闡述綠色建筑材料在土木工程施工中的應(yīng)用

顧保利

(山東華邦建設(shè)集團(tuán)有限公司 山東 濰坊 262500)

綠色設(shè)計(jì)和施工是土木建筑工程的主要發(fā)展方向,其特點(diǎn)是降低土木工程對(duì)環(huán)境資源的消耗、減少能耗以及消除建筑物中的污染物。綠色建筑材料涵蓋了混凝土、砌體、隔墻板、地磚、保溫材料、人造板材、墻面裝飾材料等。有些綠色材料有助于建筑物保溫隔熱,可有效減少建筑物內(nèi)的能量散失。有些綠色施工材料可促進(jìn)廢舊混凝土、磚瓦、礦渣等材料的循環(huán)利用。建筑設(shè)計(jì)和施工企業(yè)應(yīng)該積極探索綠色建材的應(yīng)用。

1 符合節(jié)材特點(diǎn)的綠色建筑材料施工應(yīng)用

在土木工程中,混凝土材料的使用量占比非常大,是工程項(xiàng)目的主要耗材,2021年國(guó)內(nèi)商品混凝土產(chǎn)量達(dá)到了30.6億m3,因而混凝土是綠色建筑施工材料的研發(fā)重點(diǎn),目前符合綠色節(jié)材標(biāo)準(zhǔn)的混凝土材料主要分為兩種類型,具體如下。

1.1 綠色高性能混凝土

混凝土中除了水泥之外還包括粗細(xì)集料以及多種類型的外加劑,綠色高性能混凝土的概念由中國(guó)工程院院士提出,這種混凝土材料的特點(diǎn)是減少砂、石、熟料的用量,同時(shí)確保性能不下降。水泥混凝土中粗集料的粒徑在4.75mm 以上,細(xì)集料的粒徑小于這一指標(biāo),大量的粗集料是開(kāi)采山石所得。配置混凝土所用的砂子大多為河砂。

國(guó)內(nèi)每年所生產(chǎn)的混凝土數(shù)量龐大,由此會(huì)引發(fā)大量的砂石開(kāi)采,破壞生態(tài)環(huán)境?；炷林械氖炝现饕杆?生產(chǎn)水泥的過(guò)程中會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染,因而減少熟料的用量也是實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保的有效途徑[1]。

綠色高性能混凝土的關(guān)鍵是水泥熟料,粗細(xì)集料和砂子的使用量取決于水泥的特點(diǎn)。綠色高性能混凝土在性能上的特點(diǎn)為免振自密實(shí)(降低能耗)、優(yōu)良的工作性、長(zhǎng)久的使用壽命以及優(yōu)異的體積穩(wěn)定性。這種高性能水泥在國(guó)內(nèi)的大型橋梁工程中已經(jīng)得到了應(yīng)用,如平南三橋(特大拱橋)中使用了免振自密實(shí)混凝土灌注橋梁主拱。

1.2 再生骨料混凝土

減少混凝土中天然骨料的使用量也是一種保護(hù)環(huán)境、降低山石開(kāi)采強(qiáng)度的有效技術(shù)措施,再生骨料混凝土利用破碎的混凝土塊、磚塊以及玻璃制品等作為混凝土材料中的骨料,從而代替了天然的骨料。老舊建筑物拆除時(shí)可產(chǎn)生大量的混凝土塊,并且這種建筑廢料無(wú)法降解,長(zhǎng)期堆積在自然環(huán)境中勢(shì)必會(huì)占用土地資源,并且造成環(huán)境資源的浪費(fèi),與之類似的也包括玻璃制品、磚塊等。再生骨料混凝土重復(fù)利用凝固后的混凝土材料,同時(shí)還消化了一些其他類型的廢料,一方面減少了天然石料的開(kāi)采,另一方面又減少了建筑垃圾,因而其環(huán)保性非常優(yōu)異。目前我國(guó)已經(jīng)將陶瓷、磚瓦、玻璃、礦渣以及爐渣等各種生產(chǎn)廢料作為混凝土的再生骨料[2]。在粒徑劃分上主要分為三個(gè)級(jí)別,小于0.08mm、0.08～5mm 以及5mm 以上。

