綠色建筑材料在裝配式結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用探究

【摘要】文中探討了綠色建筑材料在裝配式結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用，通過采用生物質(zhì)建筑材料、低碳混凝土等方法，研究了這些材料在節(jié)能減排、提升建筑性能、改善居住環(huán)境及降低成本等方面的貢獻(xiàn)。研究表明，綠色建材與裝配式結(jié)構(gòu)的結(jié)合不僅促進(jìn)了建筑業(yè)可持續(xù)發(fā)展，還可以顯著提升建筑的綜合效益，為綠色建筑的發(fā)展提供有力支持。

【關(guān)鍵詞】綠色建筑材料；裝配式結(jié)構(gòu)；節(jié)能減排

【中圖分類號(hào)】TU741 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-6028（2024）08-0040-03

0 引言

隨著全球?qū)Νh(huán)境保護(hù)意識(shí)的提升和資源節(jié)約型社會(huì)建設(shè)的需求，綠色建筑材料因其環(huán)保、節(jié)能、可持續(xù)的特點(diǎn)，在裝配式結(jié)構(gòu)中得到了廣泛的應(yīng)用。裝配式建筑以其快速施工、減少現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)污染、提高建筑質(zhì)量和效率等優(yōu)勢(shì)，成為建筑業(yè)發(fā)展的新趨勢(shì)。文中深入探討綠色建筑材料在裝配式結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用價(jià)值及具體實(shí)踐，為推動(dòng)綠色建筑和裝配式建筑的融合發(fā)展提供理論依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo)[1]。

1 綠色建筑材料在裝配式結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用價(jià)值

1.1 能源消耗與碳排放顯著降低

綠色建筑材料在裝配式結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用，對(duì)于節(jié)能減排的貢獻(xiàn)顯著。具體而言，低碳混凝土的使用極大減少了生產(chǎn)過程中的碳排放。據(jù)估算，通過替代傳統(tǒng)混凝土中20%的水泥以粉煤灰和礦渣等工業(yè)廢料，生產(chǎn)過程中的碳排放量可降低約15%，這對(duì)于大規(guī)模的建筑項(xiàng)目而言，意味著成千上萬噸的二氧化碳減排。同時(shí)，生物質(zhì)建筑材料如竹材和麻芯板，以其卓越的隔熱性能，在建筑運(yùn)營階段平均可減少約30%的能源消耗。例如，使用竹材作為外墻材料，相比傳統(tǒng)磚石結(jié)構(gòu)，每年可節(jié)省約25%的供暖與制冷能耗，這不僅大幅降低了對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的依賴，還使建筑在全生命周期內(nèi)的碳足跡減少了近20%。這些具體數(shù)據(jù)充分展示了綠色建筑材料在降低能源消耗與碳排放方面的實(shí)效[2]。

1.2 構(gòu)建健康宜居建筑環(huán)境

綠色建筑材料的選用對(duì)于提升室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量至關(guān)重要。植物基隔音材料和低揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）涂料的使用，不僅減少了有害氣體的釋放，還有效提升了室內(nèi)空氣品質(zhì)，為居住者提供了更為健康的居住環(huán)境。此外，綠色建材的熱穩(wěn)定性和濕度調(diào)節(jié)功能，能夠自動(dòng)調(diào)整室內(nèi)溫度和濕度水平，創(chuàng)造出既節(jié)能又舒適的居住條件。這些特點(diǎn)尤其在裝配式結(jié)構(gòu)中得以充分發(fā)揮，因?yàn)榇祟惤ㄖǔ２捎梅忾]式施工，以確保綠色材料性能的最大化利用[3]。

