Vỏ trấu trong xây dựng

Vỏ trấu là vật liệu độc đáo trong tự nhiên. Chúng chứa khoảng 20% ​​opaline silica kết hợp với một lượng lớn polyme cấu trúc phenyl propanoid gọi là lignin. Chất thải nông nghiệp dồi dào này có tất cả các đặc tính mà người ta có thể mong đợi ở một số vật liệu cách nhiệt tốt nhất. Thử nghiệm ASTM gần đây do Dịch vụ R&D của Cookville, Tennessee tiến hành cho thấy vỏ trấu không dễ bắt lửa hoặc cháy âm ỉ, chúng có khả năng chống ẩm và phân hủy nấm cao, chúng không truyền nhiệt tốt, chúng không có mùi hoặc phát ra khí và chúng không ăn mòn nhôm, đồng hoặc thép. Ở trạng thái thô và chưa qua chế biến, vỏ trấu tạo thành vật liệu cách nhiệt Loại A hoặc Loại I, do đó, chúng có thể được sử dụng rất tiết kiệm để cách nhiệt cho các khoang tường, sàn và mái của Nhà vỏ trấu siêu cách nhiệt. Bài báo này cũng giải thích cách cấu trúc của một ngôi nhà như vậy có thể được tạo ra từ nhiều loại sản phẩm gỗ kỹ thuật có nguồn gốc từ vỏ mía.

Giấy

Khi thiên nhiên quyết định cách đóng gói một hạt gạo, bà đã bọc bó chất dinh dưỡng nhỏ bé này bằng thứ thường được gọi là "opal sinh học". ^[1] Cấu trúc hóa học của vỏ trấu, chứa silica vô định hình liên kết với nước, rất giống với opal, và điều này mang lại cho vỏ trấu một số đặc tính khá tuyệt vời. Không nơi nào chúng ta có thể tìm thấy một sản phẩm phụ ngũ cốc có hàm lượng protein và carbohydrate khả dụng thấp như vậy, nhưng đồng thời lại có hàm lượng chất xơ thô, tro thô và silica cao như vậy. ^[2] Trong tất cả các sản phẩm phụ ngũ cốc, vỏ trấu có tỷ lệ phần trăm tổng chất dinh dưỡng có thể tiêu hóa thấp nhất (dưới 10%). ^[3]

Vỏ trấu chứa khoảng 20% ​​silica opaline kết hợp với một lượng lớn polyme cấu trúc phenyl propanoid gọi là lignin. Tỷ lệ silica cao như vậy là rất bất thường trong tự nhiên, ^[4] và sự pha trộn chặt chẽ giữa silica và lignin này làm cho vỏ trấu không chỉ chống thấm nước và phân hủy do nấm mà còn chống lại mọi nỗ lực xử lý của con người. Vì lúa được trồng ở mọi châu lục trừ Nam Cực, vì nó chỉ đứng thứ hai sau lúa mì về diện tích và sản lượng trên toàn thế giới, ^[5] và vì vỏ trấu trung bình chiếm khoảng 20% ​​trọng lượng thu hoạch thô của lúa, ^[6] nên hành tinh của chúng ta sẽ có rất nhiều chất cặn bã có vảy này.

Hơn 100.000.000 tấn trấu được tạo ra mỗi năm trên toàn thế giới. ^[7] Năm 1995, Hoa Kỳ đã sản xuất khoảng 1.260.000 tấn trấu ^[8] tại khoảng 50 nhà máy ^[9] đặt tại Louisiana, Texas, Arkansas, Missouri, Mississippi, Florida và California. Vì hầu hết các nhà máy đều lưu trữ gạo thô và chế biến hàng ngày nên trấu khô tươi luôn có sẵn quanh năm. Vì trấu không phân hủy sinh học hoặc không dễ cháy nên đôi khi chúng được cung cấp miễn phí.

Vỏ trấu thường được bán với giá khoảng 6 đô la/tấn, mặc dù một nhà máy cho biết họ đã bán vỏ trấu với giá từ 2 đến 20 đô la/tấn. ^[10]

Vỏ trấu là vật liệu đóng gói rất cứng và mài mòn, bao gồm hai nửa lồng vào nhau. Nó bao bọc không gian nhỏ do hạt xay bỏ lại và gần với vô số vỏ trấu khác, nó tạo thành một rào cản nhiệt có thể so sánh tốt với vật liệu cách nhiệt tuyệt vời. ^[11] Các thử nghiệm khả năng chịu nhiệt trên toàn bộ vỏ trấu cho thấy giá trị R lớn hơn 3,0 trên một inch. ^[12] Nếu giá trị R của vỏ trấu thuận lợi như vậy, tại sao chúng không được sử dụng rộng rãi để cách nhiệt cho các công trình dân dụng và thương mại? ^[13]

Có lẽ các nhà khoa học và kỹ sư của chúng ta chỉ tập trung vào việc tạo ra các vật liệu và sản phẩm có thể được dán nhãn và tiếp thị là độc quyền. Có lẽ việc sử dụng vỏ trấu khiêm tốn làm vật liệu cách nhiệt không đủ truyền cảm hứng cho trí tưởng tượng khoa học hoặc thương mại. Nhưng tại sao lại tập trung vào các sản phẩm do con người tạo ra khi vật liệu tự nhiên rất nhiều? Chắc chắn phải có một lý do sâu sắc và rõ ràng nào đó khiến vỏ trấu thô không phù hợp để làm vật liệu cách nhiệt.

