土木工程材料向生態(tài)建材的發(fā)展趨勢漫談

孟帥　劉欣

摘 要：在大力提倡建設(shè)節(jié)約型社會、注重環(huán)保的今天，土木工程所用的材料也要向著綠色化、生態(tài)化的方向發(fā)展，而從某種程度上講，發(fā)展生態(tài)建材是實(shí)現(xiàn)社會可持續(xù)發(fā)展的重要策略，發(fā)展生態(tài)建材可真正實(shí)現(xiàn)發(fā)展與環(huán)境的統(tǒng)一、現(xiàn)代與長遠(yuǎn)的結(jié)合。

關(guān)鍵詞：土木工程材料；生態(tài)建材；發(fā)展

1 土木工程材料的發(fā)展

人類最原始的土木工程是從挖土鑿洞開始，全部利用天然材料進(jìn)行建造；隨著人類文明的進(jìn)步與發(fā)展，開始用黏土燒制磚瓦、用巖石燒制石灰，標(biāo)志著土木工程材料進(jìn)入了人工生產(chǎn)階段；發(fā)展至資本主義社會，工商業(yè)及交通運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展促使土木工程進(jìn)入一個全新的階段，鋼筋、水泥、混凝土及其它材料的出現(xiàn)標(biāo)志著土木工程材料發(fā)展至現(xiàn)代化水平。然而隨著物質(zhì)文明的不斷發(fā)展，人類對自然環(huán)境的破壞越來越嚴(yán)重，土地資源遞減，僅我國每年由于生產(chǎn)建材而消耗的各種礦物資源就高達(dá)50億噸，在大量采集砂石的過程中破壞了河床、植被及土壤，造成水土流失；而生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢棄物及粉塵土，又進(jìn)一步污染了大氣及水體。而在建設(shè)過程中，建筑垃圾日益增長，其中只有少量金屬及玻璃可被回收，余者大部分淪為城市垃圾。正是越來越嚴(yán)峻的環(huán)境問題與越來越突出的資源與能源問題，催生了生態(tài)建材理念的出現(xiàn)?，F(xiàn)代材料科學(xué)與工程學(xué)的發(fā)展，大大改善了土木工程材料的性能與質(zhì)量，而在原材料方面則向著更加節(jié)約、減少能源消耗、減少環(huán)境污染等方向發(fā)展。

2 生態(tài)建材的特點(diǎn)及分類

2.1 生態(tài)建材的概念及特點(diǎn)

所謂生態(tài)建材是指無毒害、無污染、無放射性、對人體健康及環(huán)境保護(hù)十分有利的建筑材料，其在生產(chǎn)過程中采用清潔的生產(chǎn)技術(shù)，應(yīng)用天然資源及能源量更少，而使用工業(yè)及城市固態(tài)廢棄物更多。所以生態(tài)建材具備以下特點(diǎn)：生產(chǎn)過程中投入最低的能源及資源消耗，對環(huán)境的破壞最小，而生產(chǎn)出的材料性能更高；可以最大程度上降低建筑能耗，包括生產(chǎn)及使用全過程，比如一些新型墻體材料具備輕質(zhì)、高強(qiáng)、保溫、隔熱等功能。材料性能更加優(yōu)異，使用效率更高，比如輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土可有效降低材料消耗?？蓪邮疑鷳B(tài)環(huán)境進(jìn)行改善，或者具備相應(yīng)的保健功能，比如多功能玻璃、涂料具有抗菌、除臭、屏蔽有害射線等功能?？纱罅繎?yīng)用到工業(yè)廢棄物，比如水泥材料可凈化污水、固化有毒有害工業(yè)廢渣等。

但并非所有具備上述特點(diǎn)的建筑材料均可稱為生態(tài)材料，其必須具備以下幾項(xiàng)基本要素：首先，采用廢棄材料為生產(chǎn)原材料，使用一次性資源最少，原材料的采集不會破壞環(huán)境；其次，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢棄物與相關(guān)環(huán)境保護(hù)要求相符；再次，使用過程中不存在有害氣體或有害放射性物質(zhì)，保證材料的健康、衛(wèi)生、安全；最后，材料的整個生命周期均不會導(dǎo)致環(huán)境的二次污染，包括廢棄處理。

2.2 生態(tài)建材的分類

首先，再生型生態(tài)建材，即建筑材料可循環(huán)利用，制造過程中應(yīng)用大量無毒廢料，不僅回收了固定廢棄物，而且可節(jié)約原生性物質(zhì)資源，并且節(jié)約堆場面積。

其次，功能型生態(tài)建材。功能型建材包括環(huán)保型建材、節(jié)能型建材、自調(diào)節(jié)型建材、等。其中環(huán)保型建材要保證使用過程中的無害性，再進(jìn)一步具備凈化環(huán)境的功能，比如凈化空氣的材料、抗菌材料、防輻射材料等。節(jié)能型建材主要指保溫隔熱型建材，比如保溫砂漿、聚氨酯泡沫塑料、聚苯乙烯泡沫板、膨脹珍珠巖等；門窗節(jié)能材料主要為玻璃和鋁塑材料，比如中空玻璃、真空玻璃等。自調(diào)節(jié)型建材主要是指利用材料自身的性能對室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行調(diào)節(jié)，其主要應(yīng)用相變材料在相變點(diǎn)附近低于相變點(diǎn)吸熱、高于相變點(diǎn)放熱的特性，具備儲存能量的功能，以調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度；調(diào)濕材料則采用木纖維、天然吸濕性材料、多孔礦物材料等。

