綠色環(huán)保建筑材料在工程中的應(yīng)用研究

薛晗

(云南省建筑材料科學(xué)研究設(shè)計院有限公司，云南 昆明 650221)

為響應(yīng)國家綠色環(huán)保的號召，建筑材料行業(yè)紛紛加快技術(shù)研發(fā)，采用對環(huán)境友好的原材料，依靠高科技手段，把生產(chǎn)重點從傳統(tǒng)的產(chǎn)品產(chǎn)量移向現(xiàn)在的清潔生產(chǎn)質(zhì)量。傳統(tǒng)的建筑材料通常使用不可再生資源，比如礦石、煤炭、石油等，對環(huán)境造成了無法修復(fù)的破壞。相比之下，綠色環(huán)保的建筑材料使用的原材料通常是居民生活垃圾、城市廢棄物等材料，這樣不僅不可減少對不可再生資源的使用，有利于生態(tài)保護，還可以降低生產(chǎn)廠家的采購成本。綠色環(huán)保的建筑材料有著無污染、能耗低、功能多的特點，包括生態(tài)水泥、環(huán)保再生混凝土、節(jié)能光電幕墻等，可廣泛應(yīng)用于各種建筑工程中，受到廣大消費者的青睞，有利于建材行業(yè)發(fā)展，契合國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。

1 綠色環(huán)保建筑材料的特點

依賴于科技的進步和清潔生產(chǎn)過程，綠色環(huán)保建筑材料有著無污染、能耗低、功能多的特點。

1.1 無污染

綠色環(huán)保建筑材料在研發(fā)過程中秉承著環(huán)保節(jié)能的理念，在生產(chǎn)中使用居民生活垃圾和城市廢棄物等作為原材料。在應(yīng)用于建筑工程過程中，注重對項目周圍的生態(tài)系統(tǒng)的維護。既減輕了對環(huán)境的污染，也減少了對業(yè)主身體健康的威脅。

1.2 能耗低

綠色環(huán)保建筑材料在原料上使用的多數(shù)是生活和工業(yè)廢棄垃圾，屬于對資源的循環(huán)利用，有效降低了工程項目對不可再生資源的消耗，降低了施工成本。且綠色環(huán)保建筑材料采用的都是更加現(xiàn)代化的高科技手段，相同的工程量，綠色環(huán)保建筑材料的消耗量要低于傳統(tǒng)建筑材料的消耗量。

1.3 功能多

綠色環(huán)保建筑材料是多種工藝融合在一起的生產(chǎn)材料，不僅兼具傳統(tǒng)建筑材料的優(yōu)勢，在安全性、實用性、耐用型、經(jīng)濟性等方面都要優(yōu)于傳統(tǒng)材料，還能夠降低生產(chǎn)成本，優(yōu)化建筑施工的質(zhì)量，提升建筑的使用年限，提升業(yè)主居住的安全感和幸福感。

2 綠色環(huán)保建筑材料的種類

目前，建筑市場上越來越多的生產(chǎn)廠家開始加大對綠色環(huán)保建筑材料的研究投入，節(jié)能環(huán)保材料的種類也比較多，在建筑施工中也得到越來越廣泛的應(yīng)用。下面將對常見的節(jié)能環(huán)保建筑材料進行探討。

2.1 生態(tài)水泥

隨著城市的發(fā)展，人們生活水平得到提高，城市中形成了許多廢棄物，包括：工業(yè)廢棄物、城市建筑垃圾、污水污泥等。對這些廢棄物處理的傳統(tǒng)的方式是進行填埋或者焚燒，然而這些處理手段并不能完全消除對生態(tài)環(huán)境的污染。要想再深一步減少對環(huán)境造成的污染，最好的方式是對這些固體廢棄物進行再次加工利用。

生態(tài)水泥和傳統(tǒng)的水泥的生產(chǎn)原料不同，采用城市固體廢棄物為原料。城市固體廢棄物包含的內(nèi)容十分多，可作為水泥代用原料的有造紙焚燒灰、高爐礦渣、粉煤灰、廢石膏、高爐礦渣以及下水道污泥等，可作為水泥代用燃料的有廢油、舊輪胎、廢塑料、廢橡膠、活性炭污泥等。國內(nèi)成功利用城市固體廢棄物作為水泥原料生產(chǎn)生態(tài)水泥的研究生產(chǎn)機構(gòu)很多，比如：金隅集團、北京水泥廠用水泥窯余熱干化污泥的技術(shù)生產(chǎn)水泥，上海水泥廠利用污泥替代黏土，同濟大學(xué)利用污泥煅燒水泥熟料等。城市固體廢棄物焚燒后產(chǎn)生的燒卻灰，主要的化學(xué)成分與普通水泥原料石灰石、硅砂等含有的成分相同，比如SiO、AlO、FeO、CaO等。生態(tài)水泥的制備工藝與普通水泥基本相同，經(jīng)過粉碎、處理、配料、燒成等工序燒制而成。0.5t城市固體廢棄物燒結(jié)灰，加上0.3t下水道污泥，再加上0.3t用來調(diào)整化學(xué)成分的天然原料。經(jīng)過生料制備和燒成工序后可以得到0.85t的熟料，最后在制成工序摻入0.15t石膏，粉磨后即成1t的生態(tài)水泥。