Vỏ trấu có cháy không? Có, nhưng khó cháy, như Eldon Beagle đã từng giải thích một cách rất tao nhã:

"Sự sắp xếp cấu trúc 'bó ống hút uống' silica-cellulose đặc biệt của vỏ trấu tạo ra một vật thể không cháy hoặc thậm chí giải phóng nhiệt theo cách giống với bất kỳ chất hữu cơ nào. Những cấu trúc hình ống nhỏ xíu có đỉnh silica này có khả năng chống cháy vốn có. Chúng thường bịt kín và ngăn chặn quá trình cháy hoàn toàn, đồng đều cần thiết để thu được sản phẩm cuối mong muốn." ^[14]

Bất kỳ ai đã từng thử đốt cháy trấu rời đều hiểu được chúng khó cháy như thế nào. Vì không khí không thể lưu thông tự do qua đống trấu để cung cấp oxy cần thiết để duy trì quá trình đốt cháy nhanh, nên chúng không dễ dàng và sạch sẽ cháy. Khối lượng riêng của trấu rời tương tự như khối lượng riêng của rơm đóng kiện, và bất kỳ ai đã từng thử đốt cháy một kiện rơm đều hiểu được vấn đề liên quan đến sự sẵn có của oxy. Nhưng sự sẵn có đơn giản của oxy không giải thích được mọi thứ.

Như chúng tôi đã lưu ý ở trên, tỷ lệ cao silica opaline trong vỏ trấu là bất thường nhất khi so sánh với các vật liệu thực vật khác và một số nhà khoa học cho rằng trong quá trình đốt cháy vỏ trấu, tro silica có thể tạo thành một "kén" ngăn không cho oxy tiếp cận với cacbon bên trong. Các nhà khoa học khác suy đoán rằng, vì silica và cacbon có thể liên kết một phần ở cấp độ phân tử, nên silicon carbide được hình thành trong quá trình đốt cháy ở nhiệt độ cao và sự hiện diện của loại gốm chịu nhiệt này cản trở quá trình đốt cháy dễ dàng của vỏ trấu. ^[15] Một số nhà khoa học khác lại cho rằng ở một số nhiệt độ nhất định, liên kết phân tử giữa silica và cacbon trong vỏ trấu thực sự được tăng cường, do đó ngăn không cho vỏ trấu cháy hoàn toàn và đồng đều. ^[16] Trong mọi trường hợp, ngay cả khi chúng ta cố gắng đốt cháy một đống vỏ trấu, chúng ta thấy rằng nó có xu hướng cháy âm ỉ thay vì cháy.

Vỏ trấu có khả năng chống cháy và tự dập tắt ở nhiệt độ bình thường. Một que diêm đang cháy, ném vào một đống vỏ trấu thường sẽ cháy hết mà không tạo ra ngọn lửa tự duy trì trong vỏ trấu. ^[17]

Vật liệu cách nhiệt cellulose thông thường đòi hỏi phải bổ sung một lượng lớn chất chống cháy và chống cháy âm ỉ. Nồng độ các hóa chất chống cháy và chống cháy âm ỉ (như axit boric, natri borat, amoni sunfat, nhôm sunfat, nhôm trihydrat, mono- hoặc di-amoni phosphat) trong vật liệu cách nhiệt cellulose thông thường có thể lên tới 40% theo trọng lượng. ^[18] Những hóa chất này rất đắt để mua và chuẩn bị, và sợi cellulose phải trải qua quá trình chuẩn bị rộng rãi để tiếp nhận chúng.

Đáng ngạc nhiên là trấu không cần chất chống cháy hoặc chất chống cháy âm ỉ. Thiên nhiên đã ban tặng cho sản phẩm chất thải nông nghiệp này tất cả các đặc tính cháy cần thiết để vượt qua Thử nghiệm thông lượng bức xạ quan trọng (ASTM C739/E970-89), Thử nghiệm cháy âm ỉ (ASTM C739, Mục 14) và Thử nghiệm đặc tính cháy bề mặt (ASTM E84). Các thử nghiệm gần đây do Dịch vụ R&D thực hiện cho thấy thông lượng bức xạ quan trọng (CRF) trung bình là 0,29 W/cm2, trọng lượng cháy âm ỉ giảm từ 0,03% đến 0,07%, Chỉ số lan truyền ngọn lửa (FSI) là 10 và Chỉ số phát triển khói (SDI) là 50. Vì các quy định xây dựng của Hoa Kỳ yêu cầu FSI phải thấp hơn 25 và SDI phải thấp hơn 450, nên chúng ta thấy rằng trấu dễ dàng vượt qua các thử nghiệm này. Ở trạng thái thô và chưa qua chế biến, trấu tạo thành vật liệu cách nhiệt Loại A hoặc Loại I.

