建筑材料在建筑屋面中的生態(tài)運(yùn)用探析

譚冰宇 莎 娜

（1.中國金茂北京公司 100070；2.北京維拓時代建筑設(shè)計(jì)股份有限公司 100025）

0 引言

建筑屋面工程具有較強(qiáng)的社會性、綜合性和藝術(shù)性，在人們追求舒適的建筑環(huán)境的歷程中發(fā)揮著重要的作用。然而我國的建筑當(dāng)前總體存在能耗大生態(tài)性弱的特點(diǎn)。人類社會也同時面臨著資源短缺、環(huán)境污染、能源枯竭等問題。綠色生態(tài)環(huán)境的塑造越來越成為可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。因而.通過減輕建筑材料的環(huán)境負(fù)荷.實(shí)現(xiàn)建筑材料的生態(tài)化，是當(dāng)前對建筑生態(tài)改造的關(guān)鍵方向。

1 建筑材料與生態(tài)環(huán)境的關(guān)系

1.1 建筑材料與資源消耗的關(guān)系

我國每年在生產(chǎn)建筑材料上所需要消耗的礦產(chǎn)資源數(shù)額巨大。例如每年在水泥工業(yè)上需要消耗約6 億噸石灰石，1.2 億噸粘土類原料，由于燒磚而被摧毀的農(nóng)田面積每年高達(dá)10 萬畝。當(dāng)前的建筑材料較多使用砂石骨料和填充材料，這些材料的城市化建設(shè)必需的名頭之下不斷的進(jìn)行大量采掘。但是實(shí)際卻在建設(shè)的過程中造成大量的浪費(fèi)，結(jié)果卻對自然環(huán)境造成了不可逆的傷害。在造成礦石資源大量消耗的同時也使得如河床、植被、徑流、土壤資源等遭到破壞，城市化的進(jìn)程中伴隨著沙塵暴、水土流失等環(huán)境問題的滋生。

1.2 建筑材料有可能造成的環(huán)境污染

建筑材料在原料采掘環(huán)節(jié)到生產(chǎn)環(huán)節(jié)到最后的廢棄能夠?qū)Νh(huán)境造成大量的污染。在我國的建筑材料生產(chǎn)中，每一噸普通硅酸鹽水泥熟料被生產(chǎn)出來，便有一噸二氧化碳和0.74 千克二氧化硫氣體會北牌坊。同時在建筑材料的生產(chǎn)和使用中依舊伴隨著噪聲污染、水污染、土壤污染、光污染、礦渣巖石的放射性污染、化學(xué)污染、建筑垃圾污染等等多種環(huán)境污染。因此，建筑材料的選擇與環(huán)境保護(hù)問題和污染處理密切相關(guān)。

1.3 建筑材料與環(huán)境協(xié)調(diào)的關(guān)系

除了負(fù)面影響之外，建筑材料本質(zhì)上與環(huán)境具有強(qiáng)烈的協(xié)調(diào)關(guān)系。一些建筑材料本身具有一定的生態(tài)環(huán)保性，應(yīng)加大使用力度。例如抗菌建材、空氣凈化建材等都是生態(tài)建材的典型代表。同時建筑材料具有一項(xiàng)重要功能便是消納廢棄物。盡管在原材料的采掘中會造成大量的污染和能源的消耗，但是絕大部分的固體廢棄物能夠轉(zhuǎn)變成為建筑材料的一部分投入到建筑材料的生產(chǎn)之中。例如粉煤灰、礦渣等可以作為水泥混凝土的摻合料再次投入生產(chǎn)，煤矸石等已在燒結(jié)磚的制作中被廣泛使用。甚至在一些煅燒的工序中能夠使用有毒可燃廢棄物或者固體垃圾作為燃料。

2 建筑材料在建筑屋面應(yīng)用中的生態(tài)策略

2.1 綠化功能

隨著我國的城市化進(jìn)程，城市中的建筑面積增長迅速，建筑的能耗越來越大，城市熱島現(xiàn)象對生態(tài)環(huán)境造成了大量的不良影響。因此，加大對城市建筑屋面綠化的力度，是降低建筑能耗，減少溫室氣體排放，同時達(dá)到美化城市的目的，優(yōu)化城市氣候的重要途徑。因此，對建筑屋面中建筑材料的生態(tài)選擇，要首要考慮綠化功能。屋面綠化能夠?qū)崿F(xiàn)保溫隔熱的性能。尤其是夏季的隔熱效果更為顯著，能夠節(jié)省大量的空調(diào)使用。同時綠化能夠降低周圍建筑物的環(huán)境溫度。尤其對于大面積的建筑物，由于大面積的屋面面積，屋面能夠吸收大量的熱量，實(shí)現(xiàn)綠化能夠有效實(shí)現(xiàn)保溫功能，同時降低城市中的回程，吸收如二氧化硫等有害氣體和噪音。因此，建筑材料的綠化功能是在建筑屋面設(shè)計(jì)中的重要生態(tài)考慮因素。