1.3 提升裝配式結(jié)構(gòu)安全與耐久性

纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（FRP）和木質(zhì)復(fù)合材料等綠色建筑材料的特性，使裝配式結(jié)構(gòu)在安全性和耐久性方面有了顯著提升。FRP材料的高強(qiáng)輕質(zhì)特性，使其成為預(yù)制梁、柱的理想選擇，不僅減輕了結(jié)構(gòu)自重，還增強(qiáng)了整體穩(wěn)定性。木質(zhì)復(fù)合材料的使用，則為建筑帶來了美觀與實(shí)用性的雙重優(yōu)勢(shì)。這些材料的靈活性和可塑性，允許設(shè)計(jì)師在確保結(jié)構(gòu)安全的前提下，實(shí)現(xiàn)更多元化的建筑設(shè)計(jì)，滿足了現(xiàn)代建筑對(duì)于美學(xué)和功能性的雙重追求。

1.4 長期經(jīng)濟(jì)效益的顯著提升

盡管綠色建筑材料的初始投入可能高于傳統(tǒng)材料，但從長遠(yuǎn)來看，其帶來的經(jīng)濟(jì)效益不容忽視。高性能保溫材料的使用，如礦物棉和聚氨酯泡沫，能夠顯著降低建筑物的熱損失，減少供暖和制冷設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間，進(jìn)而降低運(yùn)營成本。此外，綠色材料的耐用性和低維護(hù)需求，也減少了建筑全生命周期內(nèi)的維修費(fèi)用。因此，盡管初期投資較高，但在建筑的整個(gè)使用周期中，綠色建筑材料能夠帶來顯著的成本節(jié)約，體現(xiàn)出其經(jīng)濟(jì)上的可持續(xù)性。

2 綠色建筑材料在裝配式結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

2.1 生物質(zhì)建筑材料

1）竹材。在裝配式建筑領(lǐng)域，竹材以其獨(dú)特的速生特性和卓越的材料性能，成為生物質(zhì)建筑材料中的佼佼者。作為一種快速再生的自然資源，竹材的生長周期極短，僅需數(shù)年即可達(dá)到成熟狀態(tài)，顯著區(qū)別于傳統(tǒng)林木的長周期生長需求。這種快速成熟的能力不僅減輕了對(duì)自然森林資源的壓力，還使得竹材成為一種可持續(xù)的建筑材料選擇。在力學(xué)性能上，竹材展現(xiàn)了令人矚目的表現(xiàn)，其高強(qiáng)度、高韌性以及良好的抗彎折能力，使其在建筑預(yù)制構(gòu)件如梁、柱、墻板等方面的應(yīng)用具備顯著優(yōu)勢(shì)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，經(jīng)過適當(dāng)處理的竹材，其抗彎強(qiáng)度可媲美甚至超越某些鋼材規(guī)格，同時(shí)保持較低的重量，這對(duì)于減輕建筑自重、提高抗震性能具有積極作用。在裝配式建筑的實(shí)際應(yīng)用中，竹材的隔熱性能同樣不容忽視。竹材的自然孔隙結(jié)構(gòu)和低導(dǎo)熱系數(shù)，使得其在建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中能夠有效阻隔外部熱量的傳遞，從而降低建筑能耗。研究表明，與常規(guī)建筑材料相比，采用竹材作為外墻或屋頂材料的裝配式建筑，在夏季可降低室內(nèi)溫度約3～5 ℃ ，可顯著減少空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間和能耗。此外，竹材還具備良好的吸濕性和透氣性，有助于調(diào)節(jié)室內(nèi)濕度，創(chuàng)造更加舒適的居住環(huán)境。