Tất cả các vật liệu hữu cơ sẽ hấp thụ hoặc giải phóng độ ẩm cho đến khi chúng đạt đến trạng thái cân bằng với độ ẩm tương đối của không khí xung quanh. Nồng độ cao của silica opaline trên bề mặt ngoài của vỏ trấu cản trở sự truyền hơi ẩm từ khí quyển vào vỏ trấu. Ngoài ra, 2,1% đến 6,0% vỏ trấu bao gồm một loại polyester sinh học gọi là cutin, ^[19] kết hợp với sáp do cây lúa sản xuất, tạo thành một rào cản không thấm nước cao. Thiên nhiên sử dụng một số chiến lược rất hiệu quả để bảo vệ hạt gạo khỏi nước và độ ẩm cao thường liên quan đến việc trồng trọt và phát triển của loại cây này.

Do đó, các nghiên cứu được thực hiện trên vỏ trấu ở nhiệt độ 25°C chỉ ra rằng hàm lượng ẩm cân bằng của vỏ trấu ở độ ẩm tương đối 50% là ở mức 10% hoặc thấp hơn, trong khi ở độ ẩm tương đối 90%, hàm lượng ẩm cân bằng của vỏ trấu vẫn ở mức 15% hoặc thấp hơn. ^[20] Một Thử nghiệm hấp thụ hơi ẩm (ASTM C739, Mục 12) do Dịch vụ R&D thực hiện cho thấy trọng lượng chỉ tăng 3,23%. Con số này thấp hơn nhiều so với hàm lượng ẩm cần thiết để duy trì sự phát triển của nấm và mốc.

Tiêu chuẩn ASTM về vật liệu cách nhiệt cellulose yêu cầu thử nghiệm trong 28 ngày về khả năng chống nấm phát triển (xem phần 10 của ASTM C1497, ASTM C1338, Phần 6.6 của ASTM C1149 hoặc Phần 11 của ASTM C739). Theo các tiêu chuẩn này, Dịch vụ R&D đã tiêm chủng cho vỏ trấu bằng năm loài nấm khác nhau và vỏ trấu đã vượt qua các thử nghiệm này mà không cần thêm thuốc diệt nấm hoặc bất kỳ hóa chất nào khác.

Nồng độ cao của silica opaline trên bề mặt ngoài của vỏ trấu cũng thiết lập độ cứng hiệu quả của vỏ trấu ở mức gần giống với giá trị được báo cáo đối với opal (6 trên thang Mohs). ^[21] Tuy nhiên, do sự hiện diện của lignin trong vỏ trấu, độ cứng này được điều hòa bằng tính linh hoạt và đàn hồi. Vì vỏ trấu cứng nhưng vẫn đàn hồi, nên nó chống lại sự lắng đọng và nén tốt hơn nhiều so với báo vụn. Sự lắng đọng của vật liệu cách nhiệt cellulose trong khoang tường có thể làm giảm chiều cao lắp đặt của nó tới 25%. Vì lý do này, thường cần phải ổn định vật liệu cách nhiệt cellulose bằng polyvinyl acetate hoặc chất kết dính acrylic. Không cần bất kỳ hợp chất ổn định nào trong số này với vỏ trấu, nếu được rung mạnh hoặc đóng gói vào khoang tường.

Vỏ trấu rời thông thường có góc nghỉ khoảng 35 độ. ^[22] Nhưng khi được đóng chặt vào khoang tường, các đầu, cạnh và lông nhỏ của chúng sẽ liên kết với nhau để đạt được góc nghỉ âm. Do sự liên kết đặc biệt này của vỏ trấu dưới áp suất nhẹ, chúng ổn định theo cách rất đồng đều và không thể lắng thêm nữa. Ngoài ra, vì không cần thêm chất chống cháy, thuốc diệt nấm hoặc bất kỳ hóa chất nào khác vào vỏ trấu, nên Dịch vụ R&D đã xác định rằng sinh khối lành tính và ổn định này không phát ra mùi khó chịu (ASTM C739). Tương tự như vậy, Dịch vụ R&D đã xác định rằng vỏ trấu không ăn mòn nhôm, đồng hoặc thép (ASTM C739, Mục 9).

Với trấu, chúng ta không cần tham gia vào quá trình khai thác hoặc sản xuất gây ô nhiễm không khí, ô nhiễm nước hoặc xói mòn. ^[23] Với trấu, chúng ta không cần tham gia vào quá trình sản xuất làm cạn kiệt nguồn dự trữ nhiên liệu hóa thạch của chúng ta (như với polystyrene, ^[24] polyisocyanurate và vật liệu cách nhiệt polyurethane). Với trấu, chúng ta không sử dụng các hóa chất gốc clo như phosgene, propylene chlorohydrin ^[25] hoặc bất kỳ chlorofluorocarbon nào làm suy giảm tầng ozon. ^[26] Với trấu, chúng ta không sử dụng urê formaldehyde và chắc chắn không sử dụng phenol formaldehyde được sử dụng trong hầu hết các vật liệu cách nhiệt sợi thủy tinh. ^[27] Với trấu, chúng ta không phải lo lắng về tính gây kích ứng hoặc khả năng gây ung thư của bụi và sợi. ^[28] Hơn nữa, những người bị nhạy cảm với hóa chất cấp tính không phải lo lắng về việc thoát khí liên quan đến chất kết dính trong vật liệu cách nhiệt batt, với mực trong báo tái chế hoặc với VOC giải phóng từ vật liệu cách nhiệt bằng bọt. ^[29] Vì trấu không cần phải cắt nhỏ, nghiền bằng búa, làm tơi, tạo sợi, liên kết hoặc ổn định nên chắc chắn ở những trạng thái có trấu, chúng có ít năng lượng tích hợp hơn nhiều so với vật liệu cách nhiệt xenlulo. ^[30] Vì trấu không dễ cháy nên chúng không cần chất chống cháy hoặc chất chống cháy âm ỉ, và vì chúng rất cứng và bền nên không có gì ngăn cản chúng được sử dụng và tái chế nhiều lần.

