生態(tài)建材的研究與發(fā)展

周廣德（北京環(huán)益美高分子聚合物研究所，北京 101113）

1 概述

生態(tài)建材對(duì)于城市居住環(huán)境的水氣平衡、空氣凈化、生態(tài)平衡、自然生態(tài)循環(huán)有著十分重要的作用，居住建筑的生態(tài)健康和宜居性是建立在良好的自然環(huán)境之上的，如果沒(méi)有良好的自然生態(tài)環(huán)境，生態(tài)建材就沒(méi)有實(shí)際意義，

材料與建筑的生態(tài)功能，應(yīng)嚴(yán)格遵循客觀自然規(guī)律及自然法則，選擇材料、利用材性、發(fā)揮材性，盡可能保留材料的原始生態(tài)特性和技術(shù)性能，不去破壞或企圖改變它。

生態(tài)建材的研發(fā)、生產(chǎn)與應(yīng)用，應(yīng)該建立在“全生態(tài)體系”、“ 全生命周期”的理念之上，否則，不可能達(dá)到生態(tài)目的。

2 我國(guó)生態(tài)建材的歷史

1)我國(guó)的自然生態(tài)環(huán)境

人類(lèi)文明歷史表明，中國(guó)生態(tài)文明史最為優(yōu)秀。這是因?yàn)槲覈?guó)擁有獨(dú)特的自然生態(tài)與氣候條件，其自然氣候格局很獨(dú)特，且規(guī)律性很強(qiáng)，風(fēng)調(diào)雨順，四季分明（從古代流傳下來(lái)的《二十四節(jié)氣歌》中可以了解到），溫差變化較大，最冷可達(dá)-40℃以下，最熱可達(dá)40℃以上，這種氣候格局，加上海洋氣候環(huán)境和山脈的平衡作用，空氣很容易形成對(duì)流，這種自然的冷熱空氣對(duì)流就具有調(diào)溫、調(diào)濕、生態(tài)作用，在頻繁的冷熱氣候交換與變化過(guò)程中，產(chǎn)生了風(fēng)、云、雨、露等，自然氣候環(huán)境的冷熱變化與地球環(huán)境的相變調(diào)溫作用，產(chǎn)生了良好的自然環(huán)境的生態(tài)特性，有利于萬(wàn)物生長(zhǎng)、人類(lèi)繁衍。我國(guó)物產(chǎn)豐富，氣候環(huán)境與條件明顯優(yōu)于非洲等其它國(guó)家和地區(qū)，國(guó)土能養(yǎng)活13億人民，而且中國(guó)人很有智慧，這一切都與我國(guó)良好的自然生態(tài)環(huán)境有密切關(guān)系(參考文獻(xiàn)《相變材料調(diào)溫作用及相關(guān)研究》www.bwjc.cn 保溫建材科技網(wǎng),作者:北京環(huán)益美高分子聚合物研究所總工程師 周廣德)。

2)我國(guó)生態(tài)建材、建筑歷史

人類(lèi)居住環(huán)境從原始的穴居到現(xiàn)代的摩天大樓、經(jīng)歷了從原始到現(xiàn)代的發(fā)展過(guò)程。我們祖先崇尚自然，順應(yīng)自然，保護(hù)自然，創(chuàng)造了輝煌文明歷史，“天人合一”、“天當(dāng)房、地當(dāng)床”，從很多漢字的形義上，可以清楚地看到祖先們將這些道理融入到了代代相傳的文化中，從保存下來(lái)的北京故宮、萬(wàn)里長(zhǎng)城、福建土樓、河北趙洲橋、山西應(yīng)城的木塔等中外著名的古建筑上，可以學(xué)習(xí)到祖先的很多的智慧與經(jīng)驗(yàn)，這些建筑的設(shè)計(jì)、材料應(yīng)用、工藝技術(shù)水平，在今天看來(lái)也是典范，無(wú)人能及，是真正的生態(tài)建筑。

