇住宅中推广使用．而且，我省农村还没有与之相适应的新型墙体材料，我国北方寒冷地区人口约2亿，5 000万户左右，约占全国总人口的18%.长期以来，由于能源短缺，利用率低等因素，致使北方多数农村住宅热舒适环境较差，就墙体材料的技术而言，其发展趋势是轻质、高强、多功能，制品朝着大型化、轻质化、节能化、利废化、复合化的方向发展，不用粘土实心砖，西方国家在二战后，经过几十年的发展已经做到这一点，取而代之的是各类砌块和板材，建筑板材产量普遍占墙材总量的40%—60%.2001年，我国建筑板材生产总量为3.23亿m2，占墙材总量1.8%．其中，纸面石膏板1.8亿mz，各种空心条板约1.06亿m2—1.08亿m2．建筑板材具有规格尺寸工整、便于机械化生产、生产效率高、尺寸大、模块大、整体性好等特点，可以装配式组装，施工效率高，最易做到生产工业化、产品标准化、规格尺寸模数化和施工装配化，也易于控制产品质量和工程质量．目前，我国主要的新型建筑板材有GRC板、舒乐舍板、泰柏板、3D板、氯氧镁水泥轻质隔墙板、钢丝网架水泥夹心板、彩钢复合板、水泥木屑板、FC轻质复合板和硅钙板等，但能利用农作物秸秆制造的并适合广大村镇住宅的既承重又保温的外墙板还没有，目前是一个空白． 另一方面，农作物废料秸秆的利用已成为社会问题，随着农业连年丰收，秸秆数量大幅度上升，每年大约6.5亿余吨，绝大部分秸秆没有出路，被“一烧了之”，焚烧秸秆不仅浪费了大量的植物资源，而且，严重地破坏了生态环境，因此，秸秆的综合利用意义重大．吉林省是农业大省，这一问题尤为突出．目前，全省年建筑面积约2 000万m2．村镇住宅量更大，因此，利用秸秆等农业废弃物制造新型复合节能墙体材料，不仅具有轻质、高强、保温性能好、吸水率低、抗冻融性能高、防火等优点，而且成本低廉，市场需求潜力大，既利用了资源，又保护了环境，将会产生巨大的经济效益和社会效益，农作物秸秆也可以经过秸秆颗粒机、秸秆压块机压制成生物质成型燃料，生物质成型燃料是未来替代煤等化石燃料最佳的选择。 国内外已有诸多有关各种轻质保温砌块、墙板文献报道及专利，但用秸秆等农业废弃物制造建筑节能材料（秸秆承重与非承重保温砌块、秸秆承重保温板）及其建筑节能体系的研究，还未见报道，该研究填补了国内外空白，为吉林省科技发展重大攻关项目，已列入吉林省科技发展计划． 2、市场销售预测 我国正在积极发展新型墙体材料，把节能建筑当作与贯彻保护耕地、节约能源、保护环境基本国策的同等大事来抓，吉林省的住宅建筑外墙传热系数限值为0.56 W/m2.K，砌体热阻要求R=1.59 K/m2W，要达到现行规范节能50%的要求，如果采用红砖，砖墙厚度就要达到1.30 m，这是不可能的，也是不经济的．<标准>吉林省实施细则(DB 221/164-98)要求，外墙不论采用何种墙体，其总厚度不应超过490 mm. EPS外保温复合墙体虽然达到节能50%要求，但其配套材料多，施工复杂，而选用单一墙体材料施工方便，施工部门容易接受，且秸秆轻质保温砌块、秸秆承重保温板亦可满足节能50%的要求， 据有关部门统计，长春市年建筑开工面积为600万m2，年竣工面积约300．nz，其中，框架结构约占35%，每年需要轻质保温材料70万m3～90万1113．全省年建筑面积约2 000万m2，村镇住宅量更大，因此，市场需求量巨大，在国家一系列优惠政策（包括部分强制性政策）的鼓舞下，目前，吉林省墙改节能建筑迅速增加．急需新型墙体材料，为了鼓励新型墙体材料发展，吉林省在定额等各方面都给予了鼓励政策，因此，秸秆轻质保温砌块、秸秆承重保温板市场前景十分广阔． 3、生产工艺及设备 3.1主要原材料及性能 (1)水泥采用低碱度水泥． (2)粉煤灰粉煤灰是火力发电厂煤粉燃烧后剩下的灰分，是工业废料，粉煤灰是由各种颗粒机械混合而成的群体，其中多为球型玻璃体，比表面积较大，其矿物组成主要是玻璃相、莫来石相、石英、赤铁矿、磁铁矿及少量未燃烧碳粒，粉煤灰具有形态效应、火山灰效应和微集料效应，其化学组成见表1． (3)植物秸秆如玉米秸等．这些农作物植物秸秆生命期较短，枯死后秸秆经切断破碎形成窄而薄的纤维碎料状态，其宽度1mm—2 mm，长度1 mm—15 mm.