2 符合節(jié)能特點(diǎn)的綠色建筑材料施工應(yīng)用

優(yōu)異的節(jié)能性是綠色建筑的核心特征之一,也是綠色建筑設(shè)計(jì)和施工中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。建筑物能耗分為主動(dòng)和被動(dòng)兩種,主動(dòng)能耗是由電力電氣設(shè)備等消耗的能源,典型的如建筑物的照明設(shè)備、采暖設(shè)備、空調(diào)設(shè)備等。被動(dòng)能耗是通過(guò)建筑物材料向外界環(huán)境散失的能量。建筑墻體、門窗等部位都是能量散失的重要部位。因此,節(jié)能型綠色建筑材料主要指可抑制被動(dòng)能耗的施工材料,目前常用的主要包括以下幾種。

2.1 節(jié)能環(huán)保型砌體材料和板材

砌體材料和板材通常作為建筑物內(nèi)部的隔墻施工材料,而隔墻的作用是在建筑物內(nèi)部劃分出多個(gè)空間,無(wú)論是室內(nèi)的采暖,還是制冷,都是在相對(duì)密閉的空間內(nèi)進(jìn)行的,冬季采暖時(shí)要密閉門窗,夏季制冷時(shí)同樣如此,這樣做的目的是防止熱量或者冷量從室內(nèi)向外界環(huán)境散失。實(shí)際上建筑物的墻體也是一種冷熱交換材料。鋼筋混凝土材料主要用于建造建筑物的剪力墻、框架柱、框架梁等,室內(nèi)隔墻載荷水平低,無(wú)需使用成本造價(jià)高昂的鋼筋混凝土墻體結(jié)構(gòu)。輕質(zhì)環(huán)保墻體是此類結(jié)構(gòu)施工的首選建筑材料。目前常用的輕質(zhì)節(jié)能建筑隔墻材料包括免蒸泡沫混凝土砌塊磚、水泥發(fā)泡輕質(zhì)復(fù)核隔墻板,這兩種材料的特點(diǎn)是內(nèi)部存在較多的孔隙,可充滿空氣,有效地降低了熱量或者冷量向外散失的效率,其保溫隔熱性能優(yōu)異,具備節(jié)能特點(diǎn)[3]。

2.2 綠色環(huán)保型建筑外墻保溫材料

相比于建筑內(nèi)部隔墻,外墻的保溫隔熱設(shè)計(jì)具有更大的節(jié)能效果和價(jià)值。建筑物外墻直接與外部環(huán)境相同,夏季的陽(yáng)光暴曬可通過(guò)墻體將熱量傳遞到室內(nèi),同樣地,冬季室內(nèi)采暖時(shí)產(chǎn)生的熱量亦可通過(guò)建筑物外墻傳遞到室外環(huán)境中。如果外墻保溫隔熱效果較差,為了提高舒適性,夏季會(huì)增加制冷功率,冬季會(huì)增加采暖功率。研究結(jié)果顯示,冬季室內(nèi)溫度每增加一度,整體能耗增加5%～10%,夏季空調(diào)每調(diào)低一度,整體能耗將增加8～9%。可見(jiàn),加強(qiáng)建筑物外墻保溫隔熱設(shè)計(jì)對(duì)降低建筑物整體能耗、提升舒適性具有突出的作用。外墻保溫材料不僅要具備優(yōu)異的保溫隔熱性能,同時(shí)還要兼顧環(huán)保性,有些保溫材料雖然性能優(yōu)異,但環(huán)保性較差,甚至?xí)：θ梭w健康[4]。綠色環(huán)保節(jié)能型外墻保溫材料包括水泥發(fā)泡外墻保溫裝飾一體板、xps擠塑板、巖棉金屬幕墻板等。

3 符合排水、集水特點(diǎn)的綠色建筑材料施工應(yīng)用

城市機(jī)動(dòng)車道、人行道以及廣場(chǎng)等區(qū)域在降雨情況下經(jīng)常出現(xiàn)地面積水的問(wèn)題,有些區(qū)域甚至還會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的地表徑流,對(duì)居民的出行安全造成非常嚴(yán)重的影響,不僅道路,社區(qū)內(nèi)部同樣存在類似的問(wèn)題。造成這種現(xiàn)象的主要原因是城市中的道路、廣場(chǎng)等主要采用混凝土結(jié)構(gòu)建造而成,而傳統(tǒng)的混凝土材料透水性很差,雨水降落到地面之后如果不能及時(shí)從下水道排走,就會(huì)大量蓄積在地面。受到“海綿城市”理念的啟發(fā),各種新型的地面鋪裝材料逐漸應(yīng)用于市政道路和廣場(chǎng)的施工,其特點(diǎn)是透水性良好,可快速將落到地面上的雨水下滲到地面下,再經(jīng)由排水系統(tǒng)排除,這些新型材料有效地促進(jìn)了城市排水,同時(shí)為雨水的回收利用創(chuàng)造了有利的條件[5]。常用材料包括以下幾種。

