淺析新型環(huán)保建筑材料在房建工程中的應用

王佳偉

（山東科技大學，山東泰安 271000）

房屋建筑工程行業(yè)由于涉及專業(yè)多、建造周期長以及建材需求大等特點，往往能耗巨大，其資源消耗量已占全球總消耗的約30%，且逐年遞增。據(jù)統(tǒng)計，我國建筑業(yè)每年產(chǎn)生的建筑垃圾達35億噸，而資源化利用率則不足5%[1]。大量的建筑垃圾無法得到科學處理，對地表土、河流及地下水等造成嚴重污染。與此同時，我國當前每年新產(chǎn)生近20億平方米建筑，且大多存在能耗大的問題，如圍護結構保溫效果不佳、空調采暖系統(tǒng)運行工效差、末端換熱效率低等。為緩解建筑行業(yè)的高能耗現(xiàn)狀，并適應大跨、重載、高聳、超深的現(xiàn)代化工程特點[2]，研發(fā)應用新型環(huán)保建筑材料已成為全社會的迫切需要，是解決世界范圍內(nèi)環(huán)境污染問題的重要舉措，具有廣闊的市場潛力。

新型環(huán)保建筑材料是材料學科發(fā)展的重要方向，也是現(xiàn)代建筑工程關鍵性的物質基礎。在國際上，新型環(huán)保建筑材料也被稱為綠色建材、生態(tài)建材，具有制造生產(chǎn)無污染或少污染、功能實用、外表美觀、對人體或環(huán)境無毒害作用等特點，要求其性能應當環(huán)保、健康。西方發(fā)達國家早在30年前就開始重視并開發(fā)新型環(huán)保建材，并在實踐中大量應用了新型保溫材料、節(jié)能材料及絕緣材料等，大幅降低了建筑業(yè)的成本，提高了資源利用率。而我國在這方面起步較晚，與發(fā)達國家存在較大差距。本文就新型環(huán)保建筑材料在房建工程領域的主要應用情況進行分析，并指出未來新型環(huán)保建筑材料發(fā)展的主要趨勢。

1 新型環(huán)保建筑材料的概念及特性

新型環(huán)保建筑材料是較為籠統(tǒng)的一種泛化概念，但建筑工程業(yè)內(nèi)對其有較為明確的定義，一般指不同于傳統(tǒng)砂石或磚瓦等建材的新型材料品類，具體包括新型墻體、防水密封、保溫隔熱以及裝飾裝修等材料[3]。在全壽命周期內(nèi)，如原料采集、生產(chǎn)制作、實際應用以及回收處理等環(huán)節(jié)，新型環(huán)保建材對周邊環(huán)境造成的負面影響應當最小，且有利于人類健康，要求具備“環(huán)境調和”的功能。

一般而言，新型環(huán)保建筑材料相比傳統(tǒng)建材應當具有能耗低、污染少及功能多的優(yōu)勢。作為現(xiàn)代科技發(fā)展的成果，新型環(huán)保建筑材料的特性主要包括：（1）在力學性能、服役年限以及功能屬性方面，滿足建筑物的使用要求。（2）符合可持續(xù)發(fā)展的理念，對生態(tài)環(huán)境友好。即在使用過程中不產(chǎn)生破壞生態(tài)、污染環(huán)境的有害物質，降低碳排放，減少對地球的生態(tài)負荷，并能實現(xiàn)再生利用。（3）具有營造舒適、健康環(huán)境的品質與能力，為人類提供溫馨的生存空間。

2 新型環(huán)保建筑材料在房建工程中的應用

2.1 植物纖維材料

植物纖維材料主要是指農(nóng)作物收獲后剩下的廢料，如秸稈、廢棄的木材或竹材等。我國幅員遼闊，屬于農(nóng)業(yè)大國，北方的玉米秸稈和南方的竹木等植物纖維產(chǎn)量極其豐富，且均為可再生生物資源。將植物纖維材料作為新型環(huán)保建材替代傳統(tǒng)磚瓦、砌塊等進行應用，能大幅節(jié)約自然資源、減少能源消耗，如趙玉榮[4]闡述了植物纖維自保溫外墻在保障房項目中應用的工作原理與優(yōu)勢，分析了其節(jié)能特性與防火效果。

同時，相比傳統(tǒng)成品木材和竹材，采用植物纖維材料制得的建材不僅更符合可持續(xù)發(fā)展理念，而且在性能上也具備高強度、零污染的優(yōu)勢，社會與經(jīng)濟效益顯著，如王春紅等[5]研究了新型環(huán)保建材NFPR（植物纖維增強樹脂基復合材料）的力學性能，并從聲學、阻燃性、耐老化以及有害物質釋放等方面總結了其功能化應用特性，包括室內(nèi)隔音屏障、裝飾材料等，并指出了NFPR綠色材料在建筑用紡織品中的應用前景。