由于生態(tài)水泥在制備過程中，所采用的原材料成本更低，產(chǎn)生的CO含量更低，但是其性能與傳統(tǒng)水泥能保持一致，大大降低城市垃圾給環(huán)境造成的影響，進一步有效控制環(huán)境破壞程度，更加符合可持續(xù)發(fā)展的需求。

2.2 環(huán)保再生混凝土

目前，建筑施工過程中的剩余混凝土和拆除廢舊建筑物的廢棄混凝土數(shù)量巨大，其中在拆除廢舊建筑物的過程中產(chǎn)生的廢棄混凝土高達40%左右。而在城市發(fā)展和鄉(xiāng)村改造建設(shè)中，比如道路施工、地鐵建設(shè)，對混凝土的需求量在持續(xù)增長。這些廢棄混凝土如果不加以解決利用，將會對環(huán)境造成嚴重的污染，對資源造成嚴重的浪費。

環(huán)保再生混凝土便用這些廢棄混凝土代替石灰石成為生產(chǎn)骨料。在生產(chǎn)過程中，先把廢棄混凝土經(jīng)過清洗和破碎。目前，廢棄混凝土的破碎技術(shù)比較成熟，針對破碎原料粒徑的不同，破碎類型也不同，分為3種（見表1）。

表1 廢棄混凝土破碎類型

在處理廢棄混凝土的過程中，篩除淘汰了廢棄混凝土中所包含的軟質(zhì)顆粒，改善了顆粒不規(guī)則的情況，但產(chǎn)生的棱角效應(yīng)、粗糙度增加和固定性增強的效應(yīng)則被保留，更加優(yōu)化了粗骨料的質(zhì)量。由于廢棄混凝土中獲取的骨料經(jīng)過了反復(fù)的篩析處理，再生粗骨料自身的強度得到了進一步提升，比原混凝土具有更多的優(yōu)良特性，比如吸水率提高、表面微孔多、水硬性等。把經(jīng)過處理所得的砂漿集料重新加入混凝土之中，進行均勻的攪拌，會產(chǎn)生全新的結(jié)晶共生水泥漿，進一步增加了混凝土的密實度，增強了砂漿集料與水泥石的粘結(jié)力。環(huán)保再生混凝土技術(shù)大大降低了能源耗量，減少了資源浪費。

2.3 節(jié)能光電幕墻

玻璃幕墻通常應(yīng)用于現(xiàn)代建筑中，但傳統(tǒng)的玻璃幕墻在實際的辦公、居家使用中，存在一些弊端。據(jù)統(tǒng)計，我國的一些大型城市的建筑能耗約為城市總能耗的25%。雖然在性能上實現(xiàn)了夏季吸熱冬季散熱，但是帶來了極大的能源消耗。

光電幕墻是一種新型的節(jié)能幕墻，是利用光電轉(zhuǎn)換的原理，通過安裝光電池和光電板，把吸收的太陽能轉(zhuǎn)換為日常所需的電能。在使用光電池過程中，不會產(chǎn)生任何噪音和污染，且使用壽命長。光電板屬于膜片型光電池，它的外觀看起來更像是帶有顏色的玻璃，外表美觀。一部分陽光通過光電板照入室內(nèi)，保證了室內(nèi)的采光，另一部分陽光通過光電轉(zhuǎn)化原理，把太陽能轉(zhuǎn)化為電能。太陽能通過光電板轉(zhuǎn)化的電能為直流電，光電池先把這些直流電保存，隨后再利用變電裝置把直流電轉(zhuǎn)化為交流電，供業(yè)主日常使用。在安裝光電板時，通常與建筑外觀有一定的傾斜比例，這樣不僅可以起到遮陽的效果，還更有利于收集利用太陽能。光電幕墻不僅具備了傳統(tǒng)玻璃幕墻的采光、隔音、保暖和裝飾性能，還兼具了發(fā)電的功能，降低了居住成本。而且光電幕墻的發(fā)電過程不會形成任何的噪音和有害物質(zhì)，體現(xiàn)了目前工業(yè)發(fā)展的環(huán)保節(jié)能趨勢。