2.2 防水蓄水功能

建筑屋面對雨水等自然降水有重要的吸納作用。因此屋頂?shù)目節(jié)B防漏功能至關(guān)重要。除了建筑層的防水防滲建設(shè)之外，加強(qiáng)屋面的蓄水功能，一方面能夠在水蒸發(fā)時帶走大量的熱量，降低輻射到屋面上的太陽輻射熱，又想降低屋面的傳熱能力和屋面溫度，較好的實(shí)現(xiàn)了隔熱功能。另一方面，在建筑材料做足蓄水處理時能夠吸納一部分的自然水源，后期通過技術(shù)轉(zhuǎn)變成為可被利用的水資源，加強(qiáng)對自然資源的利用，達(dá)到生態(tài)性。

2.3 自然光的能源考慮

當(dāng)前的大部分建筑物采用平屋面的形式，而屋面在建筑體中吸納最多的太陽輻射。因此，建筑材料的色彩能夠?qū)ψ匀还獾姆瓷浜湍茉蠢寐十a(chǎn)生重要的決定作用。例如深色的平屋面僅僅能夠反射不到百分之三十的日照，而金屬材質(zhì)淺色材料的坡度屋面能夠反射至少百分之六十五的日照。越高的反射率能夠?yàn)槲菝婀?jié)約更高的能源消耗。在建筑材料的不斷發(fā)展中，加大了對日照能源利用的可能性，在生態(tài)上實(shí)現(xiàn)了可再生能源的利用，具有重大意義。

3 建筑材料的生態(tài)化選擇

建筑物的核心構(gòu)成要素首先是建筑材料，加強(qiáng)建筑屋面的生態(tài)性，應(yīng)該注意對建筑材料本身的選擇和使用方式的生態(tài)化建設(shè)。

3.1 選擇生態(tài)建筑材料

生態(tài)建筑材也屬于綠色建筑材料和環(huán)保建筑材料的范疇。主要使用清潔生產(chǎn)技術(shù)生產(chǎn)，具有對自然資源能源消耗減少，廢棄物污染程度低等特點(diǎn)。其主要具有空氣凈化、保健抗菌等功效。常見的材料有 化學(xué)生態(tài)材料、納米材料、高分子材料、玻璃材料、陶瓷材料等等。

3.2 在建筑過程中減少對材料的消耗

除了建筑材料選擇的生態(tài)化，建筑過程中對材料的使用方式也應(yīng)該想著生態(tài)化的方向發(fā)展。主要要求不盲目求高求大，將環(huán)境與建筑充分融合。充分考慮建筑的耐受性和使用壽命，選擇壽命長久的建筑材料并且在使用中避免不必要的浪費(fèi)。在建筑完成之后，主要是注重對建筑材料的無公害銷毀和循環(huán)利用的處理。

4 有效實(shí)現(xiàn)建筑材料生態(tài)化的途徑

在屋面的建筑材料的選擇中通?；旌喜牧?，主要包括般包含砼現(xiàn)澆樓面、水泥砂漿找平層、保溫隔熱層、防水層、水泥砂漿保護(hù)層、排水系統(tǒng)、女兒墻及避雷措施等幾個環(huán)節(jié)的鑄造。為在未來的建造中實(shí)現(xiàn)對建筑材料生態(tài)化的轉(zhuǎn)變主要有兩個途徑，意識對傳統(tǒng)建材進(jìn)行生態(tài)化的改變和轉(zhuǎn)化，減少原有的對環(huán)境的負(fù)面影響。其次是可以借助新的技術(shù)，開發(fā)具有生態(tài)化的新型建材，增強(qiáng)建筑屋面與環(huán)境的協(xié)調(diào)性