植物秸秆纤维是一种天然纤维素纤维，其化学组成见表2． (4)外加剂包括粉煤灰激发剂、高效减水剂、植物纤维表面改性剂、聚合物乳液、抗水剂、早强剂等． 3.2生产工艺 新型复合节能墙体材料（以秸秆轻质保温砌块为例）是以农业废弃物——各种秸秆、粉煤灰、水泥为主要原材料，配以各种改性外加剂而制成．生产工艺见图1． 3.3技术性能 以秸秆轻质保温砌块为例，在节能50%的前提下，材料成本不高于现有常规建筑材料的成本，并通过减少桩节能保温、减少墙壁厚度、增加使用面积等途径，降低综合造价．技术性能指标是：容重≤650 kg/m3；抗压强度≥3.5 MPa;抗折强度≥1.0 MPa;收缩值≤0.8 mm/m;吸水率≤25%；导热系数≤0.18 W/m.K；抗冻融性合格；防火性合格． 3.4讨论 3.4.1聚合物的作用机理 在新型复合节能墙体材料中加入高分子聚合物乳液，其结构形成机理讨论如下： 以乳液形式掺加到水泥基的聚合物，在水泥搅拌均匀后，聚合物乳液颗粒会均匀地分散在水泥基体系中，形成水泥基的复合材料，随着水泥的水化，体系中的水不断地被水化水泥结合，乳液中的聚合物颗粒会相互融合连接在一起．随着水分的不断减少，聚合物在水泥基中形成结构．其形成过程分为3个阶段． 第1阶段：在水泥搅拌过程中，当掺入聚合物乳液掺入后，乳液中的聚合物颗粒均匀分布在水泥浆体中，形成聚合物水泥浆体．在这一体系中，随着水泥的水化，水泥凝胶逐渐形成，同时，聚合物颗粒沉积在水泥凝胶颗粒的表面， 第2阶段：随着水量的减少，水泥凝胶结构在发展，聚合物逐渐被限制在毛细孔隙中．随着水化的进一步进行，毛细孔隙中的水量在减少，聚合物颗粒絮凝在一起．水化凝胶的表面形成聚合物密封层，该密封层也粘结了骨料颗粒的表面及水泥水化凝胶与水泥颗粒混合物的表面．因此，混合物中的较大孔隙被有粘结性的聚合物填充．由于水泥浆体中孔隙的尺寸在零点几个nm到几百个哪之间，而聚合物颗粒尺寸一般在50 nm—500 nm之间，所以，这种认为聚合物颗粒主要填充在水泥浆体孔隙中的理论是可以接受的， 一些聚合物分子中的活性基因可能与水泥水化产物中的Ca2+，Al3+等产生了交联反应，形成特殊的桥键作用，从而，改善了水泥硬化体的物理组织结构，缓解了内压力，减少了微裂纹的产生，增强了聚合物水泥基复合材料的致密性． 第3阶段：由于水化过程的不断进行，凝聚在一起的聚合物颗粒之间的水分逐渐被全部吸收到水化过程的化学结合水中去，最终聚合物颗粒完全融化在一起，形成了聚合物网结构，聚合物网结构把水泥水化物联结在一起，即水泥水化物与聚合物交织缠绕在一起，因而改善了水泥石的结构形态． 聚合物对新拌聚合物水泥基复合材料的工作性有较大的影响，这是因为分散的聚合物颗粒就象“滚珠”一样，使水泥及水化产物颗粒相对运动更容易．同时，聚合物本身或加入到乳液中以减少悬浮颗粒下沉的表面活性剂就象减水剂一样，围绕水泥颗粒作定向排列，使颗粒分散，从而减少了用水量，提高了坍落度．加入聚合物乳液中的表面活性剂及稳定剂，在新拌水泥浆体中引入许多气泡，适量的气泡可改善新拌水泥浆体的和易性和硬化水泥制品的抗冻能力， 聚合物的加入还使硬化的保温墙体材料的抗压、抗拉和抗折强度得到了提高．抗压强度的提高主要归结于水泥制品需水量的减少；抗拉、抗折强度的提高主要是因为界面过度区的致密化，改善了集料与水泥基体的粘结，减少了裂缝的形成，聚合物与水泥浆体互穿基质，在应力作用下产生裂缝时，聚合物能跨越裂纹并抑制裂缝扩展，从而，使水泥制品的断裂韧性、变形性能得以提高．此外，水泥制品的工作性和分散性的改善，使水化水泥浆体的均质性提高，也是抗拉和抗折强度提高的原因之一． 经过高分子乳液改性的水泥复合材料的抗冻融能力、耐水性要比未掺加的好，显然，这是由于聚合物膜的存在，以及使用聚合物时较低的水灰比及合理的孔结构所致．此外，由于聚合物与被粘基体材料的良好胶结作用，使得水泥制品的粘接性能大大提高．同时，加入高分子聚合物后的水泥复合材料抗拉强度提高．延伸性能改善，从而，减少干缩裂缝和温度裂缝的形成，当然，于缩裂缝的减少也与其较高的保水能力有关． 