然而，植物纖維材料雖憑借環(huán)境友好、節(jié)能低碳的特性得到了一定程度的研究與應用[6]，但受限于應用環(huán)境，其使用范圍相對較為局限，如小型莊園、農(nóng)場等，因此可進一步通過復合工藝拓寬其應用環(huán)境，以實現(xiàn)更好的發(fā)展。

2.2 粉煤灰質材料

粉煤灰主要是火電廠鍋爐燃燒后產(chǎn)生的工業(yè)廢渣，每年的排放量巨大，若得不到科學處理，將不僅侵占耕地，還會產(chǎn)生粉塵等環(huán)境污染問題。通過對粉煤灰開展資源化利用，將其用于制造燒結磚與墻地磚等建筑材料，則既有效利用了工業(yè)廢渣，又避免了傳統(tǒng)制磚過程導致的資源消耗問題，實現(xiàn)變廢為寶。

利用粉煤灰制作的各型號磚塊承載能力有限，硬度與剛度相比混凝土砌塊稍低，但在非承重墻應用方面具有優(yōu)異的性價比。如文波等[7]將蒸壓粉煤灰砌塊用于建筑的非承重磚墻，并通過采用裝配式圈梁構造柱的工藝提升其抗震性能，有效拓展了蒸壓粉煤灰磚墻的應用范圍。李華等[8]在框架結構的高層建筑施工中，將粉煤灰加氣混凝土砌塊作為填充墻進行應用，并通過試驗對比，驗證粉煤灰加氣混凝土砌塊相比傳統(tǒng)其他材料具有自重輕、施工周期短等優(yōu)勢。

目前，粉煤灰質材料已取得較為廣泛的應用，除上述非承重填充墻外，在地磚以及節(jié)能墻板等領域也有較好的實施效果。如張帆等[9]在常壓燒結條件下，利用工業(yè)廢渣粉煤灰和無機碳酸鉀制備獲得粉煤灰陶瓷墻地磚，并分析了燒結工藝對地磚性能的影響及應用效果。楊成梅[10]提出一種納米材料改性的粉煤灰輕質節(jié)能墻板，并探討了力學性能與抗壓強度，為粉煤灰輕質墻板的應用提供了參考。

2.3 泡沫玻璃

泡沫玻璃屬于無機非金屬材料，制作原材主要為廢舊玻璃、瓶罐碎片等，通過摻加發(fā)泡劑、改性劑和促進劑并經(jīng)高溫混合熔化而成，是廢物利用的典型產(chǎn)物。其制作過程不僅有效利用了工業(yè)廢渣，而且不產(chǎn)生廢水、廢氣和廢渣，環(huán)保效益突出，在新型環(huán)保建筑材料市場中潛力巨大。

在隔熱保溫領域，泡沫玻璃被譽為“不須更換的永久性環(huán)保絕熱材料”，尤其在建筑圍護節(jié)能方面得到了廣泛應用，如黃洪亮等[11]、李森等[12]分別介紹了泡沫玻璃材料在建筑外墻保溫與屋頂隔熱中的應用情況，驗證了泡沫玻璃材料優(yōu)異的保溫節(jié)能特性。

除節(jié)能保溫性能優(yōu)勢突出外，泡沫玻璃材料內(nèi)部充填有大量直徑為1~2 mm氣泡微孔，使得其具備一定的隔音降噪性能。作為吸聲材料應用時，主要是將開孔型泡沫玻璃通過水泥砂漿等黏結劑粘接于結構基底，可長期服役于潮濕或振動的環(huán)境中，但有研究指出普通泡沫玻璃尚不足以滿足部分場合的噪聲控制要求。為此，有部分學者通過改進高溫焙燒工藝，提高材料開孔率，從而提升吸聲性能[13]；也有研究者采取在原泡沫玻璃材料的迎聲面上進行打孔的措施，制備出更高吸聲系數(shù)的高效泡沫玻璃材料[14]。