Có lẽ chi phí đáng kể nhất liên quan đến việc sử dụng trấu là chi phí vận chuyển. Ở mật độ khối khoảng 9 lbs. trên ft ³ , ^[31] trấu rời có thể được vận chuyển với chi phí gần bằng rơm đóng kiện. Tuy nhiên, để giảm chi phí vận chuyển, trấu có thể được nén tới 25 lbs. trên ft ³ mà không làm mất tính đàn hồi của chúng. ^[32] Chúng dễ dàng trở lại mật độ ban đầu khi lực nén được loại bỏ. Nhưng để vận chuyển trấu một cách kinh tế, không cần phải nén trấu xuống mật độ 25 lbs/ft ³ . Ở mật độ chỉ 14,50 lbs/ft ³ , một rơ moóc tiêu chuẩn dài 53 foot đạt hiệu quả vận chuyển tối ưu ở trọng lượng hợp pháp tối đa là 24 tấn. Nếu với mật độ vận chuyển này, chúng ta phải trả phí vận chuyển trung bình là 1,45 đô la một dặm, thì chi phí vận chuyển một tấn trấu trên quãng đường 250, 500, 750, 1000, 1250 và 1500 dặm sẽ lần lượt là khoảng 15 đô la, 30 đô la, 45 đô la, 60 đô la, 75 đô la và 90 đô la (xem biểu đồ bên dưới).

Với mật độ lắp đặt là 9 lbs/ft3 ^, một tấn vỏ trấu sẽ cách nhiệt được 222 ft2 ^của một khoang tường 12 inch. Do đó, chi phí cho mỗi ft2 ^phát sinh do vận chuyển trên những khoảng cách tương tự lần lượt là 0,07 đô la, 0,14 đô la, 0,20 đô la, 0,27 đô la, 0,34 đô la và 0,41 đô la (xem biểu đồ tiếp theo).

Những người sống cách các nhà máy xay xát gạo dưới 200 dặm sẽ khó có thể biện minh cho việc sử dụng bất kỳ loại vật liệu cách nhiệt nào khác. Khi nhiều nhà máy miễn cưỡng bán vỏ trấu với giá dưới 5,00 đô la một tấn, thì lập luận ủng hộ vỏ trấu trở nên hấp dẫn hơn. Với giá 5,00 đô la một tấn, chi phí vỏ trấu cho mỗi ft2 ^của một bức tường sâu 12 inch chỉ là 0,02 đô la.

Giả sử chúng ta trả không phải 5,00 đô la mà là 25 đô la cho một tấn (cao hơn nhiều so với giá thị trường hiện tại), chúng ta thấy rằng giá mua vỏ trấu cho mỗi ft ² tường cách nhiệt chỉ là 0,11 đô la. Cộng 0,11 đô la này trở lại chi phí vận chuyển trên cùng những khoảng cách này, chúng ta có tổng chi phí cho mỗi ft ² vỏ trấu được giao đến công trường lần lượt là 0,18 đô la, 0,25 đô la, 0,32 đô la, 0,38 đô la, 0,45 đô la và 0,52 đô la (xem biểu đồ bên dưới).

Với những tính toán đơn giản này, chúng ta thấy rằng việc vận chuyển vỏ trấu không nên hạn chế hoặc hạn chế việc sử dụng rộng rãi của chúng như vật liệu cách nhiệt. Những tính toán này cho phép chúng ta thực hiện hai phép so sánh, một là so sánh với rơm đóng kiện và một là so sánh với vật liệu cách nhiệt cellulose đóng gói dày đặc. So với tất cả các loại vật liệu cách nhiệt khác trên thị trường hiện nay, hai loại vật liệu cách nhiệt này có hàm lượng tái chế cao nhất và hàm lượng năng lượng tích hợp thấp nhất.

Trung bình, một kiện rơm hai dây (14x18x36 inch) nặng 45 pound, được bán với giá 2,50 đô la và vận chuyển đến công trường với giá 1,00 đô la. ^[33] Đặt phẳng trong tường, kiện rơm hai dây này chiếm 3,5 ft ² bề mặt tường. Điều này mang lại giá mua là 0,71 đô la cho mỗi ft ² tường, mà chúng ta phải cộng thêm 0,29 đô la nữa cho chi phí vận chuyển. Theo đó, tổng chi phí rơm đóng kiện cho mỗi ft ² tường kiện là khoảng 1,00 đô la. Con số này cao hơn năm lần giá của vỏ trấu được vận chuyển 250 dặm và gần gấp đôi giá của vỏ trấu được vận chuyển 1.500 dặm. Hơn nữa, 12 inch vỏ trấu ở mức R-3,0 mỗi inch cung cấp khả năng cách nhiệt nhiều hơn 37% so với 18 inch rơm đóng kiện ở mức R-1,45 mỗi inch, ^[34] và điều này, với một phần năm đến một nửa chi phí, sử dụng ít hơn 33% diện tích tường.