3 綠色環(huán)保建筑材料的應(yīng)用

3.1 生態(tài)水泥的用途

生態(tài)水泥一般分為2種，一種是普通型生態(tài)水泥，另一種是快硬型生態(tài)水泥，化學(xué)成分比例（見表2）。

表2 生態(tài)水泥的化學(xué)成分比例表(%)

普通型生態(tài)水泥在制備初期，可以通過控制原料中氯和堿的比例，在燒結(jié)過程中，氯被灰固結(jié)，最終降低生態(tài)水泥產(chǎn)品的含氯量，約0.1%。由于含氯量較低，普通型生態(tài)水泥應(yīng)用范圍較廣，可以用于一切混凝土中。

快硬型生態(tài)水泥在加水后熟料中的氯鋁酸鈣立即水化形成鈣礬石（3CaO·AlO·CaSO·32H0），同時硅酸三鈣立即水化成為水化硅酸鈣（C-S-H），早期強度高，比傳統(tǒng)水泥的凝固時間短，屬于快硬水泥。在施工過程中，可以添加緩凝劑，或者與普通水泥混用來延長凝固時間。另外，由于快硬型生態(tài)水泥含氯量較高，約1%，一般用與耐氯混凝土構(gòu)件和素混凝土中，還可以用于濕地沼澤等軟弱地基中，作為地基加固加固劑使用。

3.2 再生混凝土的應(yīng)用

廢舊混凝土經(jīng)過破碎后作為粗骨料或者細骨料與其他材料混合后制成再生混凝土，作為建筑工程材料應(yīng)用比較廣泛。通常應(yīng)用于工程中的再生混凝土包括再生混凝土小型砌塊、再生混凝土磚、再生混凝土碎渣等。

再生混凝土小型砌塊可以應(yīng)用于項目邊界圍墻、建筑非承重墻體處。項目邊界圍墻的作用為圍護項目、分隔區(qū)域和保護隱私。通常，圍墻的上部采用金屬隔墻，材料為型鋼或者鑄鐵，下部采用小型砌塊筑成。也有少數(shù)的項目邊界圍墻全部由小型砌塊筑成。但是總體來說項目邊界圍墻的整體高度都較低，使用再生混凝土小型砌塊代替原生混凝土砌塊將不會影響到圍墻的圍護、分隔及保護隱私的作用。建筑非承重墻體的作用主要是分隔室內(nèi)格局，不具備承重荷載的作用，對建筑的整體安全性能不構(gòu)成威脅。再生混凝土小型砌塊代替自然資源加工的混凝土砌塊構(gòu)筑建筑非承重墻體處，可以起到基本的分隔和圍護作用，對建筑的整體隔音、保溫防水性能基本沒有影響。

再生混凝土還可以制成空心磚和實心磚。城市的人行道基本上以行人為主，少數(shù)時候會有自行車行駛，不會有汽車行駛，因此人行道的荷載較低，可以使用再生混凝土空心磚鋪設(shè)。另外，再生粗骨料的吸水率（3.3）比天然粗骨料的吸水率（1.4）高2.34倍，制成的再生混凝土空心磚透水性好，鋪設(shè)在人行道還可以加速地面水滲入到地表中，緩解特大降水給城市道路帶來的壓力，有利于建設(shè)“海綿城市”。再生混凝土還可以制實心磚，替代模板作為磚胎膜。磚胎膜是指用混凝土磚砌筑成的模板，用于定型澆鑄的混凝土。磚胎膜主要用于地下部位，比如底板側(cè)壁或者地下井坑等。地下部位的磚胎膜都要做防水處理，這種防水方式為外防水，需要在墊層上做防水層并將防水層先附著在混凝土墻的側(cè)壁上。如果采用木板作為模板，木質(zhì)的伸縮性能可能會引起防水層開裂，進而導(dǎo)致澆筑完成的混凝土側(cè)壁防水層開裂，極大影響了地下建筑的防水防潮作用。而且，磚胎膜只是作為模板，不作任何荷載承重作用，因此再生混凝土完全還可以制成實心磚代替原生材料作為磚胎膜使用。