另外，加入高分子聚合物后，改善了秸秆植物纤维的表面和秸秆纤维一水泥的界面，提高了秸秆植物纤维与水泥基体的粘结性能，从而，改善了复合材料的韧性，提高了其抗裂性能及抗冲击、抗弯等力学性能。 3.4.2纤维增强作用 纤维增强建筑材料的技术，可以追溯到人们用稻草生产砖的时代．近些年，纤维增强水泥复合材料所用纤维的主要种类有玻璃纤维、钢纤维、碳纤维、石棉纤维、尼龙纤维、聚丙烯纤维及植物纤维等． 当一个荷载施加到一个周围基体里埋有一根纤维的物体上时，这根纤维对该物体的承载能力将做出贡献，该荷载通过基体靠在纤维一基体界面处的剪切变形传递给纤维．一般说来，荷载的传递是由于纤维与基体的物理性质不同（如纤维和基体的弹性模量不同）引起的． 将纤维填入脆性的水泥基体，因抑制了开裂的进程丽有利于提高复合材料的断裂韧性，同时，也提高了抗拉强度和抗弯强度．对增强作用的本质来说，纤维的高抗拉强度是主要的，同时，纤维与基体的弹性模量之比越高，将越有利于应力从基体向纤维的传递．具有高断裂应变的纤维，能使复合材料有较高的延伸率，而低的泊桑比可以防止纤维一基体界面上粘结的减弱．低弹性模量纤维一般有较高的延性，在受拉时吸收大量能量，可以提高水泥基复合材料的韧性和抗冲击强度．因此，秸秆不但具有保温作用，还起到了纤维增强作用， 粉煤灰的活化处理，详见参考文献 3.5生产设备选型 全部采用国产生产设备，在选型中应考虑2个问题：一是自动化程度要高，尽量减少人工环节和工人的 劳动强度；二是生产一定要形成规模，迅速占领市场． 4、原辅材料及公共设施 (1)原辅材料．如建一个秸秆轻质保温砌块生产能力为5万立方米／年的企业，所需主要原材料为农作物秸秆、水泥、外加剂和粉煤灰，其中，农作物秸秆全省资源及其广泛，水泥可由亚泰水泥厂供应，粉煤灰每年可由长春一汽集团热电公司、长春二热电厂等单位产出几百万吨，因此，原材料供货渠道充足，不存在后顾之忧． (2)公用工程．水：在生产基地打深水井，可达到用水量40 t/H．电：项目工艺设备装机容量为120 kW，考虑到照明及办公设备用电，总容量按140 kW计算，需用选用系数为0.75，功率因数可补偿到0.9，计算容量按126 kVA配置，生产过程不产生污染，也无易燃易爆物质，因此，不需建设特殊的附属设施． 5、土建工程设计 (1)设计依据．厂区平面布置图；企业现有暖通、给排水、电气设施现状；工艺对土建、暖通、给排水、电气的要求；土建、暖通、给排水、电气设计国家有关设计规范． (2)设计范围．厂房总建筑面积为2 000m2；合理的车间布局；公用工程的配套． (3)长春地区自然状况及设计参数，地震强度按6级设防；最大冻土深度为1.7 m;极端最高温度38；极端最低温度- 30；常年主导风向WN;基本雪压0.65 kN/m2；基本风压0.5 kN/m2. (4)装饰工程．外墙：厂房车间及原材料仓库均为清水墙；内墙：车间厂房、原材料仓库均为混合砂浆；地面：车间、原材料仓库均为水泥砂浆；屋面及防水：厂房、仓库建筑均为轻钢屋架，石棉瓦及高聚物改性沥青防水卷材做防水处理；门窗：各建筑均为塑钢门窗；墙体：车间厂房、库房均为370 mm． 6、生产组织和劳动定员、安全及工业卫生 (1)生产组织和劳动定员，本项目投产后，共需管理人员、劳动工人95名，主要技术骨干由现有职工调配，其余人员在社会上招收下岗熟练工或合同工，并实行岗前培训，达标后，方可上岗，并定期考核．工作制度实行三班二运转，每班8小时，每年按10个月生产． (2)劳动安全，该项目有粉尘部位采用负压操作，设备采用有效的密闭措施，保证操作岗位的粉尘浓度达标，以保障工人的身体健康；有运动部位及设备连接处均设防护罩；修平面、吊装口、地坑等处设置安全护栏、盖板；凡高度大于15m的建筑物均设置避雷装置，所有电气设备均作好接地与接零保证；设置环保安全管理部门，制定环保及劳动安全卫生制度，定期定时进行检查监督，严格管理，从组织上保证安全文明生产． (3)工业卫生．对企业生产过程中的卫生环境，应做全面考虑．除美化生产环境外，对工人发放必要的卫生防护口罩，并备有浴池、卫生间等． 