“一帶一路”沿線典型國家和地區(qū)綠色建材發(fā)展現(xiàn)狀

解帥，劉蕊蕊，張琎珺，王靜，冀志江

（中國建筑材料科學(xué)研究總院有限公司 綠色建筑材料國家重點實驗室，北京 100024）

0 引言

“一帶一路”倡議是在新的全球化經(jīng)濟(jì)推動下，為了更好地促進(jìn)各國發(fā)展而提出的宏觀構(gòu)想。自2013年提出以來，得到了國際社會的積極評價和響應(yīng)，對于構(gòu)建人類命運共同體有著重要意義。全球性生態(tài)危機(jī)已成為全人類共同面對的問題，踐行綠色、低碳發(fā)展理念已成為人們的重要共識，綠色“一帶一路”也將為沿線國家?guī)砜沙掷m(xù)發(fā)展的新機(jī)遇。

開展“一帶一路”共建國家的綠色建材技術(shù)研究，將在實現(xiàn)綠色建材技術(shù)的區(qū)域化高質(zhì)量協(xié)同發(fā)展、改善共建國家建筑空間環(huán)境健康與舒適性、提升人民生活福祉、促進(jìn)共建國家建筑技術(shù)綠色、健康、低碳發(fā)展等方面發(fā)揮重要作用。本文將“一帶一路”沿線國家按區(qū)域分布劃分為東南亞和南亞、中西亞、北非、中東歐、南美洲5個典型地區(qū)，歸納綜述了不同地區(qū)、典型國家的綠色建材技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，對后續(xù)深入開展相關(guān)合作研究提供參考。

1 “一帶一路”沿線國家發(fā)展概況

根據(jù)世界銀行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2019年“一帶一路”沿線國家的人均GDP不到世界平均水平的1/2，大多數(shù)國家為發(fā)展中國家；而且大部分國家的創(chuàng)新水平不高，國家的科技研發(fā)投入不足GDP總值的1%。

大部分“一帶一路”沿線國家經(jīng)濟(jì)和科技水平相對落后，復(fù)雜的自然環(huán)境以及不斷加快的城市化進(jìn)程導(dǎo)致各類生態(tài)環(huán)境問題凸顯。另外，在全球產(chǎn)業(yè)分工中的地位決定了大部分“一帶一路”沿線國家以能源、原材料供應(yīng)為主，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)偏重高碳排放型。因此，各國要求實現(xiàn)綠色發(fā)展、保護(hù)壞境的意愿不斷提高，綠色轉(zhuǎn)型步伐不斷加快，各國政府積極采取措施加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)相關(guān)的工作，綠色化發(fā)展已經(jīng)成為“一帶一路”共建國家共同的事業(yè)和目標(biāo)。發(fā)展綠色建材技術(shù)是促進(jìn)建材行業(yè)轉(zhuǎn)型升級的主抓手，更是促進(jìn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中綠色產(chǎn)能有效轉(zhuǎn)移的重要一環(huán)。

2 典型“一帶一路”沿線地區(qū)和國家綠色建材技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 東南亞和南亞地區(qū)

東南亞和南亞地區(qū)國家的發(fā)展多依靠熱帶作物資源、礦產(chǎn)資源、海洋資源等，但是由于政治體制與經(jīng)濟(jì)發(fā)展道路不同，導(dǎo)致各國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展存在較大差距，綠色建材技術(shù)水平同樣參差不齊。新加坡在2005年就開始推行綠色建筑標(biāo)志認(rèn)證，并制定了綠色建筑發(fā)展目標(biāo)和規(guī)劃，綠色建材技術(shù)，特別是功能性建材技術(shù)發(fā)展迅速。新加坡超爾固涂料公司先后推出了防水、防霉、抗污染等不同功能性的內(nèi)、外墻涂料，并已通過環(huán)境標(biāo)志產(chǎn)品認(rèn)證，進(jìn)入中國市場?；诠庥|媒材料開發(fā)的透明漆不僅具有自清潔效果，還可以保持建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)太陽光反射率，降低建筑能耗。以含有15%TiO2的光催化硅酸鹽涂層對環(huán)境中SO2的降解率達(dá)到71%~86%[1]。由于熱帶高溫地區(qū)建筑制冷能耗巨大，研發(fā)相變蓄熱功能建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)，有效控制建筑物熱滲透以減少建筑冷負(fù)荷。將冷色涂料與相變功能圍護(hù)結(jié)構(gòu)集成應(yīng)用，可實現(xiàn)全年降低建筑冷負(fù)荷，節(jié)能效率達(dá)到5%~12%[2]。

