“雙碳”目標(biāo)下的綠色建筑材料運(yùn)用探析

1前言

全球氣候治理背景下，建筑業(yè)作為能源消耗與碳排放重要領(lǐng)域，綠色轉(zhuǎn)型已成為實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的關(guān)鍵突破口。傳統(tǒng)建筑材料生產(chǎn)、運(yùn)輸、施工及使用過(guò)程中存在較高能耗與碳排放，與可持續(xù)發(fā)展理念不符，而綠色建筑理念深入推進(jìn)，相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與政策體系不斷完善，新型環(huán)保建材研發(fā)與應(yīng)用正經(jīng)歷革命性變革，基于建筑材料全生命周期碳足跡評(píng)估方法，對(duì)綠色建材節(jié)能減排創(chuàng)新實(shí)踐進(jìn)行深入探討，分析其工程應(yīng)用前景與發(fā)展方向，為推動(dòng)建筑業(yè)低碳轉(zhuǎn)型提供理論依據(jù)與實(shí)踐指導(dǎo)。

2\"雙碳”目標(biāo)下綠色建筑材料的減碳效應(yīng)分析

2.1建筑材料碳排放現(xiàn)狀與減碳潛力

建筑材料在生產(chǎn)、運(yùn)輸及施工過(guò)程中的碳排放量占建筑業(yè)總排放的 67% 以上，其中水泥與鋼鐵等主要建材的生產(chǎn)排放尤為突出，單位產(chǎn)品碳排放強(qiáng)度遠(yuǎn)超發(fā)達(dá)國(guó)家平均水平I。通過(guò)對(duì)我國(guó)建筑材料全生命周期碳排放數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)分析發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)水泥生產(chǎn)過(guò)程中，熟料煅燒階段的碳排放約占總量的 58% ，而鋼鐵冶煉過(guò)程中，高爐煉鐵階段的碳排放占比高達(dá) 62% ，面對(duì)如此嚴(yán)峻的減排形勢(shì)，綠色建材憑借其低碳環(huán)保的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，在建筑領(lǐng)域的減碳潛力日益凸顯。根據(jù)中國(guó)建筑材料聯(lián)合會(huì)的測(cè)算，隨著綠色建材應(yīng)用比例的持續(xù)提升，預(yù)計(jì)建筑材料碳排放總量可較現(xiàn)有基準(zhǔn)水平顯著下降，這一減排潛力相當(dāng)于我國(guó)建筑業(yè)年度碳排放總量的 12% 左右，對(duì)實(shí)現(xiàn)建筑領(lǐng)域碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)具有重要支撐作用。

2.2綠色建材的節(jié)能減排機(jī)理與評(píng)估方法

綠色建材通過(guò)材料組分優(yōu)化、生產(chǎn)工藝改進(jìn)、廢棄物資源化利用等多重途徑實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。在水泥生產(chǎn)方面，采用新型低溫快燒技術(shù)能有效降低熟料煅燒能耗，同時(shí)利用工業(yè)固廢替代部分熟料，可使單位產(chǎn)品碳排放降低30% 以上。在混凝土制備過(guò)程中，礦物摻合料的合理應(yīng)用不僅能減少水泥用量，還可提升混凝土的耐久性能。綠色建材的減碳效果評(píng)估需要建立在科學(xué)的碳足跡核算基礎(chǔ)之上，目前國(guó)際通用的IS014067標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)內(nèi)碳核算指南，為建材碳排放評(píng)價(jià)提供了規(guī)范依據(jù)，借助生命周期評(píng)價(jià)方法，可對(duì)建材從原料獲取到生產(chǎn)，再到運(yùn)輸與使用，直至報(bào)廢處置全過(guò)程的碳排放進(jìn)行量化分析，通過(guò)建立統(tǒng)一的碳排放因子數(shù)據(jù)庫(kù)與評(píng)價(jià)模型，為綠色建材的減碳效果提供客觀評(píng)價(jià)依據(jù)。

3\"雙碳”導(dǎo)向下綠色建筑材料的工程應(yīng)用研究

3.1主體結(jié)構(gòu)采用低碳材料應(yīng)用技術(shù)