3 現(xiàn)代建筑、建材的發(fā)展

傳統(tǒng)建筑、建材的原生態(tài)性好，建筑使用壽命長(zhǎng)，建筑所用材料基本上可以循環(huán)再利用，即便不能再使用，對(duì)環(huán)境也沒(méi)有什么太大傷害。由于人類(lèi)進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和世界人口劇增，人口居住過(guò)于集中，居住建筑的需求量大增，對(duì)建筑材料的需求量也隨之大增，由于土地資源問(wèn)題，居住建筑開(kāi)紿向高層、超高層發(fā)展，傳統(tǒng)的磚、石、瓦、竹木等建筑材料不能滿足現(xiàn)代建筑的需求。大量的化學(xué)合成材料、復(fù)合材料、人工合成的建筑材料取代了傳統(tǒng)材料，被廣泛用于建筑上，這些材料從資源開(kāi)采、原材料及制品的生產(chǎn)、包裝、貯運(yùn)及使用過(guò)程，需要消耗大量資源、能源，造成資源與能源緊缺，同時(shí)，這些材料性能差、壽命短，在很短的時(shí)間內(nèi)就變成了難以處理的有害建筑垃圾，嚴(yán)重污染了水源、空氣，破壞了自然生態(tài)環(huán)境，人類(lèi)面臨的生態(tài)危機(jī)也越來(lái)越嚴(yán)重，這些問(wèn)題將極大地影響建筑、建材業(yè)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。

4 生態(tài)材料與技術(shù)

4.1 材料性能

世界是物質(zhì)組成的，一切物質(zhì)源于自然，物質(zhì)是由原子、分子組成的，有些物質(zhì)的形成過(guò)程需要半年、一年、數(shù)年、甚至數(shù)萬(wàn)年、數(shù)億年，其經(jīng)歷與形成的時(shí)間越久、條件越好，物質(zhì)的品質(zhì)就越好，也越珍貴。

現(xiàn)代人工合成材料大都違反自然規(guī)律，將取于自然的一些很穩(wěn)定的資源性物質(zhì)進(jìn)行破壞，把已經(jīng)形成的、性能很穩(wěn)定的物質(zhì)破壞成分子、甚至原子，再送往工廠當(dāng)成原料，用人工合成技術(shù)，來(lái)制成物質(zhì)（產(chǎn)品）。

筆者在一些研討會(huì)、培訓(xùn)課程上講過(guò)：位于河北趙縣的我國(guó)古建趙洲橋，修建至今已有1400多年了，至今完好，可以斷定，如無(wú)人為或自然破壞因素，趙洲橋的壽命可能還有1400年，甚至數(shù)千年，難怪美國(guó)工程師協(xié)會(huì)立碑稱贊之。趙洲橋所用材料基本上都是采用優(yōu)質(zhì)天然石材砌成，所用石材在采用之前，已經(jīng)自然形成數(shù)千年、數(shù)萬(wàn)年，加上精巧設(shè)計(jì)施工，這決定了趙洲橋的千年品質(zhì)。

假設(shè)我們用現(xiàn)代材料和技術(shù)方法來(lái)建造趙洲橋，將趙洲橋上所有石頭取出，用破碎機(jī)粉碎成石塊、石子、石粉，再加水泥、砂、外加劑，加工成“人造石”、“文化石”，用來(lái)建成趙洲橋，那趙洲橋能有100年壽命就不錯(cuò)了。

我們祖先用石灰、石膏、稻草、甚至泥土做粘合劑、裝飾材料、防水材料，美觀、防水、保溫、透氣、調(diào)溫、調(diào)濕、舒適健康，壽命可以達(dá)到幾十年、幾百年，上千年，而且是真正的低碳、節(jié)能和生態(tài)。

4.2 材料應(yīng)用

筆者在近30年的理論研究與應(yīng)用實(shí)踐中，體會(huì)很深。通過(guò)對(duì)材料認(rèn)識(shí)的不斷深刻，深深感到材料的靈性、慧根、能力，已大大高于人的所能，這包括思維、感應(yīng)、速度、力量、能量等，這個(gè)世界沒(méi)有物質(zhì)的作用，人類(lèi)是不可能存在的，更別想有什么作為。作為研究人員，必須尊重并崇尚物質(zhì)，只要能善用，自然已經(jīng)給我們恩賜的一切應(yīng)有盡有，用不著我們自作聰明，顛三倒四做一些自己都弄不懂的東西。崇尚、善待、善用材料，是我們未來(lái)要努力做到的事情。