2）麻芯生態(tài)板。麻芯生態(tài)板，作為一種創(chuàng)新的生物質(zhì)建筑材料，將亞麻纖維與環(huán)保樹脂巧妙結(jié)合，形成了既環(huán)保又具備優(yōu)異性能的建筑板材。其獨(dú)特的纖維結(jié)構(gòu)賦予了麻芯生態(tài)板出色的隔熱性能和良好的吸音效果。試驗(yàn)證明，麻芯生態(tài)板的熱阻值較傳統(tǒng)保溫材料高出約20%，能夠顯著降低建筑能耗。同時(shí)，其纖維孔隙對(duì)聲音的吸收和反射作用，使得麻芯生態(tài)板成為提高室內(nèi)聲學(xué)環(huán)境的有效手段。在裝配式結(jié)構(gòu)中，麻芯生態(tài)板常被用作內(nèi)外墻夾心層或吊頂材料，通過其高效的隔熱和隔音性能，為建筑提供了一道綠色屏障。此外，麻芯生態(tài)板的生產(chǎn)過程遵循環(huán)保原則，減少了化學(xué)添加劑的使用，降低了對(duì)環(huán)境的污染。其可回收性和生物降解性也符合綠色建筑的全生命周期管理理念。

3）稻殼基復(fù)合材料。稻殼基復(fù)合材料是將農(nóng)業(yè)廢棄物稻殼經(jīng)過特殊處理后，與黏結(jié)劑、增強(qiáng)纖維等材料復(fù)合而成的一種新型建筑材料。稻殼作為一種豐富的農(nóng)業(yè)資源，其高硅質(zhì)含量和獨(dú)特的微觀結(jié)構(gòu)為復(fù)合材料的性能提升提供了可能。通過先進(jìn)的加工技術(shù)，稻殼被轉(zhuǎn)化為具有優(yōu)異力學(xué)性能和隔熱性能的建筑材料。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，稻殼基復(fù)合材料的抗壓強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度均達(dá)到或超過同類傳統(tǒng)建材的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)其導(dǎo)熱系數(shù)較低，有助于維持室內(nèi)溫度穩(wěn)定。在裝配式建筑中，稻殼基復(fù)合材料可廣泛應(yīng)用于墻體、樓板等承重與非承重構(gòu)件的制造。其輕質(zhì)高強(qiáng)的特性減輕了建筑自重，提高了施工效率。同時(shí)，稻殼基復(fù)合材料的環(huán)保特性和成本效益也符合綠色建筑和可持續(xù)發(fā)展的要求。通過將農(nóng)業(yè)廢棄物轉(zhuǎn)化為高值化建筑材料，稻殼基復(fù)合材料實(shí)現(xiàn)了資源循環(huán)利用和經(jīng)濟(jì)效益的雙贏。

4）竹纖維增強(qiáng)塑料。竹纖維增強(qiáng)塑料是一種將竹材纖維與熱塑性樹脂通過特殊工藝復(fù)合而成的高性能材料。竹纖維的高強(qiáng)度、高模量特性與樹脂的良好加工性能相結(jié)合，賦予了該材料卓越的力學(xué)性能和成型能力。在裝配式建筑領(lǐng)域，竹纖維增強(qiáng)塑料可用于制造各種預(yù)制構(gòu)件如門窗框、裝飾線條等。其輕質(zhì)高強(qiáng)、耐腐蝕、耐磨損的特點(diǎn)使得構(gòu)件在使用過程中表現(xiàn)出色，延長了使用壽命并降低了維護(hù)成本。此外，竹纖維增強(qiáng)塑料的生產(chǎn)過程遵循環(huán)保原則，減少了有害物質(zhì)的排放和資源的浪費(fèi)。通過回收再利用廢棄竹材和塑料廢棄物，竹纖維增強(qiáng)塑料實(shí)現(xiàn)了資源的循環(huán)利用和可持續(xù)發(fā)展。這種自然纖維與現(xiàn)代科技的融合創(chuàng)新不僅推動(dòng)了建筑材料的綠色轉(zhuǎn)型，也為裝配式建筑的發(fā)展注入了新的活力。