在主體結(jié)構(gòu)方面，低碳材料的創(chuàng)新應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)建筑領(lǐng)域碳減排的關(guān)鍵突破口。以低碳混凝土為例，通過(guò)優(yōu)化膠凝材料組成，采用高貝利特硫鋁酸鹽水泥替代傳統(tǒng)硅酸鹽水泥，并復(fù)配粉煤灰、礦渣等工業(yè)固廢，可使單位體積混凝土的碳排放較基準(zhǔn)水平降低 45% 以上。低碳混凝土的強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律可通過(guò)改進(jìn)的復(fù)合強(qiáng)度預(yù)測(cè)模型進(jìn)行計(jì)算，如下：

式中： f_c(t) 為t齡期混凝土抗壓強(qiáng)度 (MPa)，f_c，28 為28天抗壓強(qiáng)度 (MPa)， ∝ 為膠凝材料活性系數(shù)，取值范圍0.25\\~0.45， β 為礦物摻合料影響系數(shù)，與摻量呈非線性關(guān)系。

該模型結(jié)合材料微觀孔結(jié)構(gòu)演變規(guī)律，可指導(dǎo)低碳混凝土配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)。在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，采用高強(qiáng)鋼筋與預(yù)應(yīng)力技術(shù)相結(jié)合的方式，通過(guò)增大鋼筋強(qiáng)度等級(jí)并優(yōu)化配筋率，可減少鋼材用量 20%～30% ，并降低混凝土用量 15% 以上，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)性能與減碳效果的協(xié)同優(yōu)化。實(shí)踐表明，采用HRB50OE級(jí)高強(qiáng)鋼筋替代HRB400級(jí)鋼筋，同時(shí)結(jié)合預(yù)應(yīng)力技術(shù)在梁板結(jié)構(gòu)中的合理應(yīng)用，不僅顯著提升了構(gòu)件抗裂性能與耐久性，更通過(guò)優(yōu)化結(jié)構(gòu)截面設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了材料用量的精準(zhǔn)控制，帶來(lái)了顯著的經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益。此類技術(shù)在大跨度結(jié)構(gòu)與高層建筑工程中的推廣應(yīng)用，為綠色建材在結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域的創(chuàng)新實(shí)踐提供了有力支撐。

3.2圍護(hù)系統(tǒng)節(jié)能材料應(yīng)用方案

圍護(hù)系統(tǒng)節(jié)能材料的科學(xué)應(yīng)用是降低建筑運(yùn)行能耗的重要手段，新型復(fù)合保溫體系通過(guò)多層材料的協(xié)同作用提升熱工性能，其傳熱系數(shù)計(jì)算模型如下：

式中：K為外墻傳熱系數(shù) [W/(m²?K)]，R_i 與 R_e 分別為內(nèi)外表面換熱阻 [(m²?K)/W] ， d_j 為各材料層厚度 τ(m) ！ λ_j 為各材料層導(dǎo)熱系數(shù)[ W/(m?K)] 0

采用氣凝膠復(fù)合保溫板，其導(dǎo)熱系數(shù)低至0.015W/(m?K) ，較傳統(tǒng)保溫材料降低 60% 以上。在建筑外墻采用真空絕熱板與酚醛泡沫復(fù)合保溫系統(tǒng)，墻體傳熱系數(shù)在 0.15W/(m²?K) 以下，每平方米圍護(hù)結(jié)構(gòu)年節(jié)能量可提升 35% ，同時(shí)，開(kāi)發(fā)的新型防火阻燃體系，使保溫材料燃燒性能達(dá)到A級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，有效解決了節(jié)能與防火的技術(shù)難題。

3.3內(nèi)部裝修環(huán)保材料應(yīng)用策略

室內(nèi)裝修環(huán)保材料的系統(tǒng)集成應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)建筑健康低碳的重要保障。采用改性生物基材料與納米復(fù)合技術(shù)，開(kāi)發(fā)出甲醛釋放量低于 0.08mg/m³ 的無(wú)醛人造板，較傳統(tǒng)板材降低 90% 以上。新型硅藻土基功能涂料通過(guò)多孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，甲醛吸附降解率達(dá) 85% ，并具備優(yōu)異的溫濕度調(diào)節(jié)性能。在地面系統(tǒng)中，采用廢舊木材改性制備的環(huán)保復(fù)合地板，其碳足跡較天然木材降低 60% ，同時(shí)具備優(yōu)異的物理力學(xué)性能。開(kāi)發(fā)的仿生防霉涂層可使材料抗菌率達(dá) 99.9% ，延長(zhǎng)使用壽命 30% 以上。室內(nèi)墻體采用纖維增強(qiáng)的輕質(zhì)石膏板，通過(guò)優(yōu)化纖維形貌與界面結(jié)構(gòu)，板材強(qiáng)度提升 40% ，同時(shí)具備良好的調(diào)濕性能，為室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)提升提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。