廢舊混凝土經(jīng)過打碎后產(chǎn)生不同粒徑的混凝土碎渣，這些再生混凝土碎渣可以有效應(yīng)用到建筑基礎(chǔ)及道路面層中。建筑基礎(chǔ)中的一個重要工程就是碎石墊層，通常是由不同粒徑的級配碎石和素土組成。一般來說，級配碎石是通過對礦山資源的開采加工制成。由于建筑工程對級配碎石的需求量大，無疑加重了不可再生資源的消耗程度。廢舊混凝土經(jīng)過加工破碎得到的不同粒徑粗骨料，其表面密度（2655kg/m）與天然粗骨料的表面密度（2670kg/m）大致相同，可以替代同級別天然級配碎石使用。另外，再生混凝土碎渣還可以用于道路建設(shè)中。

3.3 節(jié)能光電幕墻的應(yīng)用

節(jié)能光電幕墻是將光電與建筑結(jié)合的一種光伏技術(shù)，除了兼有傳統(tǒng)玻璃幕墻的保溫、隔音、采光和美觀作用外，還能夠把太陽能轉(zhuǎn)化為電能供日常使用，不僅能夠節(jié)約資源，還可以降低業(yè)主的生活成本。

節(jié)能光電幕墻通常安裝于建筑物受太陽照射時間較長的位置，以保證光電轉(zhuǎn)化性能最大化。在安裝光電幕墻中，單晶硅太陽能、多晶硅太陽能和非晶硅薄膜太陽能電池可以搭配使用，要考慮到太陽的入射角度，一般來說，太陽入射角度越小越好。光電幕墻建筑一體化技術(shù)，不僅節(jié)約了用地，基建等費用，還省去了玻璃幕墻所需的建筑裝飾材料。采用簡單回收法對光電幕墻建筑一體化進行估算后可以看出，從長遠角度來看，采用高效、低價的光伏技術(shù)，加上公共電網(wǎng)價格上漲的因素，光電幕墻的簡單回收期預(yù)計在10～20年。由于光電幕墻是依靠光能轉(zhuǎn)化電能的技術(shù)，不同地理位置，不同的太陽光照時長將會是影響光電幕墻發(fā)揮作用的關(guān)鍵。而恰好昆明靠近北回歸線，地處低緯度，海拔較高，日照時間相對比同緯度的其他城市要長。據(jù)統(tǒng)計，昆明夏至晴天時的日照時間長達14h，冬至雖然白晝時間較短，但是晴天時的日照時間也有10h。另外加上昆明晴天多，雨天少，使用節(jié)能光電幕墻將會更加節(jié)省能源，有利于生態(tài)環(huán)境保護。

4 綠色環(huán)保建筑材料的重要性

現(xiàn)今環(huán)保理念深入人心，不論是生產(chǎn)企業(yè)還是消費者，都越來越重視所使用材料的環(huán)保性，綠色環(huán)保建筑材料應(yīng)運而生。不論是從國家發(fā)展戰(zhàn)略，還是建材行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，抑或是消費者自身的身體健康，綠色環(huán)保建筑材料都發(fā)揮了重要作用。

4.1 符合國家的長遠發(fā)展戰(zhàn)略

近年來，全球共同關(guān)注著生態(tài)環(huán)境和能源短缺問題。不可再生資源有限，能源問題已經(jīng)成為了影響國家長遠發(fā)展的重要因素之一，節(jié)能減排、碳達峰碳中和成為國家重要發(fā)展戰(zhàn)略。在建筑工程施工中使用綠色環(huán)保的建筑材料與我國建筑綠色的理念相呼應(yīng)，也是滿足社會對節(jié)能環(huán)保產(chǎn)品的需要。

4.2 利于行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展

從建材行業(yè)的發(fā)展來講，由于獲取原材料的途徑相對較多，生產(chǎn)過程中消耗的能源相對較少，可以大大降低生產(chǎn)成本。不斷加大對綠色環(huán)保建筑材料的開發(fā)利用，提升科技品牌，促進行業(yè)不斷進步，從而促使整個行業(yè)進入良性循環(huán)。

5 結(jié)語

綜上所述，綠色環(huán)保建筑材料兼具傳統(tǒng)建筑材料的特點以外，還有著無污染、能耗低、功能多的特點，生態(tài)水泥、環(huán)保再生混凝土、節(jié)能光電幕墻在建筑施工中得到了普遍的應(yīng)用。新技術(shù)的應(yīng)用，不僅提高了業(yè)主的居住滿意度，還符合國家的長遠發(fā)展戰(zhàn)略。相信在未來，綠色環(huán)保建筑材料將會有更廣闊的發(fā)展前景。