馬來西亞、越南、印度等國雖然也都相繼推出綠色建筑發(fā)展的相關(guān)政策，但是整體發(fā)展相對緩慢，綠色建材的主要方向為天然資源和廢棄物的綜合利用。東南亞沿海的貝殼資源被廣泛地應(yīng)用于綠色建材，以貝殼粉代替部分水泥不僅可以減少二氧化碳排放，還能夠獲得一定的吸聲消聲功能，也可用于開發(fā)陶瓷磚、涂料、透水混凝土等綠色建材。熱帶地區(qū)的農(nóng)業(yè)廢棄物，經(jīng)粉碎或燃燒后形成的顆粒、纖維或燃料灰可用于環(huán)境友好型水泥混凝土材料的制備，減少水泥消耗、降低能耗，避免廢棄物造成的環(huán)境污染，含燃料灰的建筑材料還表現(xiàn)出明顯的抗電磁輻射功能[3]。在城鎮(zhèn)化和工業(yè)快速發(fā)展進(jìn)程中產(chǎn)生的大量廢棄物的回收利用也是綠色建材的主要發(fā)展方向之一。利用建筑垃圾替代粗骨料制備不同類型的混凝土，例如以廢黏土磚替代25%粗骨料制備的輕質(zhì)混凝土抗壓強(qiáng)度可達(dá)25 MPa，密度為1647 kg/m3[4]。廢棄黏土磚和陶瓷磚替代骨料制備水泥砂漿有利于砂漿強(qiáng)度的后期發(fā)展和耐久性的提高[5-6]。此外，垃圾焚燒飛灰、水處理廠污泥、工業(yè)廢渣等廢棄物也被廣泛應(yīng)用于新型建筑材料的生產(chǎn)，能夠大大降低材料成本，并解決環(huán)境污染問題。在印度，利用工業(yè)、農(nóng)業(yè)及電子器件廢棄物等開發(fā)電磁屏蔽功能性建筑材料的研究被大量報道[7]。

2.2 中西亞地區(qū)

阿聯(lián)酋、以色列等國十分重視發(fā)展綠色建筑，阿聯(lián)酋是該地區(qū)第一個具有綠色建筑評級系統(tǒng)的國家。由于該地區(qū)大部分為炎熱干旱沙漠氣候，具有改善建筑熱物理環(huán)境和節(jié)能功能的建材研究受到較多關(guān)注。基于天然資源開發(fā)的具有隔熱功能的綠色建材，可控制導(dǎo)熱系數(shù)在0.2 W/（m·K）左右[8]。利用新型納米隔熱材料開發(fā)的建筑門窗，可顯著降低建筑物冷負(fù)荷，并且有效改善室內(nèi)的熱濕環(huán)境及舒適性[9]。填充膨脹黏土相變材料的地聚物混凝土板材，相比于普通輕質(zhì)混凝土表面溫度降低約3℃，傳熱系數(shù)達(dá)到0.9 W/（m2·K）[10]。以宏觀封裝相變材料制備的相變混凝土材料具有顯著調(diào)溫功能，經(jīng)計算可降低建筑物溫室氣體排放量12.91 kgCO2-eq/（年·m2）[11]。沙漠氣候地區(qū)的灰塵污染需利用抗污及自清潔功能建材來解決，沙特阿拉伯學(xué)者針對不同地區(qū)沙漠氣候條件，開發(fā)多種防污涂料，并實際驗證其綜合性能，發(fā)現(xiàn)天氣、季節(jié)以及暴露時間等對污染速率均有顯著影響[12]。

廢棄物資源化循環(huán)利用同樣也是中西亞地區(qū)綠色建材發(fā)展的重點方向。沙特阿拉伯學(xué)者以廢棄聚丙烯纖維、棕櫚油燃料灰、水泥窯灰、電弧爐灰等廢棄物開發(fā)系列高性能混凝土，聚丙烯纖維廢料和棕櫚油燃料灰改性混凝土的抗壓強(qiáng)度達(dá)到43~54 MPa[13-14]。在伊朗，垃圾焚燒飛灰、工業(yè)廢水、廢棄陶瓷、煤矸石廢料等被用于建筑材料開發(fā)，研究發(fā)現(xiàn)，添加飛灰、煤矸石代替骨料及工業(yè)廢水替代自來水均可提高混凝土強(qiáng)度和耐久性，廢棄陶瓷代替100%骨料的混凝土導(dǎo)熱系數(shù)可降低48%[15]。廢棄陶瓷和玻璃粉末材料被阿聯(lián)酋學(xué)者用于綠色建材開發(fā)，廢玻璃粉代替20%水泥的混凝土，300 d齡期抗壓強(qiáng)度提高57%，吸水率降低61%[16]。廢棄陶瓷粉末大比例代替水泥的混凝土材料抗壓強(qiáng)度和耐久性顯著提高，而對水化過程無明顯影響[17]。伊拉克學(xué)者發(fā)現(xiàn)聚丙烯固體廢棄物也可以作為細(xì)骨料開發(fā)環(huán)保功能混凝土材料，當(dāng)替代40%細(xì)骨料時，導(dǎo)熱系數(shù)降低49.1%，并滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求[18]。