5）生物質(zhì)基聚氨酯泡沫。生物質(zhì)基聚氨酯泡沫是一種采用可再生生物質(zhì)原料（如植物油、淀粉等）替代部分石油基原料制得的環(huán)保型保溫隔熱材料。該材料在保持聚氨酯泡沫優(yōu)異保溫性能的同時(shí)，降低了對(duì)化石資源的依賴和環(huán)境污染。在裝配式建筑中，生物質(zhì)基聚氨酯泡沫被廣泛應(yīng)用于墻體、屋頂?shù)炔课坏谋馗魺釋?。其閉孔結(jié)構(gòu)有效阻止了空氣對(duì)流和熱傳導(dǎo)，提高了建筑的能效水平。與傳統(tǒng)保溫材料相比，生物質(zhì)基聚氨酯泡沫的導(dǎo)熱系數(shù)更低，保溫效果更佳。同時(shí)，該材料還具備良好的防水性能和抗老化性能，能夠在惡劣環(huán)境下長期使用而不失效。此外，生物質(zhì)基聚氨酯泡沫的生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)了低碳排放和資源節(jié)約的目標(biāo)，符合綠色建筑和可持續(xù)發(fā)展的要求。

6）微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉積材料。微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉積（MICP）材料是一種利用微生物代謝活動(dòng)促進(jìn)碳酸鈣礦化沉積而制得的新型生物質(zhì)建筑材料。材料在裝配式建筑中的應(yīng)用展現(xiàn)了自然界的自我修復(fù)與構(gòu)建能力。通過特定的微生物菌株和營養(yǎng)液的注入，可以在建筑材料表面形成一層致密的碳酸鈣保護(hù)層，從而提高材料的強(qiáng)度和耐久性。MICP材料在裝配式建筑中的潛在應(yīng)用包括墻體加固、裂縫修復(fù)等方面。其獨(dú)特的自我修復(fù)機(jī)制能夠在材料受損時(shí)自動(dòng)觸發(fā)修復(fù)過程，減少維護(hù)成本和延長使用壽命。此外，MICP材料的生產(chǎn)過程無需高溫高壓條件且對(duì)環(huán)境友好，符合綠色建筑的理念。通過深入研究MICP材料的制備工藝和性能優(yōu)化方法，有望為裝配式建筑提供更加環(huán)保、高效和可持續(xù)的建筑材料解決方案。

2.2 低碳混凝土

2.2.1 工業(yè)廢渣資源化

低碳混凝土作為綠色建材的重要組成部分，其核心策略之一在于對(duì)工業(yè)廢渣的有效資源化利用。在傳統(tǒng)混凝土生產(chǎn)中，水泥作為主要膠凝材料，其制造過程伴隨著大量的能源消耗和二氧化碳排放。而低碳混凝土通過引入粉煤灰、礦渣等工業(yè)廢渣作為部分或全部替代水泥的摻合料，不僅顯著降低了生產(chǎn)過程中的碳排放，還可實(shí)現(xiàn)工業(yè)廢棄物的再利用。據(jù)研究表明，每替代1噸水泥使用粉煤灰，可減少約0.8噸的二氧化碳排放。此外，礦渣等廢渣的摻入還能改善混凝土的微觀結(jié)構(gòu)，提高混凝土的密實(shí)度和耐久性。例如，當(dāng)粉煤灰摻量達(dá)到20%時(shí)，混凝土的抗?jié)B性可提高30%以上，同時(shí)降低約15%的水化熱，有助于減少混凝土的開裂風(fēng)險(xiǎn)。

2.2.2 優(yōu)化配比設(shè)計(jì)

低碳混凝土的另一個(gè)關(guān)鍵在于配比的優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過精細(xì)調(diào)整水灰比、骨料級(jí)配以及外加劑的種類與用量，可以在保證混凝土工作性和強(qiáng)度的同時(shí)，進(jìn)一步降低水泥用量，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)?，F(xiàn)代混凝土技術(shù)采用先進(jìn)的配合比設(shè)計(jì)軟件，結(jié)合大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)，能夠精確計(jì)算出各組分的最佳比例。例如，采用高效減水劑可以在保持混凝土流動(dòng)性的前提下，減少拌和用水量，從而降低水灰比，提高混凝土的強(qiáng)度和耐久性。同時(shí)，合理的骨料級(jí)配設(shè)計(jì)能夠減少混凝土內(nèi)部的孔隙率，提高密實(shí)度，進(jìn)一步降低滲透性和收縮變形。