Vật liệu cách nhiệt cellulose trong ứng dụng đóng gói dày đặc được chèn vào tường với mật độ khoảng 3,5 lbs/ft3 ^. Theo đó, một tấn vật liệu cách nhiệt cellulose sẽ cách nhiệt được 571 ft2 ^trong số 12 inch tường sâu mà chúng tôi đề xuất. Với giá giao hàng trung bình là 540 đô la một tấn, vật liệu cách nhiệt cellulose có giá khoảng 0,95 đô la cho mỗi ft2 ^tường cách nhiệt. Giá này rẻ hơn một chút so với rơm đóng kiện, nhưng vẫn đắt gấp khoảng năm lần giá vỏ trấu vận chuyển 250 dặm và gấp đôi giá vỏ trấu vận chuyển 1.500 dặm.

Nếu vật liệu cách nhiệt vỏ trấu so sánh tốt với vật liệu cách nhiệt kiện rơm và vật liệu cách nhiệt xenluloza, thì nó đáng mong muốn hơn bao nhiêu so với các dạng vật liệu cách nhiệt có hàm lượng tái chế thấp và hàm lượng năng lượng tích hợp cao? Ngành xây dựng tại Hoa Kỳ đòi hỏi hàng triệu tấn vật liệu cách nhiệt mỗi năm. Các nhà máy xay xát gạo không nên liên minh với các kiến ​​trúc sư và thợ xây dựng để thay thế tất cả các dạng vật liệu cách nhiệt không được sản xuất theo cách hiệu quả và có lợi cho môi trường sao?

Để phản bác, một số người có thể lập luận khá đúng rằng tường kiện rơm chịu lực cung cấp nhiều hơn là chỉ cách nhiệt. Một số người cũng có thể lập luận rằng chúng ta đã so sánh giá trị cách nhiệt lý thuyết của vỏ trấu với giá trị cách nhiệt lắp đặt của kiện rơm – một trường hợp kinh điển của táo và cam. Nhưng miễn là hệ thống tường được thiết kế đúng (không có độ dẫn nhiệt qua các thành phần kết cấu), và miễn là vỏ trấu được phân bổ và đóng gói đồng đều bên trong tường (không có khoảng trống nào không có vỏ trấu), thì giá trị lý thuyết và giá trị lắp đặt phải giống nhau.

Năm 1994, ngành công nghiệp cách nhiệt cellulose đã tiêu thụ 420.000 tấn báo tái chế. ^[35] Đây là một hoạt động cần được thúc đẩy và tăng cường theo mọi cách có thể. Nếu các nhà máy xay xát gạo đóng góp một lượng tương đương cho ngành công nghiệp cách nhiệt, thì lượng này chỉ chiếm một phần ba sản lượng trấu hàng năm tại Hoa Kỳ.

Với giá bán trung bình là 25 đô la một tấn và khoảng cách vận chuyển trung bình là 600 dặm, điều này sẽ tạo ra doanh thu hàng năm khoảng 10,5 triệu đô la cho các nhà máy xay xát gạo và hơn 15 triệu đô la cho các công ty vận tải. Vì Hoa Kỳ tạo ra ít hơn 1,3% sản lượng trấu toàn cầu, nên phần còn lại của thế giới có thể hưởng lợi nhiều hơn từ việc sử dụng đơn giản và không phức tạp này của một sản phẩm phụ nông nghiệp dồi dào như vậy. Giả sử chúng ta tin rằng trấu có nhiều ưu điểm hơn so với các vật liệu cách nhiệt thông thường, thì chúng ta nên tiến hành xây dựng một ngôi nhà siêu cách nhiệt bằng trấu như thế nào? Giả sử chúng ta muốn xây dựng cấu trúc của ngôi nhà này gần như hoàn toàn bằng vật liệu phế thải nông nghiệp, thì chúng ta nên tiến hành như thế nào? Vì trấu rời, không giống như các kiện rơm, không có giá trị về mặt cấu trúc, thì chúng ta nên xây dựng sàn, tường và các khoang mái của một ngôi nhà trấu như thế nào? Công nghệ cho phép chúng ta tạo ra các hệ thống sàn, tường và mái từ các vật liệu xenlulo cấp thấp đã tồn tại. Các công ty như Georgia-Pacific, Louisiana Pacific, Weyerhaeuser và Boise chuyên về nhiều loại sản phẩm gỗ kỹ thuật như dầm chữ I, gỗ dán nhiều lớp (LVL), gỗ sợi song song (PSL), gỗ sợi nhiều lớp (LSL), gỗ sợi định hướng (OSL), gỗ dán nhiều lớp (GLULAM), v.v. Các sản phẩm gỗ kỹ thuật này mang lại nhiều lợi thế hơn so với gỗ xẻ nguyên khối truyền thống.