2.3 北非地區(qū)

埃及、阿爾及利亞、摩洛哥等國在北非地區(qū)經(jīng)濟(jì)和科技發(fā)展中處于領(lǐng)先地位，該地區(qū)綠色建材研究也主要集中在以上幾個國家。由于北非大部分地區(qū)為高溫干燥的熱帶沙漠氣候，各國綠色建材研究主要針對熱物理性能開展，以改善高溫環(huán)境下建筑物的熱舒適性，順應(yīng)建筑低能耗、綠色發(fā)展趨勢。已報道的具有低導(dǎo)熱、隔熱、蓄熱功能的建筑材料主要包括以水泥或石膏為主要基體的圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料、空心黏土磚、砌塊等。埃及Elmarghany等[19]測試了相變空心磚對室內(nèi)溫度及建筑能耗的長期影響，發(fā)現(xiàn)應(yīng)用相變空心磚可使全年的室內(nèi)平均溫度降低1.5%，總能耗降低8%。摩洛哥Salihi等[20]發(fā)現(xiàn)，在半干旱氣候條件下應(yīng)用相變墻體材料可降低建筑能耗15%~21%，全年采暖季、供冷季分別實現(xiàn)節(jié)能102、324 kW·h。不具有相變功能的石膏基墻體材料、新型生態(tài)材料“Poncebloc”、生物質(zhì)保溫材料等表現(xiàn)出優(yōu)異的隔熱保溫性能，同樣可以實現(xiàn)建筑能耗的降低及熱舒適性的調(diào)節(jié)。

該地區(qū)農(nóng)業(yè)、工業(yè)廢棄物以及沿海區(qū)域貝殼資源也越來越多的應(yīng)用于綠色建材的開發(fā)，既提高建筑材料的環(huán)保性，也可解決廢棄物環(huán)境污染問題。以玻璃粉和貝殼粉替代40%砂石骨料的環(huán)保型砂漿，抗壓強(qiáng)度和抗氯離子滲透性明顯提高，并由于導(dǎo)熱系數(shù)的降低而表現(xiàn)出優(yōu)異的隔熱性能[21]。以水泥窯灰、黏土磚廢料和硅灰為主要原料燒結(jié)的生態(tài)建筑磚，抗壓強(qiáng)度可達(dá)47 MPa，更特別的是該材料具有優(yōu)異的CO2捕獲能力[22]。利用粉碎的陶瓷廢棄物代替粗骨料，結(jié)合礦物摻合料制備的超高性能混凝土材料，抗壓強(qiáng)度最高可以達(dá)到146.6 MPa[23]。電弧爐渣、農(nóng)作物纖維以及廢棄塑料等均用于水泥砌塊、陶瓷磚等新型綠色建材的開發(fā)，且性能優(yōu)異。

2.4 中東歐地區(qū)

“一帶一路”沿線歐洲國家主要集中在中東歐地區(qū)，包括俄羅斯、土耳其、波蘭等，相比于大部分的亞、非洲“一帶一路”沿線國家地區(qū)，中東歐地區(qū)的綠色建材技術(shù)整體水平較高，不僅實現(xiàn)了廢棄資源的有效利用，還可賦予建筑材料生態(tài)環(huán)境功能性。工業(yè)大國俄羅斯的工業(yè)廢棄物數(shù)量巨大，以其為原料開發(fā)綠色建材受到廣泛關(guān)注。常見的工業(yè)廢棄物包括燃煤灰渣、冶金廢渣、采礦廢料、玻璃廢料、化工廢料、礦棉廢料等，開發(fā)的綠色建材涉及隔熱泡沫玻璃、裝飾陶瓷材料、砌塊、飾面板材、屋面瓦、高強(qiáng)陶瓷、耐火材料、混凝土等。在土耳其、羅馬尼亞、捷克等國家，廢舊輪胎橡膠、廢棄電子材料、廢舊塑料、建筑垃圾等廢棄資源也被用于開發(fā)透水混凝土、輕質(zhì)混凝土、高強(qiáng)混凝土等綠色建材。