最后，經(jīng)濟(jì)型生態(tài)建材，包括輕質(zhì)材料及高性能材料?，F(xiàn)在輕型房屋體系成為業(yè)界一大熱點(diǎn)，而保溫性能好、質(zhì)量輕的生態(tài)材料的應(yīng)用也更加廣泛。輕質(zhì)材料密度小、隔熱性能好，建筑結(jié)構(gòu)不易變形；且材料自重輕可提高生產(chǎn)效率，更加容易實(shí)現(xiàn)清潔施工，基于全壽命周期的角度而言，其經(jīng)濟(jì)效益更高。高性能材料的優(yōu)勢更加突出，其不僅使用時間長，而且功能強(qiáng)大，大幅提高了材料的綜合經(jīng)濟(jì)效益。現(xiàn)階段最主要的建筑材料即混凝土與水泥，后續(xù)生態(tài)高性能混凝土將是混凝土材料發(fā)展的主要目標(biāo)。

3 生態(tài)建材的發(fā)展趨勢

3.1 完善生態(tài)建材標(biāo)準(zhǔn)評價體系

我國國家環(huán)?？偩衷?993年正式頒布了中國環(huán)境標(biāo)志方案，針對一批建材產(chǎn)品制定了相關(guān)的認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，包括涂料、建筑膠粘劑及人造板等?，F(xiàn)在國際上采用ISO 14000體系進(jìn)行環(huán)境認(rèn)證，其側(cè)重于對材料的環(huán)境特性進(jìn)行評價，不過其在對產(chǎn)品使用性及環(huán)境性上的評價還存在一些問題。而我國在2002年開始實(shí)施“室內(nèi)裝飾裝修材料有害物質(zhì)限量”強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)，其由國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局負(fù)責(zé)頒布；此外還有《民用建筑工程室內(nèi)環(huán)境污染控制的規(guī)范》，由建設(shè)部發(fā)布。上述兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)沿用至今，已成為我國建材產(chǎn)品進(jìn)入市場制定的最低環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)在，國家科研管理部門已將生態(tài)建材列入國家科技發(fā)展計(jì)劃中。

其實(shí)針對生態(tài)建材評價方面，可以借鑒國外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，歐洲一些發(fā)達(dá)國家通常建立一套環(huán)境標(biāo)志進(jìn)行評價。比如世界上第一種環(huán)境標(biāo)志——藍(lán)天使標(biāo)志就是早在1977年由德國率先發(fā)布的，其將建材污染物的散發(fā)、廢料的產(chǎn)生、循環(huán)再利用、噪聲及有害物質(zhì)等因素納入其中。加拿大也推行了Ecologo環(huán)境標(biāo)志計(jì)劃，針對建材產(chǎn)品制定“住宅室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)”，其中對涂料、板材及膠粘劑中的甲醛、苯含量做出明確規(guī)定。而美國雖然未在全國范圍內(nèi)針對環(huán)境、建材做出統(tǒng)一要求，但是其各個州均嚴(yán)格限制了建材中相關(guān)污染物的含量。

3.2 生態(tài)建材的研究發(fā)展方向

具體而言，我國生態(tài)建材的研究發(fā)展方向主要包括以下幾個方面：首先，工程技術(shù)與裝備的研發(fā)：包括工業(yè)及城市廢棄物生產(chǎn)材料應(yīng)用技術(shù)及裝備；城市生態(tài)環(huán)境建材工程技術(shù)與裝備；太陽能及低溫輻射電熱膜等節(jié)能新技術(shù)；水泥機(jī)械—化學(xué)低能耗粉磨技術(shù)裝備；新型節(jié)水、凈水、城市工業(yè)廢水及家庭生活廢水再生利用新技術(shù)。

其次，新材料的研究：節(jié)能吸聲建筑窗用多功能玻璃；殺菌、除臭、清除有害氣體的空氣凈化材料；調(diào)溫調(diào)濕等對人體健康有利的生態(tài)建筑材料；稀土在生態(tài)功能性建材中的應(yīng)用技術(shù)；納米TiO2在生態(tài)建材中的應(yīng)用機(jī)理；低生態(tài)負(fù)荷膠凝材料與低水泥熟料用量的高性能水泥基材料理論基礎(chǔ)；低能耗、無污染天然質(zhì)生態(tài)建材新產(chǎn)品開發(fā)；新型無毒、低釋放、無損于健康的膠粘劑材料的研發(fā)。

最后，生態(tài)建材設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及施工規(guī)程的綜合研究，包括：水泥助劑及粉磨過程中物化反應(yīng)基礎(chǔ)研究；膜技術(shù)及其在生態(tài)建材中的應(yīng)用；生態(tài)質(zhì)量、生態(tài)建材性能與生態(tài)協(xié)調(diào)性（LCA）評價技術(shù)研究；生態(tài)建材新材料設(shè)計(jì)。

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