Chúng không có mắt và các khuyết điểm khác. Chúng không bị co lại, cong vênh, xoắn, cong vênh, nứt, kiểm tra hoặc cong vênh. Chúng chắc hơn, cứng hơn, nhẹ hơn, thẳng hơn và chính xác hơn nhiều so với gỗ xẻ nguyên khối. Chúng có thể được thiết kế để vượt qua những khoảng cách tương đối dài, với khả năng chịu tải lớn hơn nhiều trên mỗi đơn vị trọng lượng. Các kiến ​​trúc sư có thể thiết kế các công trình có nhiều không gian sống và hữu ích hơn, những người xây dựng không phải đối mặt với việc loại bỏ và lãng phí, và thợ mộc thấy chúng dễ cắt và lắp đặt.

Hiện nay, cây dương là nguyên liệu thô chính được sử dụng để sản xuất nhiều sản phẩm gỗ kỹ thuật này. Cây dương mọc trong rừng, và cho đến nay, việc phá hủy những khu rừng này là hậu quả tất yếu của việc sản xuất gỗ kỹ thuật. Xây dựng bằng rơm rạ thu hút sự chú ý của chúng ta theo một cách mạnh mẽ như vậy vì lý do đơn giản là nó sử dụng một loại vật liệu phế thải nông nghiệp dồi dào. Khi xây dựng một bức tường bằng rơm rạ chịu lực, chúng ta không cần phải chặt một cây nào hoặc tác động theo bất kỳ cách nào đến sự sống phong phú và đa dạng phụ thuộc vào cây cối. Hơn nữa, chúng ta không cần phải chiếm thêm một mẫu Anh đất nông nghiệp để sản xuất các kiện cần thiết cho việc xây dựng nó. Kiện rơm rạ là sản phẩm thứ cấp hoặc sản phẩm phụ của việc trồng lúa mì và làm bột mì.

Cũng giống như nông nghiệp cung cấp cho chúng ta vỏ trấu như một sản phẩm phụ của lúa, nông nghiệp không thể cung cấp cho chúng ta sợi gỗ chắc như một sản phẩm phụ của thứ gì đó khác sao? Chúng ta đang tìm kiếm một sản phẩm phụ của nông nghiệp, mà theo một logic nội tại nào đó của tự nhiên, phải giống tre theo nhiều cách. Nó không chỉ phải phát triển nhanh và khỏe, mà chúng ta thậm chí có thể mong đợi tìm thấy một điểm tương đồng đáng chú ý với tre về mặt cấu trúc của chính cây, cụ thể hơn là chuỗi các đốt và đốt đặc trưng cho thân hoặc thân cây. Giống như tre, nó phải là một loại cỏ lâu năm cao có lớp vỏ ngoài hoặc vỏ dày, nhưng không giống như tre, chúng ta có thể hy vọng rằng nó có thể được thu hoạch và sử dụng như một sản phẩm phụ của thứ gì đó khác. Không cần phải dành riêng một vùng đất nào để trồng trọt nó, và tất cả các thiết bị cần thiết để thu hoạch, vận chuyển và sơ chế nó đều phải có sẵn. Chúng ta nên đến đâu để tìm một loại cây tuyệt vời như vậy?

Nó đã tồn tại. Được Christopher Columbus đưa đến Tân Thế giới từ năm 1493, mía không phải là thứ gì mới mẻ đối với ngành nông nghiệp tại Hoa Kỳ. ^[36] Nhưng kể từ khi được đưa vào châu Mỹ, nó đã được trồng chủ yếu để lấy một lượng lớn sucrose lấp đầy lõi bên trong của nó. Mặc dù tất cả sucrose có giá trị cao chủ yếu nằm ở bên trong, toàn bộ thân cây đều bị nghiền nát, ép và chế biến, và trong quá trình đó, tính toàn vẹn, độ bền và giá trị của lớp vỏ ngoài bằng gỗ bị phá hủy hoàn toàn. Trong trường hợp tốt nhất, nó đóng vai trò là nhiên liệu chất lượng thấp, và trong trường hợp xấu nhất, nó bị vứt ra ngoài thành đống lớn, nơi cuối cùng nó có thể tự bốc cháy do tác động của vi khuẩn ưa nhiệt. Thật khó để hiểu chính xác chúng ta đang vứt bỏ thứ gì khi đốt lớp vỏ ngoài của cây mía. Nếu chúng ta so sánh tốc độ tăng trưởng và chất lượng sợi của một khu rừng điển hình ở Tây Bắc Thái Bình Dương với một đồn điền mía điển hình ở Louisiana, chúng ta sẽ vô cùng ngạc nhiên khi phát hiện ra rằng cánh đồng mía rõ ràng vượt trội hơn hẳn so với rừng. Trong cùng khoảng thời gian, một mẫu Anh mía có thể cho sản lượng gần gấp đôi so với một mẫu Anh rừng.