中東歐地區(qū)的廢棄物綜合利用技術(shù)基本成熟，在建筑材料蓄熱節(jié)能、光催化凈化、防電磁污染等環(huán)境功能性方面也已經(jīng)取得了較大進(jìn)展。在建筑材料熱物理性能及節(jié)能功能設(shè)計方面，俄羅斯和波蘭學(xué)者開發(fā)的相變蓄熱空心磚及水泥混凝土材料可有效降低建筑室內(nèi)溫度20%，平均溫差達(dá)到4.5℃[24-25]。基于光催化原理的自清潔涂層材料、光熱催化凈化甲醛材料及光催化陶瓷材料等也有報道，能夠?qū)崿F(xiàn)對建筑外表面的自清潔以及建筑室內(nèi)VOC污染物的快速降解[26-28]。為了解決電磁輻射對人居環(huán)境產(chǎn)生的負(fù)面效應(yīng)，土耳其學(xué)者研發(fā)了系列電磁屏蔽與吸波功能建筑材料。以電弧熔爐鋼渣廢料為電磁功能改性材料的電磁屏蔽水泥砂漿，最佳屏蔽達(dá)到-70 dB左右，且具有較高力學(xué)強(qiáng)度[29]。含硼廢料以及廢舊橡膠等用于電磁屏蔽與吸波建材制備，同樣能夠獲得優(yōu)異的屏蔽與吸波性能[30-31]。

2.5 南美洲地區(qū)

南美洲的典型“一帶一路”共建國家包括阿根廷、烏拉圭、秘魯和智利等，其綠色建材發(fā)展主要方向為廢棄物綜合利用，包括農(nóng)作物秸稈、貝殼及工業(yè)廢渣等。南美洲國家主要以種植業(yè)為主，大量的農(nóng)作物秸稈和廢棄物可為綠色建材提供充足的原材料。利用稻殼灰開發(fā)綠色水泥基材料受到大量的關(guān)注，研究發(fā)現(xiàn)稻殼灰可以顯著提高水泥基材料的耐久性，降低碳排放水平[32]。向日葵殼灰也被證實可用于建筑陶瓷材料的開發(fā)，且具有優(yōu)異的力學(xué)性能[33]。工業(yè)廢棄物、建筑垃圾等循環(huán)利用的綠色建材也被大量報道，Zega等[34]利用回收建筑垃圾細(xì)骨料制備的混凝土材料可以顯著提高其抗腐蝕性和耐久性。Caggiano等[35]證實了從廢輪胎中回收鋼纖維用于混凝土制備，能夠明顯提高其力學(xué)強(qiáng)度。Quaranta等[36]研究了鋼渣、污泥、廢棄耐火硅酸鹽材料等制備建筑陶瓷磚的可行性。粉碎的貝殼材料代替細(xì)骨料可開發(fā)出高性能的混凝土材料，也可用于耐火功能材料的開發(fā)，在不影響材料性能的情況下可降低生產(chǎn)成本20%~31%[37]。

在功能性綠色建材開發(fā)方面，基于相變蓄熱材料的蓄能節(jié)能建材逐漸受到關(guān)注，而針對其他的環(huán)境功能性綠色建材鮮有報道。以負(fù)載相變材料的多孔再生磚骨料填充水泥砂漿，可實現(xiàn)水泥砂漿的高蓄熱性能，并且對砂漿強(qiáng)度無明顯影響[38]，將相變微膠囊與水泥基材料結(jié)合也可以獲得同樣的蓄熱效果[39]。Barreneche等[40]在建筑墻體結(jié)構(gòu)中設(shè)置了相變蓄熱層，并對房間的溫度進(jìn)行檢測，相變層加入使室內(nèi)環(huán)境溫度降低了3℃，同時還能夠提升4 dB的隔聲效果。

3 總結(jié)與展望

發(fā)展綠色建材已成為時代發(fā)展的必然趨勢，推廣綠色建材、發(fā)展綠色建筑是建筑工業(yè)轉(zhuǎn)型升級的必由之路，并已經(jīng)得到“一帶一路”共建國家的共識。推動“一帶一路”共建國家在綠色建材技術(shù)領(lǐng)域的互融互通，實現(xiàn)綠色建材技術(shù)水平的區(qū)域化協(xié)同發(fā)展，對于保護(hù)資源環(huán)境、降低建筑工業(yè)的碳排放、改善人居環(huán)境及健康水平具有重要意義。

在全球綠色建筑發(fā)展政策的引導(dǎo)和推動下，“一帶一路”共建國家綠色建筑與綠色建材的發(fā)展步伐“加速度”非常明顯，不同地區(qū)國家技術(shù)水平仍存在一定差異。新加坡及歐洲部分國家相對領(lǐng)先，大部分發(fā)展中國家仍處于研究的起步階段。但是，各國均以綠色、低碳、循環(huán)理念為指導(dǎo)，大力推進(jìn)節(jié)能環(huán)保技術(shù)改造升級，提高資源利用效率，促進(jìn)廢棄物循環(huán)利用，對于大多數(shù)“一帶一路”共建國家，綠色建材未來應(yīng)轉(zhuǎn)向建筑材料的生態(tài)環(huán)保及環(huán)境功能化發(fā)展。