4.1 傳統(tǒng)建材的生態(tài)化轉(zhuǎn)變

4.1.1 水泥材料的生態(tài)化轉(zhuǎn)變

（1）對新型水泥生產(chǎn)技術(shù)的研究。

上世紀(jì)末的國際水泥工業(yè)一直以來以懸浮預(yù)熱和預(yù)分解技術(shù)為工業(yè)核心，具有一套具有高度現(xiàn)代化和優(yōu)質(zhì)高效節(jié)能效果的新型干法水泥生產(chǎn)法。許多發(fā)達(dá)國家的水泥廠已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了零污染的綠色化生產(chǎn)，而我國目前在干法水泥生產(chǎn)上能力較弱，依舊存在很多不足。新型干法窖產(chǎn)能還沒有水泥總生產(chǎn)能力的百分之十。因此，作為建筑屋面絕大部分的主要建設(shè)材料，加強(qiáng)對新型水泥生產(chǎn)技術(shù)的研究和開發(fā)，并大量投入實(shí)施生產(chǎn)中是實(shí)現(xiàn)建筑材料生態(tài)化的重要途徑之一。

（2）對新品種水泥以及水泥的應(yīng)用范圍和使用功能的研究創(chuàng)新。

為推進(jìn)建筑材料生態(tài)化的發(fā)展，新品種水泥的研發(fā)被日益提上日程。其中日本研制出的陶瓷石能夠在常溫下被固化，是一種能夠免除煅燒工藝的水泥材料。除此之外，新品種的水泥開發(fā)方向也向著智能化的方向發(fā)展。即能夠根據(jù)環(huán)境的變化進(jìn)行一定的感知和響應(yīng)。高摻量混合材水泥也是生態(tài)化發(fā)展的方向之一，其首要特征便是能夠滿足不同工程的需求，兼具經(jīng)濟(jì)建設(shè)和環(huán)境保護(hù)的功能。

4.1.2 混凝土材料的生態(tài)化轉(zhuǎn)變

（1）在高性能混凝土上的研發(fā)投入和后續(xù)推廣。

在研發(fā)設(shè)計(jì)的過程中，高性能混凝土的耐久性是首要的考量指標(biāo)。大幅度的提高普通混凝土的性能基礎(chǔ)上能夠?qū)ΜF(xiàn)代化混凝土技術(shù)加以利用。高性能混凝土的主要特點(diǎn)是能夠在百年的時間甚至更長的時間內(nèi)不出現(xiàn)材料的劣化，以延長使用壽命實(shí)現(xiàn)環(huán)保和生態(tài)的保護(hù)目的。同時在生產(chǎn)的過程中加入以工業(yè)廢渣為主的細(xì)摻料，減少了熟料水泥的使用量，進(jìn)而減少了生產(chǎn)熟料水泥對環(huán)境造成的破壞。例如加拿大先前研發(fā)的高摻量粉煤灰混凝土，粉煤灰在凝膠材料中總體占比在55%-60%之間，極大的減少了熟料水泥的投入。除此之外，高性能混凝土的高性能優(yōu)勢能夠代替降低水泥和混凝土的部分功能，從而降低其用量。例如，超高性能的混凝土具有突出的強(qiáng)度和耐久性，能夠在建筑屋面的建筑材料使用時，減少74%的混凝土以及32%的水泥使用量。建筑屋面在自然環(huán)境中具有較大的暴露性，因此強(qiáng)化其建筑材料的性能以此延長壽命，是實(shí)現(xiàn)建筑材料生態(tài)性的重要措施。

（2）對商品混凝土的推廣使用。

傳統(tǒng)的建筑工程中常常采取現(xiàn)場拌制混凝土的模式，對人力物力的消耗大，并且質(zhì)量常常難以得到良好的控制。同時產(chǎn)生大量的噪音污染、粉塵污染，破壞周邊生態(tài)，商品混凝土的使用能夠有效解決以上問題。在諸多發(fā)達(dá)國家的發(fā)展案例中，美國和日本是商品混凝土的主要生產(chǎn)過，年均產(chǎn)量在2億平方米左右，占有本國建筑中混凝土使用量的八成以上。2004年以來，我國在建筑工程中使用預(yù)拌混凝土數(shù)量超出100 萬噸的城市總共有28 個，但是分布具有不均衡、地區(qū)差異化大的特點(diǎn)。并且商品混凝土高昂的成本和售賣價(jià)格是推廣不足的主要原因，因此，為了促進(jìn)建筑中生態(tài)化的建設(shè)，在材料上應(yīng)加大創(chuàng)新力度和研發(fā)力度，降低生產(chǎn)成本，在建筑屋面的建造過程中，使混凝土的使用方式也實(shí)現(xiàn)生態(tài)化。