2.2.3 納米技術(shù)融合

隨著納米技術(shù)的快速發(fā)展，其在低碳混凝土中的應(yīng)用也日益受到關(guān)注。通過在混凝土中引入納米材料如納米二氧化硅、納米碳酸鈣等，可以顯著改善混凝土的微觀結(jié)構(gòu)，提高其力學(xué)性能和耐久性。納米材料具有極高的比表面積和活性，能夠在水泥水化過程中發(fā)揮晶核作用，促進(jìn)水泥顆粒的水化反應(yīng)，形成更加致密和均勻的水化產(chǎn)物。試驗(yàn)證明，適量添加納米二氧化硅可使混凝土的抗壓強(qiáng)度提高約15%，抗?jié)B性增強(qiáng)20%以上。此外，納米材料的加入還能有效抑制混凝土的堿骨料反應(yīng)和鋼筋銹蝕等問題，延長建筑結(jié)構(gòu)的使用壽命。

2.2.4 環(huán)境友好型外加劑的應(yīng)用

環(huán)境友好型外加劑在低碳混凝土中的應(yīng)用是提升其綜合性能的重要綠色策略之一。這些外加劑包括但不限于緩凝劑、引氣劑、早強(qiáng)劑等，它們通過調(diào)節(jié)混凝土的工作性、凝結(jié)時(shí)間、強(qiáng)度發(fā)展等性能，使混凝土更加適應(yīng)不同工程需求和環(huán)境條件。例如，引氣劑能夠在混凝土拌合物中引入大量微小氣泡，這些氣泡能夠阻斷毛細(xì)管通道，提高混凝土的抗凍融循環(huán)能力和耐久性。同時(shí)，緩凝劑可以延長混凝土的初凝和終凝時(shí)間，為施工提供更大的時(shí)間窗口，減少因施工速度不匹配導(dǎo)致的質(zhì)量問題。環(huán)境友好型外加劑的使用不僅提升了低碳混凝土的性能指標(biāo)，還減少了傳統(tǒng)外加劑可能帶來的環(huán)境污染問題，符合綠色建筑和可持續(xù)發(fā)展的理念[4]。

3 結(jié)語

綠色建筑材料與裝配式結(jié)構(gòu)的結(jié)合是建筑業(yè)向綠色、可持續(xù)發(fā)展方向邁出的重要一步。通過采用生物質(zhì)建筑材料、低碳混凝土、固體廢物再利用材料、木質(zhì)復(fù)合材料和纖維增強(qiáng)復(fù)合材料等，不僅可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排和環(huán)境保護(hù)的目標(biāo)，還能提升建筑性能和居住品質(zhì)，降低建造和運(yùn)營成本[5]。

參考文獻(xiàn)

[1] 藺文璽.綠色建筑材料在裝配式結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用探究[J].居舍，2024（12）：74-76.

[2] 王子佳，韓玲.綠色建筑材料在裝配式結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用及展望[J].綠色建筑，2023（6）：101-103.

[3] 郝博.綠色建筑設(shè)計(jì)在裝配式住宅建筑設(shè)計(jì)中的實(shí)踐探究[J].科技與創(chuàng)新，2024（12）：191-193.

[4] 虞國玉.綠色建筑背景下裝配式建筑技術(shù)的應(yīng)用策略[J].中國建筑裝飾裝修，2024（11）：95-97.

[5] 高懿鳳，丁欣欣.淺析綠色建筑材料在裝配式建筑中的應(yīng)用[J].價(jià)值工程，2020，39（1）：203-204.

[作者簡(jiǎn)介]林發(fā)言（1984—），男，福建德化人，本科，經(jīng)濟(jì)師，研究方向：建筑與房地產(chǎn)經(jīng)濟(jì)。