Khi toàn bộ thân cây hoặc phôi gỗ đi qua máy ép thông thường, không chỉ tính toàn vẹn về mặt cấu trúc của vỏ bị phá hủy mà lõi và vỏ cũng bị trộn lẫn chặt chẽ, và mọi khả năng tách chúng ra về mặt kinh tế đều bị phá hủy. Lõi bên trong hoặc lõi của cây mía là một loại sợi hemicellulose phân hủy sinh học có rất ít giá trị về mặt cấu trúc, và nếu chúng ta đang tìm kiếm các giải pháp thay thế cho các sản phẩm rừng thông thường, thì ngay cả một lượng nhỏ lõi trong các sản phẩm gỗ chế tạo cũng sẽ không mong muốn. Do đó, mọi sự chú ý đều chuyển sang tìm cách tách vỏ khỏi lõi trước khi cắt và nghiền mía tại nhà máy.

Ngày nay, hầu hết mía ở các nước phát triển được thu hoạch bằng máy thu hoạch phôi. Máy thu hoạch phôi đập thân cây xuống và cắn vào bề mặt của hàng, mang theo rất nhiều rác như sắt vụn, cát, đất sét, cục đất sét, đá, gạch, lá và ngọn. Sau đó, máy thu hoạch cắt thân cây thành các phôi dài khoảng 8 inch. Trong trường hợp tốt nhất, trong điều kiện khô ráo, một tấn mía chứa 8% rác vô cơ theo trọng lượng và trong điều kiện ẩm ướt, một tấn mía chứa tới 30% rác vô cơ theo trọng lượng. Không chỉ sợi xenlulo cứng của mía bị phá hủy hoàn toàn trong quá trình nghiền tại nhà máy, mà sợi này đôi khi còn được trộn lẫn chặt chẽ với một lượng bằng nhau các mảnh vụn vô cơ.

Rác thải này đi vào nhà máy không chứa đường, và khi chúng rời khỏi nhà máy dưới dạng bánh lọc hoặc bã mía, chúng mang theo đường đi. Mỗi một phần trăm rác thải trong phôi mía đại diện cho một tổn thất trong sản xuất là ba pound đường trên một tấn mía. Nhiều rác thải hơn có nghĩa là nhiều bảo trì hơn, nhiều bông hơn, nhiều vôi hơn, nhiều khí đốt tự nhiên hơn, nhiều bã mía chưa cháy hơn, nhiều bánh lọc hơn, nhiều máy xúc lật phía trước hơn, nhiều xử lý nước hơn, nhiều bể lắng hơn, nhiều máy kéo hơn để làm sạch các bể lắng, nhiều vận chuyển hơn, nhiều đảo ngược hơn, nhiều mật mía hơn, ít đường hơn và nhiều chi phí hơn. Chắc chắn phải có một cách để tối đa hóa việc thu hồi đường và giảm thiểu chi phí sản xuất đường, đồng thời, bảo toàn hoàn toàn tính toàn vẹn của vỏ.

Để giải quyết vấn đề này, cần có hai loại tách. Máy tách đầu tiên, một máy tách môi trường đặc, loại bỏ tất cả các mảnh vụn vô cơ khỏi mía đã được cắt, và máy tách thứ hai, máy tách cơ học, tách lõi khỏi vỏ.

Engineering, Separation and Recycling LLC tại Washington, Louisiana, đã thiết kế hơn 20 máy tách môi trường đặc được sử dụng rộng rãi trong quá trình sơ chế nhiều loại rau củ như khoai tây, cà rốt, cây salsifies và củ cải đường. Máy tách rau củ này cũng có thể được sử dụng rất hiệu quả để tách phôi mía khỏi các mảnh vụn vô cơ (xem hình bên dưới). Vì phôi mía có mật độ khoảng 1,09 RD (khá giống với khoai tây) và vì các viên đất sét, đá và gạch có mật độ cao hơn nhiều so với 2,00 RD, nên việc tách này rất dễ dàng và đơn giản.

Sau khi tất cả các vật liệu vô cơ được loại bỏ khỏi phôi, chúng sau đó được chuyển đến một máy tách cơ học rất hiện đại và tinh vi được gọi là "Máy tách Tilby". Máy tách Tilby bao gồm một bộ con lăn ban đầu (một trạm tách) nơi các phôi được cắt thành hai nửa theo chiều dọc. Sau đó, quá trình tách thành một bộ con lăn bên phải và bên trái (một trạm tách vỏ), mỗi bộ cạo ra và tách lõi khỏi vỏ. Các phôi đi qua máy tách và các trạm tách vỏ với tốc độ cực nhanh là 20 feet mỗi giây. Chỉ có lõi được chuyển đến máy ép nước, trong khi vỏ được đưa đến máy sấy. Sau khi sấy khô đến độ ẩm dưới 2%, vỏ có thể được chế tạo thành hầu như bất kỳ loại gỗ kỹ thuật nào có thể tưởng tượng được.