（3）對廢棄的混凝土材料加以循環(huán)利用

在混凝土的使用過程中普遍存在天然骨料匱乏和混凝土廢棄物數(shù)量大而造成的生態(tài)破壞行為出現(xiàn)。再生混凝土的開發(fā)能夠有效解決這個問題。我國每年能夠從舊有的建筑物上得到廢棄混凝土約1370 萬噸，新建房屋時產(chǎn)生的廢棄混凝土約4100 萬噸，數(shù)量巨大，可循環(huán)利用空間廣闊。再生骨料與天然骨料向?qū)Ρ染哂锌紫堵矢?、吸水性大、?qiáng)度較低的缺點(diǎn)，因此，只有加大研發(fā)力度，解決再生骨料中的強(qiáng)度、孔隙、吸水等問題才能從根本上擴(kuò)大廢棄混凝土的循環(huán)使用率，為建筑材料的可持續(xù)發(fā)展提供可靠的技術(shù)支持。

4.2 新生態(tài)化建材的開發(fā)與研究

除了對傳統(tǒng)材料的革新之外，對新生態(tài)化材料的研發(fā)也至關(guān)重要。

4.2.1 功能性生態(tài)建筑材料的研發(fā)、

傳統(tǒng)的建筑材料在悠久的建筑歷史中主要屬于資源粗放型的增長方式，對能源和自然資源有較大的消耗量。在新技術(shù)發(fā)展的歷程中，能夠開發(fā)新型功能性生態(tài)建筑材料，推動建筑材料想著科技密集型和資源集約型的方向轉(zhuǎn)變。其中在建筑屋面的應(yīng)用中，高質(zhì)量檔次的改性瀝青防水卷材和高分子防水卷材是發(fā)展的方向之一。如上所屬，屋面具有防水排水和蓄水的重要功能，這項(xiàng)功能與環(huán)境生態(tài)密切相連。因此，可以對水資源處理上的功能性材料進(jìn)行研發(fā)。此外，納米材料也是未來建筑材料新的發(fā)展方向之一。如納米涂料、納米陶瓷等，能夠有效實(shí)現(xiàn)防霉抗菌，消除化學(xué)粉塵實(shí)現(xiàn)空氣凈化的功效。隨著科技的發(fā)展，高分子材料和納米材料的研發(fā)將成為建筑材料實(shí)現(xiàn)生態(tài)化的重要途徑。

4.2.2 加強(qiáng)材料對太陽能的利用能力，加強(qiáng)建材的能源利用能力

建筑屋面是建筑體中與受太陽輻射數(shù)量最多的部分。在能源危機(jī)的威脅下，加強(qiáng)建筑屋面的建筑材料對太陽能的利用能力，是提高能源利用率，實(shí)現(xiàn)生態(tài)化的關(guān)鍵。太陽能光電板是實(shí)現(xiàn)建筑屋面生態(tài)化的重要材料，并以得到廣泛的利用。太陽能始終是人類巨大的一個能源庫，加強(qiáng)對生態(tài)建筑材料對太陽能的轉(zhuǎn)化利用已至關(guān)重要。

5 結(jié)束語

我國建筑行業(yè)在城市化和城鎮(zhèn)化的進(jìn)程中得到了飛速的發(fā)展。同時基于生態(tài)化建設(shè)的需求，建筑材料的生態(tài)應(yīng)用越來越得以重視。建筑屋面最為建筑物中關(guān)鍵的構(gòu)成部分，起生態(tài)性對于環(huán)境的可持續(xù)化發(fā)展具有重要的意義。開發(fā)建筑屋面的生態(tài)性功能也由來已久，例如傳統(tǒng)文化中對屋頂花園的建造是建筑屋面中融入生態(tài)化理念的開端。但是，在傳統(tǒng)的建筑材料和方式仍然占據(jù)主流的當(dāng)下，建筑材料的生態(tài)化轉(zhuǎn)變和在建筑屋面中的生態(tài)運(yùn)用仍有很長的道路需要走。無論如何，以生態(tài)為主要理念并積極落實(shí)，是在建筑建設(shè)的過程中將人與自然融合的必經(jīng)之路。