生態(tài)建材的研發(fā)、生產(chǎn)、推廣與使用取得了一些進(jìn)展，但產(chǎn)品單一，品種少，總體上發(fā)展緩慢。一方面理論研究方面還很薄弱，專(zhuān)業(yè)技術(shù)程度和水平還不夠，致使一些產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用進(jìn)入誤區(qū)，達(dá)不到應(yīng)有的目標(biāo)。與化學(xué)建材相比，宣傳推廣的投入不夠。要引領(lǐng)生態(tài)建材產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，必須加強(qiáng)理論研究和宣傳推廣工作；另一方面，市場(chǎng)的長(zhǎng)效機(jī)制還未建立起來(lái)，這需要發(fā)揮行業(yè)協(xié)會(huì)的作用，加強(qiáng)行業(yè)凝聚力，內(nèi)引外聯(lián)，做好產(chǎn)業(yè)鏈，發(fā)揮專(zhuān)業(yè)技術(shù)力量，使產(chǎn)品多元化、系列化、系統(tǒng)化、高端化，重點(diǎn)扶持一批企業(yè)發(fā)展起來(lái)，做大做強(qiáng)。

5 生態(tài)建材的生態(tài)意義

世界各國(guó)都在重視生態(tài)環(huán)境保護(hù)，甚至投入巨資改善生態(tài)環(huán)境，但往往事與愿違，因?yàn)樵谡闻c經(jīng)濟(jì)利益面前，人們就容易變的冷漠，迷失方向。

人的意念和行為能影響自然、甚至能改變自然，但人的任何意念和行為不可能取代自然，任何人為的生態(tài)完全是自我感覺(jué)，是沒(méi)有實(shí)際意義的，因?yàn)槭澜缟嫌泻芏嗫茖W(xué)家的研究與實(shí)驗(yàn)已經(jīng)充分證實(shí)了這一點(diǎn)。

居住建筑上所用的材料無(wú)論有多么生態(tài)，室內(nèi)環(huán)境有多么環(huán)?；蛴幸嬗诮】担彝猸h(huán)境很差，滿地垃圾，成群蚊蠅，空氣中迷漫著嗆人的煙塵，生態(tài)建材還有用嗎？眾所周知，現(xiàn)在人口上千萬(wàn)的大城市空氣污染嚴(yán)重，空氣中PM2.5 對(duì)人體有害，但我們不可能將居室完全密閉起來(lái)，一直不開(kāi)窗透氣，把人悶在居室內(nèi)，這樣做法的危害可能會(huì)比吸入PM2.5的危害更大。

生態(tài)建材，從意義上講，是材料、建筑與人、自然環(huán)境和諧，要遵循客觀自然規(guī)律、自然法則，不能違背自然規(guī)律和自然法則。生態(tài)是建立在良好的自然生態(tài)的基礎(chǔ)之上的，任何人為的生態(tài)不可能有多大的生態(tài)效應(yīng)，只有順應(yīng)自然，才是最生態(tài)的。生態(tài)建材不能犧牲自然、損害自然，不能“人為生態(tài)”，更不能假借生態(tài)名義追名逐利。

6 生態(tài)建材的材性與應(yīng)用問(wèn)題

化學(xué)建材大多是分子聚合并形成膜的原理，而生態(tài)建材為多孔的結(jié)構(gòu)材料，利用硅、鋁、鈣、活性粘土等無(wú)機(jī)礦物膠凝技術(shù)為主。

無(wú)機(jī)膠凝材料的生態(tài)性很好，本身就具有調(diào)溫、調(diào)濕、吸附和凈化空氣中有害物和異味的功能與作用，其天然特性所具有的穩(wěn)定性可以保持幾十年、幾百年、幾萬(wàn)年，甚至永恒。比如土壤中的可凝膠成分，就可以永恒不變。

如果我們?cè)跓o(wú)機(jī)膠凝材料中，大量使用有機(jī)化學(xué)成膜物或添加劑來(lái)生產(chǎn)生態(tài)建材產(chǎn)品，化學(xué)膠粘劑的膜會(huì)完全封閉材料凝膠過(guò)程中形成的網(wǎng)狀微孔，最終直接影響到材料的調(diào)溫、調(diào)濕和空氣凈化功能，致使生態(tài)功能性材料不能發(fā)揮出應(yīng)有的功能和作用。在這方面，北京環(huán)益美高分子聚合物研究所研制生產(chǎn)的具有天然特性的生態(tài)多功能樹(shù)脂型可分散系列膠粉。參考文獻(xiàn)：《生態(tài)多功能樹(shù)脂型可分散系列膠粉的應(yīng)用范圍》www·zgjf·com 中國(guó)膠粉與膩?zhàn)泳W(wǎng)，作者：北京環(huán)益美高分子聚合物研究所總工程師 周廣德）。已經(jīng)多家科研單位、大專(zhuān)院校測(cè)試及生產(chǎn)廠家驗(yàn)證，用于富含硅、鋁、鈣等粘土與礦物材料用凝膠材料，也可與乳膠等一些化學(xué)材料配合使用。可以取得較滿意的效果。

化學(xué)合成膠粘劑（如乳膠類(lèi)、聚乙烯醇類(lèi)、環(huán)氧樹(shù)脂、油漆等）成膜困難，需要使用大量助劑幫助成膜，有些助劑對(duì)人體和環(huán)境危害很大，穩(wěn)定性不好、耐候性差、易老化，也直接影響到產(chǎn)品的最終壽命。

比如，我們用硅藻土，主要原因是它有多孔結(jié)構(gòu)，具有吸附和凈化功能，而有些硅藻土供應(yīng)廠商，將原生態(tài)的硅藻土磨成細(xì)粉、超細(xì)粉，把硅藻土自然形成的結(jié)構(gòu)完全破壞了，也破壞了硅藻土的吸附和凈化功能，降低了硅藻土的價(jià)值和作用。

大多數(shù)硅藻泥壁材產(chǎn)品中，在大量使用乳膠、聚乙醇類(lèi)材料的同時(shí)，要求施工前在墻基面上涂刷化學(xué)封閉底漆，施工完后，有的還刷化學(xué)罩面劑，這樣的產(chǎn)品、這樣的做法，用每平米上百元造價(jià)成本的硅藻泥壁材裝修，有何益？還不如用幾元錢(qián)的膩?zhàn)臃蹖?shí)在，我把這個(gè)問(wèn)題提出來(lái)，供大家思考。

作為專(zhuān)業(yè)廠家或?qū)I(yè)技術(shù)人員，必須了解自然生態(tài)規(guī)律及特性，熟悉材料性能，弄清材料之間關(guān)系及相互之間作用機(jī)理，在原材料選擇、配方設(shè)計(jì)、制造過(guò)程、施工與使用過(guò)程，都要保持材料的天然生態(tài)特性，使其能夠自然地發(fā)揮應(yīng)有的生態(tài)功能和作用。

7 生態(tài)建材發(fā)展應(yīng)注意的三點(diǎn)問(wèn)題

1)生態(tài)建筑、建材，對(duì)生態(tài)環(huán)境友好，但其作用也是有限的，人為因素才是影響生態(tài)環(huán)境的最大難題，只有增強(qiáng)人們的生態(tài)環(huán)保的思想意識(shí)，人人自覺(jué)做到生態(tài)和環(huán)保，就能夠達(dá)到生態(tài)環(huán)保目標(biāo)。

2)反對(duì)盲目地集中進(jìn)行大量建筑來(lái)擴(kuò)充城市，盲目建筑的本身就是浪費(fèi)資源、增加建筑垃圾、傷害自然生態(tài)環(huán)境。

3)盡可能節(jié)能資源。我們大量挖山掘地，把老祖宗留下的寶藏?cái)」猓瑐ψ匀?，讓子孫后代難以生存。

8 結(jié)語(yǔ)

源于自然，回歸自然，生態(tài)建材產(chǎn)品應(yīng)注重品質(zhì)和效能，保持和發(fā)揮材料應(yīng)有的生態(tài)功能和特性，生態(tài)建材產(chǎn)業(yè)的發(fā)展應(yīng)遵循自然規(guī)律，更應(yīng)保護(hù)自然生態(tài)環(huán)境，走可持續(xù)的和諧發(fā)展之路。