3.4特殊功能綠色材料應(yīng)用實(shí)踐

特殊功能綠色材料通過(guò)多功能協(xié)同作用提升建筑節(jié)能減排效果。相變儲(chǔ)能材料的熱調(diào)節(jié)性能可通過(guò)焓值變化進(jìn)行表征，如下：

ΔH=m?(C_s?(T_m-T_i)+L+C_l?(T_f-T_m)]

式中： ΔH 為相變材料的總儲(chǔ)熱量 (kJ)，m 為材料質(zhì)量 (kg)，C_s 與 C_l 分別為固態(tài)與液態(tài)比熱容 [kJ/(kg?K)]，L 為相變潛熱 (kJ/kg) ，典型值范圍 120kJ/kg～250kJ/kg，T_i? T_m.T_f 分別為初始溫度、相變溫度、最終溫度 (K) 。

開(kāi)發(fā)的石蠟基相變微膠囊與建筑材料復(fù)合應(yīng)用，可使建筑室溫波動(dòng)降低 40% ，空調(diào)能耗減少 25% 。在光伏建筑一體化(BIPV)系統(tǒng)中，采用鈣鈦礦/晶硅疊層光伏組件，光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到 28% ，較傳統(tǒng)組件提升30% ，同時(shí)，開(kāi)發(fā)的智能光伏玻璃通過(guò)主動(dòng)調(diào)控透光率，可實(shí)現(xiàn)采光與發(fā)電的動(dòng)態(tài)平衡，進(jìn)一步提升建筑能源自給水平。

4\"雙碳”背景下綠色建筑材料的創(chuàng)新發(fā)展趨勢(shì)

4.1綠色建材選用的量化評(píng)價(jià)體系

綠色建材選用的量化評(píng)價(jià)體系構(gòu)建以材料性能指標(biāo)與環(huán)境影響參數(shù)為基礎(chǔ)，通過(guò)建立多目標(biāo)優(yōu)化模型實(shí)現(xiàn)綜合評(píng)價(jià)。在性能評(píng)價(jià)方面，針對(duì)結(jié)構(gòu)材料重點(diǎn)考察其強(qiáng)度等級(jí)、彈性模量、徐變系數(shù)等力學(xué)指標(biāo)，圍護(hù)材料則著重評(píng)估導(dǎo)熱系數(shù)、蓄熱系數(shù)、透光率等熱工性能參數(shù)，環(huán)境影響評(píng)價(jià)采用生命周期評(píng)價(jià)法，建立碳排放計(jì)量模型 ，其中Mi為各階段材料用量，CFi為相應(yīng)碳排放因子，同時(shí)，引入資源消耗指數(shù)與環(huán)境負(fù)荷指數(shù)，分別表征材料生產(chǎn)對(duì)資源的消耗程度與環(huán)境污染程度。

材料再生性評(píng)價(jià)則采用循環(huán)利用系數(shù) μ=Mr/Mt(μ_Mr 為可再生利用量，Mt為總用量)進(jìn)行量化，通過(guò)構(gòu)建綜合評(píng)價(jià)函數(shù) ，建立基于模糊層次分析的評(píng)價(jià)模型，其中Wi為各指標(biāo)權(quán)重系數(shù)，Pi為歸一化性能指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)綠色建材選用的科學(xué)量化評(píng)價(jià)，為工程應(yīng)用提供決策依據(jù)(圖1)。

4.2工程減排技術(shù)路徑與實(shí)施措施

工程減排技術(shù)路徑系統(tǒng)的推進(jìn)需建立在材料性能與工藝創(chuàng)新的量化評(píng)估基礎(chǔ)之上，通過(guò)對(duì)不同類型建筑材料減排技術(shù)的系統(tǒng)測(cè)試與工程實(shí)踐，形成了完整的性能參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)，為減排技術(shù)路徑的優(yōu)化選擇提供科學(xué)依據(jù)。針對(duì)主要建筑材料的減排技術(shù)應(yīng)用效果，進(jìn)行了系統(tǒng)性的測(cè)試與評(píng)估，具體參數(shù)如表1所示。