Vì cấu trúc sợi và chiều dài của phôi ban đầu được bảo toàn hoàn toàn trong quy trình Tilby, nên cần ít keo hơn nhiều trong quá trình sản xuất gỗ kỹ thuật so với thông thường. Nếu được tạo thành các thanh gỗ kỹ thuật, chúng ta có tất cả những gì cần thiết để tạo ra các khoang tường của ngôi nhà vỏ trấu mà chúng ta đề xuất. Nếu được tạo thành các dầm chữ I bằng sản phẩm gỗ kỹ thuật, chúng ta có tất cả những gì cần thiết để tạo ra các khoang sàn và mái. Bệ cửa sổ, gạch lát sàn, tấm lợp mái, thậm chí cả sợi cần thiết trong quá trình sản xuất ván lợp xi măng sợi, tất cả đều có thể được làm từ sợi cực kỳ chắc chắn của vỏ mía. ^{[37] [38]}

Thông qua việc sử dụng gỗ kỹ thuật, tùy chọn nâng toàn bộ cấu trúc lên khỏi mặt đất (trụ và dầm) có chi phí hợp lý và cho phép đặt ở những khu vực trũng hoặc trên địa hình không bằng phẳng. Tương tự như vậy, gác xép dễ dàng chuyển đổi thành không gian sống mở, không bị cản trở và hữu ích, giúp giảm đáng kể chi phí trung bình cho mỗi feet vuông của cấu trúc. ^[39] Vì sản lượng mía thô hàng năm trên toàn thế giới vào khoảng một tỷ tấn, nên ngành công nghiệp gỗ kỹ thuật có khả năng cung cấp khoảng 75 triệu tấn vỏ khô. Con số này gần bằng 100 triệu tấn vỏ trấu có sẵn mỗi năm trên toàn thế giới. Với hai sản phẩm phụ này là đường và gạo, chúng ta có thể xây dựng và cách nhiệt cho hàng triệu ngôi nhà mỗi năm.

Là công dân trong một xã hội công nghiệp lớn, chúng ta thấy khó có thể làm những điều thực sự tạo nên sự khác biệt. Khi lựa chọn xây dựng một công trình có nguồn gốc phần lớn từ vật liệu phế thải nông nghiệp, chúng ta không chỉ làm điều đúng đắn đối với môi trường mà còn tự tạo ra cho mình một công trình vượt trội hơn nhiều so với bất kỳ công trình nào thông thường. Ngôi nhà vỏ trấu/mía siêu cách nhiệt này, khi được thiết kế đúng cách, ^[40] sẽ rẻ hơn đáng kể khi xây dựng so với một công trình thông thường, đồng thời liên tục mang lại lợi ích cho chủ sở hữu với hóa đơn tiện ích không bao giờ vượt quá trung bình một đô la Mỹ mỗi ngày.

Vì vậy, tại sao lại xây dựng theo cách thông thường khi mà cách khác rẻ hơn nhiều và hợp lý hơn nhiều về mọi mặt? Cho đến bây giờ, chúng ta luôn có thể ẩn náu trong thực tế rằng chừng nào chúng ta còn chưa nhận thức được điều có thể xảy ra, chúng ta không thể biến nó thành hiện thực. Nhưng điều này không liên quan nhiều đến nghĩa vụ và trách nhiệm, mà là tìm ra những cách mới và thú vị để phản ứng một cách sáng tạo với vẻ đẹp tuyệt vời và choáng ngợp trong Vũ trụ của chúng ta.

Phụ lục

Ngôi nhà vỏ trấu đầu tiên, hoàn thành vào tháng 2 năm 2004, là nhà của Paul và Ly Olivier. Nằm ở thị trấn tàu hơi nước lịch sử Washington, Louisiana, ngay đối diện với Đồn điền Magnolia Ridge tráng lệ, ^[41] ngôi nhà này không thể phân biệt được với những ngôi nhà được xây dựng trong khu vực này hơn 150 năm trước. Nhiều kỹ thuật xây dựng được mô tả trong bài báo này đã được áp dụng trong quá trình xây dựng ngôi nhà này.

Paul Olivier

Công ty TNHH Kỹ thuật, Phân tách và Tái chế

Hộp thư bưu điện 250

Washington, Louisiana 70589

Điện thoại: 1-337-826-5540

Email: xpolivier@hotmail.com

Ghi chú

Dữ liệu trang

Từ khóa	công nghệ , xây dựng , cách nhiệt , hiệu quả năng lượng
Mục tiêu phát triển bền vững	SDG07 Năng lượng sạch và giá cả phải chăng , SDG11 Thành phố và cộng đồng bền vững
Giấy phép	CC-BY-SA-3.0
Ngôn ngữ	Tiếng Anh (en)
Bản dịch	Tiếng Việt , tiếng Nhật , tiếng Pháp , tiếng Trung , tiếng Tây Ban Nha , tiếng Slovak
Có liên quan	6 trang con , 10 trang liên kết ở đây
Bí danh	Vỏ trấu trong xây dựng
Sự va chạm	8.063 lượt xem trang ( thêm )
Tạo	Ngày 20 tháng 4 năm 2006 bởi Anonymous1
Lần sửa đổi cuối cùng	Ngày 23 tháng 10 năm 2023 bởi Kịch bản bảo trì
Trích dẫn như	"Vỏ trấu trong xây dựng" . Appropedia. 2006–2023 . Truy cập ngày 6 tháng 10 năm 2024 .
Truy vấn API	cơ bản , ngữ nghĩa , html , tập tin , nhiều hơn