2.4 膜材料

膜材料被稱為“第五代建材”，具有透光性好、自重輕、強度高、抗紫外線等特點，且防火、保溫性能優(yōu)異，能夠回收再利用，是較為前沿的一種新型環(huán)保建筑材料。建筑用復合膜材料化學性能穩(wěn)定，對環(huán)境和人體友好，其高透光率也能節(jié)省照明費用，在大型公共建筑中得到廣泛應用，如北京水立方（國家游泳中心）、上海八萬人體育場、深圳寶安體育場等。趙永茂[15]為實現(xiàn)造型大氣、自由柔美的設計效果，在某廠房大型雨棚設計中采用膜結構形式，著重分析了膜結構與土建結構的施工細部處理，并指出了膜材料在防水方面的優(yōu)異效果。張英[16]結合上海世博會意大利館內(nèi)墻面、福建青口文體中心、杭州五洲國際廣場等多個膜結構項目的應用案例，總結闡述了ETFE膜結構在建筑中的多樣化應用形式，如單層、雙層或多層氣枕式等，指出ETFE膜憑借輕質、綠色、環(huán)保的突出特性，在未來必將擁有更廣闊的應用前景。

隨著城市化進程的不斷推進，膜材料以其超薄厚度、自潔性良好、張力小、可大跨度設計以及高透光性等特點，很好地契合了現(xiàn)代化建材的應用需求，在城市綜合體、大型公共建筑中應用潛力巨大。然而膜材料在發(fā)生火災時會釋放有毒氣體，且在運行中需要充氣以維持氣壓，導致成本偏高，同時其隔聲性能也較差，在遭遇雨天或冰雹天氣時將產(chǎn)生較嚴重的異響。因此，在設計時應考慮使用場合、造價以及防火需求等多方面因素。

3 新型環(huán)保建筑材料的發(fā)展方向

當前，隨著科技水平的提高和人類活動的進一步需要，房建工程項目逐漸趨于“高、大、深”發(fā)展，高溫、海洋以及地下等嚴苛的施工環(huán)境也對建筑材料提出了新的要求，結合碳中和、碳達峰的時代背景，傳統(tǒng)建材已無法滿足現(xiàn)代化建設要求，新型環(huán)保建筑材料的研發(fā)與應用勢在必行。

無毒無害是人類對建材的綠色環(huán)保需求，輕質高強是提升建筑品質的重要途徑。因此，未來的新型環(huán)保建筑材料應具有低污染、輕質、高強、配套化以及勞動強度低等特點。概括而言，新型環(huán)保建筑材料的主要發(fā)展方向包括以下幾點。

（1）資源節(jié)約型。要求在生產(chǎn)、運輸與使用過程中消耗更少的自然資源，節(jié)約有限的非再生能源，并能實現(xiàn)資源化回收利用，減少對地球的生態(tài)負荷，保持可持續(xù)發(fā)展，如生態(tài)水泥、綠色玻璃等。

（2）環(huán)境友好型。隨著人們環(huán)保意識的不斷增強，傳統(tǒng)產(chǎn)生有毒有害物質的建材將逐漸退出市場，環(huán)境友好、對健康無害是未來新型環(huán)保建筑材料發(fā)展的主流，如可降解塑料、人造麥秸板等。

（3）多功能型。建筑功能趨于多樣化，要求新的材料也需要多元化發(fā)展，不僅需要滿足基本的承載、隔斷、降噪、保溫等要求，還應當具備抗菌、防霉、除臭以及自清潔等多種現(xiàn)代化功能，如防蟲蛀材料、防銹鋼筋、免抹灰清水混凝土等。

（4）智能型。隨著科技水平的進步，人類社會的智能化發(fā)展趨勢逐步顯現(xiàn)，與此同時，智能化材料也開始得到重視和發(fā)展。智能化材料即材料自身具備一定的感知和調整能力，如自我診斷、破壞預告、變形自調整或者震后自修復等，同時也能夠再生利用，如變形感知混凝土、智能調光玻璃、自恢復鋼柱腳等。

4 結語

在現(xiàn)代化房建工程施工過程中，傳統(tǒng)建材越來越難以滿足各種極端環(huán)境工況下的應用需求，同時在節(jié)能環(huán)保以及可持續(xù)發(fā)展方面的弊端也越來越難以忽視。新型環(huán)保建筑材料具有生產(chǎn)過程少污染、使用期間對人體或環(huán)境無毒害作用、節(jié)能低碳以及輕質高強等特點，非常契合當前高聳、大跨、重載等工程建設特點，適應于海洋、高空、地下等各種嚴苛的項目服役環(huán)境，是現(xiàn)代化工程建設的物質基礎。

本文主要介紹了植物纖維材料、粉煤灰質材料、泡沫玻璃以及膜材料等幾種新型環(huán)保建筑材料在房建工程中的應用情況，指出了未來發(fā)展的主要方向，有利于促進新型環(huán)保建筑材料在現(xiàn)代化房建工程施工中的進一步發(fā)展與應用。