(1)透水混凝土。這種混凝土的原材料包括水泥、骨料、色粉、增強(qiáng)劑以及水,使其按照一定的比例配合攪拌之后可形成多孔結(jié)構(gòu)的混凝土材料,透水混凝土的膠結(jié)材料不一定是水泥,亦可使用有機(jī)膠,透水水泥混凝土還可對(duì)色彩進(jìn)行條件,其鋪裝的路面可帶有特定的色彩,用于區(qū)分功能區(qū)。這種新型施工材料可用于修建市政道路、社區(qū)內(nèi)的步道以及公共設(shè)施中的步道。

(2)透水磚。市政道路的人行道、停車場(chǎng)、公園中的步道以及社區(qū)內(nèi)的步道等也經(jīng)常采用地磚鋪裝,傳統(tǒng)地磚透氣性、透水性差,不易實(shí)現(xiàn)快速排水和集水。在地磚鋪裝作業(yè)中可使用生態(tài)透水磚,制造此類地磚的原材料是高標(biāo)號(hào)的水泥,其抗壓強(qiáng)度和整體的使用壽命均可達(dá)到較高的水平,由于存在微孔隙結(jié)構(gòu),可實(shí)現(xiàn)良好的透水性[6]。

(3)采用孔型混凝土磚鋪裝。這種地磚的特點(diǎn)是采用普通混凝土材料制造而成,其透水性與傳統(tǒng)路面相同,但是在整體結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了創(chuàng)新,在地磚上設(shè)計(jì)了孔洞,并且孔洞區(qū)域的面積占到整塊地磚的40%以上,借助孔洞可實(shí)現(xiàn)良好的透水、排水效果,將其滲透到地面下的排水管道中,達(dá)到收集雨水的目的。

4 環(huán)保材料在建筑土木工程中的應(yīng)用

綠色建筑材料還要求其具備良好的環(huán)保性,不會(huì)對(duì)建筑物周邊的空氣以及環(huán)境土壤等造成污染或者危害,同時(shí)也不可危害人體健康。建筑施工中使用的部分材料可污染空氣、危害人體,常見(jiàn)的如墻面裝飾材料、防水材料、人造板材等,有些材料在使用之后長(zhǎng)達(dá)數(shù)年不斷向室內(nèi)環(huán)境中釋放有機(jī)污染物或者其他類型的污染物,甲醛、笨等物質(zhì)都是建筑裝飾材料中容易釋放的有毒物質(zhì)。使用環(huán)保型材料是綠色施工理念的重要技術(shù)措施,以下介紹幾種常用的環(huán)保材料。①環(huán)保混凝土。這種混凝土材料的應(yīng)用前景非常廣闊,世界各國(guó)都在爭(zhēng)相研究。目前國(guó)內(nèi)的環(huán)?；炷敛牧现饕獮榕菽炷?、生態(tài)環(huán)?；炷恋取?guó)外科研人員還將二氧化碳封存在混凝土中,形成了一種負(fù)二氧化碳排放的混凝土材料,為解決碳中和提供了新的方向;②環(huán)保型建筑裝飾裝修材料?，F(xiàn)代建筑物中使用木材制作房屋內(nèi)的地板、衣柜、櫥柜,天然實(shí)木價(jià)格昂貴,并且如果大量使用會(huì)造成生態(tài)環(huán)境的破壞,當(dāng)前在家裝中主要使用人造板材,其環(huán)保性參差不齊。在統(tǒng)一的室內(nèi)裝修中應(yīng)采用環(huán)保等級(jí)為E1級(jí)別的人造板材。與之類似的包括墻面裝飾使用的乳膠漆、藝術(shù)漆等材料,正規(guī)廠家生產(chǎn)的符合國(guó)家規(guī)范的環(huán)保材料均可滿足綠色施工材料的要求。

5 結(jié)語(yǔ)

綠色施工材料在減少施工耗材、降低建筑能耗、促進(jìn)雨水排放和收集等方面發(fā)揮著重要的作用,再生骨料混凝土可使用礦渣、陶瓷、廢舊混凝土等作為骨料,在循環(huán)使用固體廢物的同時(shí)減少了對(duì)天然石料的使用,綠色高性能混凝土可減少水泥、粗細(xì)集料的用量。透水混凝土、透水磚等可促進(jìn)城市地面排水,有利于雨水收集。因此,綠色施工材料在建筑土木工程中的應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛。