綠色建材的研究與發(fā)展綜述

劉邦禹，蔡 晗

（大連理工大學(xué)建設(shè)工程學(xué)部，遼寧 大連 116024）

綠色建材的研究與發(fā)展綜述

劉邦禹，蔡 晗

（大連理工大學(xué)建設(shè)工程學(xué)部，遼寧 大連 116024）

總結(jié)了綠色建材的基本概念與評價方法，介紹了綠色混凝土、綠色墻體材料、綠色涂料、相變儲能建筑材料，認(rèn)為綠色建材和綠色建筑技術(shù)將成為未來建筑行業(yè)的主要研究方向之一，今后我國綠色建材發(fā)展的主要前提首先是提高政府、設(shè)計人員的環(huán)保意識，其次要健全評價體系。

綠色建材；研究；發(fā)展；綜述；環(huán)境保護

建筑材料無處不在、無處不有，是建筑行業(yè)的根基。在建筑行業(yè)飛速發(fā)展的當(dāng)今中國，建筑材料在國民經(jīng)濟中占有舉足輕重的地位，而建筑材料是否經(jīng)濟、環(huán)保也直接決定了國家建筑行業(yè)的能源消耗。有資料顯示，一項建筑工程施工階段的能耗約占15%，其中建筑材料的生產(chǎn)能耗占到75%左右，在總能耗中占比最大。生產(chǎn) 1t硅酸鹽水泥需耗石灰石1.3t、粘土0.2t，還有各種校正材料，資源消耗與浪費對環(huán)境有重大影響；在能源方面需要使用170kg標(biāo)準(zhǔn)煤與 120kWh電能，其碳排放量達(dá)到0.936（t－CO2／t水泥）［1］。由此可見，在 可 持 續(xù) 發(fā) 展的要求下，應(yīng)用綠色建筑技術(shù)、采用綠色建筑材料是降低中國建筑業(yè)能耗與碳排放的必要方法。自2000年以來，我國對綠色建筑行業(yè)的關(guān)注不斷提高，也開發(fā)了許多高效節(jié)能的綠色建筑材料與技術(shù)，全國各地也開始出現(xiàn)了綠色樣板建筑供人居住，這些都對促進綠色建筑業(yè)發(fā)展起到了積極作用。

1 綠色建材的基本概念與評價方法

1.1 綠色建材的基本概念

綠色建材也可稱為環(huán)保建材或生態(tài)建材，其主要功能在于保護人體健康與環(huán)境資源。相比于普通建筑材料，綠色建材對原材料利用、生產(chǎn)過程、施工過程、使用過程、廢棄物處理五個過程進行評價，以確保滿足功能要求［2］。

（1）建筑材料生產(chǎn)過程能耗較低，不產(chǎn)生新的污染源；

（2）盡量使用廢棄物回收利用加工而成的再生資源，少使用天然資源；

（3）使用高效率能源與性能優(yōu)異的材料以降低能耗；

（4）材料多功能化，如除菌、除臭、隔音、阻熱等，確保產(chǎn)品有益于人體健康，改進生活環(huán)境。

1.2 綠色建材的評價指標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)

綠色建材的評價系統(tǒng)分為綠色建材產(chǎn)品評價系統(tǒng)和建筑物建成后綠色建材評價的綜合評價系統(tǒng)。其測試指標(biāo)一般分為兩類：第一類為單項理化指標(biāo)，例如放射性強度、甲醛含量等；第二類為復(fù)合測試指標(biāo)，包括揮發(fā)物總含量、人類感覺試驗、耐燃等級以及氧指數(shù)等。綠色建材的評價指標(biāo)也可以分為兩類：第一類為衛(wèi)生類評價指標(biāo)，必須所有指標(biāo)均符合要求才可以作為綠色建材；第二類為復(fù)合類評價，包括耐燃等級等，其中若有指標(biāo)優(yōu)秀，材料就可作為綠色建材［3］。國際上采用較廣泛的評價標(biāo)準(zhǔn)是 ISO14000標(biāo)準(zhǔn)中全生命周期理論，這項理論通過研究能量與資源利用及由此造成的廢棄物排放情況對產(chǎn)品進行合理的評 價［4］。

2 綠色建材分類概述

2.1 綠色混凝土

綠色高性能混凝土 （GHPC）這一概念于1997年的 “高強與高性能混凝土”會議上被首次提出，并被公認(rèn)為混凝土這一建筑材料未來的發(fā)展道路，也是混凝土能長期作為主要建材被使用的基本前提。相比傳統(tǒng)混凝土，GHPC可以實現(xiàn)非再生性資源的可循環(huán)使用和有害物質(zhì)的最低排放，既減少了對地球的負(fù)擔(dān)，又能與生態(tài)系統(tǒng)協(xié)調(diào)共生。其主要特點有：

（1）節(jié)約資源、能源；

（2）不破壞環(huán)境，更有利于環(huán)境；

（3）可持續(xù)發(fā)展，保證人類后代能健康、幸福地生存下去［5］。

GHPC具有減輕環(huán)境負(fù)荷、環(huán)境友好的特性，作為高性能混凝土，還擁有很好的強度、工作性、耐久性。

有資料顯示，我國粉煤灰年產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到 1.5 億t，對環(huán)境產(chǎn)生了巨大的負(fù)荷，但通過一定的技術(shù)措施，可以將這種工業(yè)廢渣大量摻入，取代水泥熟料，同時不會降低混凝土的性能。城市的生活垃圾也可以作為混凝土生產(chǎn)的原料，通過添加催化劑，垃圾加速降解形成干物質(zhì)，干物質(zhì)中已經(jīng)包含了塑料等固體，形成了具有一定強度的建筑材料，經(jīng)消毒后對人體沒有毒害作用［6］。再生骨料混凝土是利用舊建筑物解體后形成的垃圾，破碎后制得粗骨料與細(xì)骨料，代替部分砂石骨料而制得混凝土。這是一種節(jié)約資源的常用措施，如全長133.5km的合寧高速公路，每年路面的維修工程量9～10萬 m2，產(chǎn)生舊混凝土3～4萬m3，路面維修中利用廢棄混凝土再生骨料代替天然骨料配制再生混凝土用于道路，利用率達(dá)到 80%，節(jié)約骨料的運輸費用117～130萬元，節(jié)省廢混凝土占用土地費用 67～75萬元［7］。傳統(tǒng)的水泥生產(chǎn)過程可以概括為兩磨一燒，其中生料煅燒的過程要消耗大量熱能。新型的堿礦渣水泥利用堿金屬化合物與工業(yè)礦渣化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生而膠結(jié)的性質(zhì)，取代了膠凝材料，從而取消了燒制過程。

2.2 綠色墻體材料

我國城市已經(jīng)禁止了粘土磚的使用，用以保護耕地。作為替代，我國大力發(fā)展煤矸石磚、粉煤灰磚等磚制品，同時發(fā)展了混凝土砌塊、陶粒粉煤灰空心砌塊等砌塊材料，這些新型墻材給環(huán)境造成的負(fù)擔(dān)都較小。

綠色墻體材料的生產(chǎn)原料及途徑主要有以下三個方面：

第一，我國是世界上最大的粉煤灰生產(chǎn)國之一，但目前利用率只有40%，這些廢渣均可用以生產(chǎn)墻體材料。據(jù)估算，若用工業(yè)廢渣代替黏土制造相當(dāng)于1000億塊實心黏土磚的新型墻體材料，可消耗工業(yè)廢渣 7000萬 t，節(jié)約耕地2000hm2，節(jié)約生產(chǎn)能耗 100萬 t標(biāo)煤。例如，四川省開發(fā)成功的頁巖多孔磚不含黏土，已在成都市“錦城苑”小康住宅示范工程大量使用，與實心黏土磚相比，可節(jié)約生產(chǎn)與建筑使用能耗 20%［8］。

第二，我國建筑垃圾年排放量接近10億 t，位居世界首位，但回收利用率不足10%。這些建筑垃圾大多可以用來制作磚、砌塊、混凝土及其他建筑材料，我國也已成功開發(fā)了一些產(chǎn)品，如利用廢磚和廢混凝土塊制成混凝土砌塊磚、花格磚等輕質(zhì)砌塊［9］。

第三，利用農(nóng)業(yè)廢棄物生產(chǎn)墻體材料是發(fā)展綠色墻體材料的重要方向之一，并且這類墻體材料在質(zhì)量較輕的前提下同樣能保證強度。首先，可以采用稻殼作為墻體材料。這是由于稻殼內(nèi)含有20%的無定形硅石，能夠提高防水與耐久性。具體成果有稻殼磚、輕質(zhì)水泥稻草板、絕熱耐火磚等。其次，稻草與秸稈加熱擠壓成型再粘貼棉紙形成的紙面草板也有保溫、耐燃的優(yōu)點，同時節(jié)約了30%的造價與80%的能耗［10］。

2.3 綠色涂料

綠色涂料的主要特征是對生態(tài)環(huán)境不造成危害，同時不會對人類健康造成負(fù)面影響。這種涂料不含有機溶劑與重金屬鹽，也不產(chǎn)生有機揮發(fā)物。為減少 VOC排放量，綠色涂料的發(fā)展方向主要有涂料水性化、粉末化、高固體分化等［11］。

（1）涂料水性化。水性涂料根據(jù)樹脂的類型可分為稀釋型、膠體分散型、水分散型或乳膠型三種，主要品種有醋酸乙烯酯漆、水性環(huán)氧自干漆、水性醇酸氨基烘干漆和含氟丙烯酸酯等系列高級涂料。水性涂料用水取代了有機溶劑，降低成本的同時不產(chǎn)生環(huán)境污染，更消除了火災(zāi)的隱患。歐洲發(fā)達(dá)國家對水性涂料應(yīng)用廣泛，如在德國水性涂料的應(yīng)用已經(jīng)達(dá)到 90%以上，在世界范圍內(nèi)水性涂料也有樂觀的發(fā)展前景［12］。

（2）涂料粉末化。粉末涂料是一種含100%固體分、以帶電粉末粒子進行涂裝、經(jīng)加熱熔融—流平—焦化—固化而成的新型涂料，整個涂漆干燥過程中均無有機溶劑參與，對環(huán)境保護十分有利，火災(zāi)的危險性也很?。?3］。

（3）高固體分化涂料。一般固體分在 65%～85%的涂料均可稱為高固體分涂料，主要用于汽車行業(yè)，目前其主要品種為氨基丙烯酸氨基聚酯及自干型醇酸漆。這類涂料主要是通過合成低聚物大幅度地降低成膜物的相對分子質(zhì)量，降低樹脂黏度，而每個低分子本身尚須含有均勻的官能團，使其在漆膜形成過程中靠交聯(lián)作用獲得優(yōu)良的涂層，從而達(dá)到和傳統(tǒng)的涂層相同的性能［14］。

2.4 相變儲能建筑材料

相變儲能材料在發(fā)生相變的過程中會隨著環(huán)境溫度的變化吸收或放出熱能，從而達(dá)到控制環(huán)境溫度變化的效果。利用這種材料構(gòu)筑建筑圍護結(jié)構(gòu)，能使建筑供暖或空調(diào)能耗降低、減小空氣處理設(shè)備容量，同時可使空調(diào)或供暖系統(tǒng)利用夜間廉價電運行，降低其運行費用［15］。

相變儲能材料的研究方向主要在于相變材料與基材料的復(fù)合，目前相變材料植入建筑材料中的方式主要有三種：

一是將相變材料直接摻入建筑材料制得相變儲能材料。這種方法成本低廉，但容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)從而影響材料性能。

二是將建筑材料直接浸泡在相變材料中制得。這種方法同樣工藝簡單，例如 Chahroudi曾用此法制備了相變儲能混凝土［16］。

三是膠囊包裹方式制得，可分為微膠囊包裹和大體積包裹。其中微膠囊包裹指微小的球形或棒狀相變材料顆粒被高分子材料薄膜包裹，如此形成的復(fù)合結(jié)構(gòu)可以被摻入到其他的基體材料中去。大體積包裹指的是將相變材料顆粒封裝在管子、袋子、面板或其他容器中，直接植入建筑材料或者其他建筑制品中。這類方法制備工藝相對比較復(fù)雜，成本過高［17］。

3 結(jié)語

國內(nèi)目前對于綠色建材的研究還處于初步階段，但可以預(yù)見綠色建材及綠色建筑技術(shù)將成為未來建筑行業(yè)的主要研究方向之一。今后我國綠色建材發(fā)展的主要前提首先是要提高政府、設(shè)計人員的環(huán)保意識，其次要健全評價體系，只有這樣才能開發(fā)出更多生態(tài)友好、有益人體健康的新型建筑材料。

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Review of Research and Development of Green Building Materials

LIU Bang－yu，CAI Han
（Faculty of Infrastructure Engineering，Dalian University of Science and Technology，Dalian Liaoning 116024 China）

The concepts and evaluation methods of green building materials were summarized.Green concretes，green wall materials，and green paints will become the main stream for future construction industry.Improving the environmental awareness of the government and the designers would be essential in China’s development of green building materials in the near future.Additionally，the evaluation system of green building materials should be promoted as well.

green building material；research；development；review；environmental protection

X38

A

1673－9655（2014）04－0056－03

2014－02－12

劉邦禹 （1993－），男，本科生，從事建筑工程研究。