7、环保、消防及节能 环保方面．该项目投产后，无废水排放，亦无废渣产生，只是砌块成型机振动时会产生噪声．因此，可采取的环保措施是在产生噪声的声源设备处建设封闭的隔音室，以减小对外界环境影响， 消防方面．设计依据是：<建筑设计防火规范>( GB 16-87)；工艺对火的要求． 具体措施是：该项目所用原材料及所生产的产品除秸杆外，均为无机非燃烧品在生产过程中不使用燃火．除对建构物按BG16-87的设计标准设计和建设外，还要加强厂内燃料的消防管理，建立健全各项消防制度及防火措施；建筑物四周设消防通道． 节能方面．该项目的产品本身为节能产品，其工艺所需原材料及动力设备均采用国家推荐的节能产品，车间照明一律采用荧光灯，这样，既能满足照明要求，又达到节能的目的． 8、投资估算 该项目投资500万元，其中，建设投资为350万元，流动资金为150万元．估算的依据及说明： 工艺设备．根据2003年的现行价格，其中，主要设备依据厂家的报价，设备运杂费按照原价的6%计算（国家建材局费用定额）．设备安装费根据设备安装的难易程度和建材行业的实际情况，按设备原价的8%估算；备品、备件、工器具购置费：按设备费的5%计算；不可预见费：因为建设期不到一年所以涨价预备金计算值为零，基本预备费按单项工程与其他费用之和的3%估算；投资期贷款利息：按中国人民银行237号文件，5年以上贷款利率为7.56%（名义利率）计算；其他费用按有关规定估算；电增容费按120kVA×1200元/kVA计算；流动资金：按分项详细估算法，流动资金估算值为350万元． 9、财务评价 砌块年产量5万m3，售价220元／13.该项目计算期21年，建设期5个月，投产期3个月，生产期20年． 9.1成本估算 (1)成本编制的原则，根据实际生产的工艺流程，结合物价发展形势，同时，考虑该项目属于季节性生产，因此，编制成本时其计算原则是：原材料、燃料费，根据有关资料并结合企业实际情况选取价格；工资水平参照同行业及本地实际情况确定．平均每人年工资9 600元． (2)折旧及摊销，固定资产折旧采用分类折旧，残值10%，大修3%；房屋及建筑物折旧年限20年；机器设备折旧年限10年；无形资产及开办费、摊销费年限各为10年、5年． (3)销售税金及所得税，根据国家有关规定，建筑节能建筑材料为国家扶持产品，给予很大的优惠（免增值税及相应的城市建设维护税、教育附加费）．所得税国家也给予优惠（免二减三），地方所得税仍按3%计取．利用秸杆制造砌块属废物利用，国家明确规定，也享受国家免税政策． 9.2财务分析 9.2.1 经济效益分析 (1)成本估算，按Im3砌块计算，成本估算结果见表3． (2)销售价格．参考陶粒砌块（销售价280元／m3）、EPS节能复合砌块(销售价300元／m3～350元/m3)，暂定本砌块销售价为220元／m3． (3)利润估算，根据上述销售价格和成本，每立方米利润为220元／m3-149元／m3=71元／m3.如果建一个年产5万m3的砌块厂，则产值为1100万元，利润为355万元；如果建一个年产20万m3的砌块厂，则产值为4 400万元，利润为1 420万元． 9.2.2社会效益和环境效益分析 利用秸杆等农业废弃物制造轻体保温建筑材料，不但具有性能好、成本低廉等优点，而且也利用了农业废弃物资源，减少了焚烧污染，保护了环境．同时，亦减少了粘土砖的使用，这不仅保护了耕地，也给农民增加了收入，若以每公斤0.1元～0.15元的价格收购秸杆，农民每亩可增收50元～80元左右．由此可见，该项目投产后，将产生显著地社会效益和环境效益． 9.2.3与同类产品技术经济对比分析 同类产品技术经济对比见表4． 10、结论 (1)利用秸秆等农业废弃物制造新型复合节能墙体材料，在节能50%的前提下，具有轻质、高强、保温性能好、吸水率低、抗冻融性能高、防火等优点． (2)利用秸秆等农业废弃物制造新型复合节能墙体材料，不但具有成本低廉等优点，而且，利用了农业废弃物秸秆资源，减少了焚烧污染和粘土砖的使用，保护了环境和耕地，该项目投产后，将产生巨大的经济效益和社会效益． (3)综合分析结果表明，该项目是可行的．