數(shù)據(jù)分析表明，新型減排技術(shù)在提升材料性能的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了顯著的節(jié)能減排效果。低碳混凝土技術(shù)通過(guò)優(yōu)化配合比實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)度與減排的協(xié)同提升；保溫材料創(chuàng)新有效解決了傳統(tǒng)材料性能局限；裝配式構(gòu)件的工廠化生產(chǎn)則從源頭降低了施工能耗。這些技術(shù)措施在工程實(shí)踐中展現(xiàn)出良好的經(jīng)濟(jì)性，平均可實(shí)現(xiàn) 25%～50% 的綜合成本節(jié)約，為建筑領(lǐng)域減排技術(shù)的規(guī)?；茝V提供了有力支撐。

4.3產(chǎn)業(yè)化推廣與保障機(jī)制研究

綠色建材產(chǎn)業(yè)化推廣的技術(shù)支撐體系建立在材料性能提升與工藝優(yōu)化的基礎(chǔ)上。通過(guò)改進(jìn)生產(chǎn)工藝，水泥熟料煅燒溫度降低 150^°C ，能耗降低 25% ，在混凝土外加劑研發(fā)中，開(kāi)發(fā)出聚羧酸系高性能減水劑，其減水率達(dá) 28% ，使混凝土28天抗壓強(qiáng)度提高 32% 。在新型墻體材料生產(chǎn)中，采用蒸壓加氣混凝土工藝，產(chǎn)品導(dǎo)熱系數(shù)降至 0.068W/(m^?K) ，抗壓強(qiáng)度可達(dá) 4.0MPa ，同時(shí)，開(kāi)發(fā)智能化生產(chǎn)線，通過(guò)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)調(diào)控生產(chǎn)參數(shù)，使產(chǎn)品性能波動(dòng)系數(shù)控制在 3% 以內(nèi)。在質(zhì)量控制方面，建立基于光譜分析的材料成分快速檢測(cè)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)原材料品質(zhì)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，采用X射線衍射與電子顯微分析等手段，對(duì)材料微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，為性能優(yōu)化提供依據(jù)。建立材料性能數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)大數(shù)據(jù)分析優(yōu)化配方設(shè)計(jì)，提高產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性。

5結(jié)論

本文系統(tǒng)分析了綠色建筑材料在碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)背景下的創(chuàng)新發(fā)展與實(shí)踐應(yīng)用，揭示其推動(dòng)建筑業(yè)低碳轉(zhuǎn)型過(guò)程中的重要價(jià)值與發(fā)展?jié)摿Α＞G色建材廣泛應(yīng)用能夠降低建筑全生命周期碳排放，帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級(jí)與經(jīng)濟(jì)效益提升。當(dāng)前，綠色建材推廣應(yīng)用面臨成本較高、標(biāo)準(zhǔn)體系不完善、市場(chǎng)接受度有限等挑戰(zhàn)。未來(lái)，通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新、政策引導(dǎo)、市場(chǎng)機(jī)制優(yōu)化等多維度措施，持續(xù)推進(jìn)綠色建材研發(fā)與應(yīng)用，為實(shí)現(xiàn)建筑業(yè)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)貢獻(xiàn)力量。同時(shí)，加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新，完善標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，建立健全評(píng)價(jià)體系，為建筑行業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供有力保障。

參考文獻(xiàn)

[1]劉喜強(qiáng).雙碳目標(biāo)下綠色建筑材料的應(yīng)用研究[J].江蘇建材，2025(1):21-23.

[2]陸恩旋.“雙碳”目標(biāo)下綠色建筑發(fā)展的影響因素分析及對(duì)策和建議[J].四川水泥，2025(1):100-102.

[3]郭銀蘋，王會(huì)粉，謝琳娜，等.“雙碳”目標(biāo)下北京市綠色建筑全過(guò)程管理制度研究[J].節(jié)能與環(huán)保，2024(12)：2-8.

[4]蔣鵬.“雙碳”目標(biāo)下綠色建筑建造智慧管理模式研究[J].綠色建造與智能建筑，2024(12):8-10.

[5]徐瑛.“雙碳”目標(biāo)下綠色建筑設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究[J].智能建筑與智慧城市，2024(11):101-103.