綠色建材的研究與發(fā)展綜述分析論文
建筑材料無(wú)處不在、無(wú)處不有，是建筑行業(yè)的根基。在建筑行業(yè)飛速發(fā)展的當今中國，建筑材料在國民經(jīng)濟中占有舉足輕重的地位，而建筑材料是否經(jīng)濟、環(huán)保也直接決定了國家建筑行業(yè)的能源消耗。有資料顯示，一項建筑工程施工階段的能耗約占15%，其中建筑材料的生產(chǎn)能耗占到75%左右，在總能耗中占比最大。生產(chǎn)It硅酸鹽水泥需耗石灰石1. 3t、粘土0. 2t，還有各種校正材料，資源消耗與浪費對環(huán)境有重大影響;在能源方面需要使用170kg標準煤與120kWh電能，其碳排放量達到0. 936 %。由此可見(jiàn)，在可持續發(fā)展的要求下，應用綠色建筑技術(shù)、采用綠色建筑材料是降低中國建筑業(yè)能耗與碳排放的必要方法。自2000年以來(lái)，我國對綠色建筑行業(yè)的關(guān)注不斷提高，也開(kāi)發(fā)了許多高效節能的綠色建筑材料與技術(shù)，全國各地也開(kāi)始出現了綠色樣板建筑供人居住，這些都對促進(jìn)綠色建筑業(yè)發(fā)展起到了積極作用。
1綠色建材的基本概念與評價(jià)方法
1. 1綠色建材的基本概念
綠色建材也可稱(chēng)為環(huán)保建材或生態(tài)建材，其主要功能在于保護人體健康與環(huán)境資源。相比于普通建筑材料，綠色建材對原材料利用、生產(chǎn)過(guò)程、施工過(guò)程、使用過(guò)程、廢棄物處理五個(gè)過(guò)程進(jìn)行評價(jià)，以確保滿(mǎn)足功能要求。
(1)建筑材料生產(chǎn)過(guò)程能耗較低，不產(chǎn)生新的污染源;
(2)盡量使用廢棄物回收利用加工而成的再生資源，少使用天然資源;
(3)使用高效率能源與性能優(yōu)異的材料以降低能耗;
(4)材料多功能化，如除菌、除臭、隔音、阻熱等，確保產(chǎn)品有益于人體健康，改進(jìn)生活環(huán)境。
1. 2綠色建材的評價(jià)指標與標準
綠色建材的評價(jià)系統分為綠色建材產(chǎn)品評價(jià)系統和建筑物建成后綠色建材評價(jià)的綜合評價(jià)系統。其測試指標一般分為兩類(lèi):第一類(lèi)為單項理化指標，例如放射性強度、甲醛含量等;第二類(lèi)為復合測試指標，包括揮發(fā)物總含量、人類(lèi)感覺(jué)試驗、耐燃等級以及氧指數等。綠色建材的評價(jià)指標也可以分為兩類(lèi):第一類(lèi)為衛生類(lèi)評價(jià)指標，必須所有指標均符合要求才可以作為綠色建材;第二類(lèi)為復合類(lèi)評價(jià)，包括耐燃等級等，其中若有指標優(yōu)秀，材料就可作為綠色建材。國際上采用較廣泛的評價(jià)標準是IS014000標準中全生命周期理論，這項理論通過(guò)研究能量與資源利用及由此造成的廢棄物排放情況對產(chǎn)品進(jìn)行合理的評價(jià)。
2綠色建材分類(lèi)概述
2. 1綠色混凝土
綠色高性能混凝土的(GHPC)這一概念于1997年的“高強與高性能混凝土”會(huì )議上被首次提出，并被公認為混凝土這一建筑材料未來(lái)的發(fā)展道路，也是混凝土能長(cháng)期作為主要建材被使用的基本前提。相比傳統混凝土的，GHPC可以實(shí)現非再生性資源的可循環(huán)使用和有害物質(zhì)的最低排放，既減少了對地球的負擔，又能與生態(tài)系統協(xié)調共生。其主要特點(diǎn)有:
(1)節約資源、能源;
(2)不破壞環(huán)境，更有利于環(huán)境;
(3)可持續發(fā)展，保證人類(lèi)后代能健康、幸福地生存下去]。
GHPC具有減輕環(huán)境負荷、環(huán)境友好的特性，作為高性能混凝土，還擁有很好的強度、工性、耐久性。
有資料顯示，我國粉煤灰年產(chǎn)量己經(jīng)達到1. 5億t，對環(huán)境產(chǎn)生了巨大的負荷，但通過(guò)一定的技術(shù)措施，可以將這種工業(yè)廢渣大量摻入，取代水泥熟料，同時(shí)不會(huì )降低混凝土的性能。城市的'生活垃圾也可以作為混凝土生產(chǎn)的原料，通過(guò)添加催化劑，垃圾加速降解形成干物質(zhì)，干物質(zhì)中己經(jīng)包含了塑料等固體，形成了具有一定強度的建筑材料，經(jīng)消毒后對人體沒(méi)有毒害作用。再生骨料混凝土是利用舊建筑物解體后形成的垃圾，破碎后制得粗骨料與細骨料，代替部分砂石骨料而制得混凝土。這是一種節約資源的常用措施，如全長(cháng)133. 5km的合寧高速公路，每年路面的維修工程量9-10萬(wàn)m2，產(chǎn)生舊混凝土3-4萬(wàn)m3，路面維修中利用廢棄混凝土再生骨料代替天然骨料配制再生混凝土用于道路，利用率達到80%，節約骨料的運輸費用117-130萬(wàn)元，節省廢混凝土占用土地費用67 - 75萬(wàn)元。傳統的水泥生產(chǎn)過(guò)程可以概括為兩磨一燒，其中生料鍛燒的過(guò)程要消耗大量熱能。新型的堿礦渣水泥利用堿金屬化合物與工業(yè)礦渣化學(xué)反應產(chǎn)生而膠結的性質(zhì)，取代了膠凝材料，從而取消了燒制過(guò)程。
2. 2綠色墻體材料
我國城市己經(jīng)禁止了粘土磚的使用，用以保護耕地。作為替代，我國大力發(fā)展煤矸石磚、粉煤灰磚等磚制品，同時(shí)發(fā)展了混凝土砌塊、陶粒粉煤灰空心砌塊等砌塊材料，這些新型墻材給環(huán)境造成的負擔都較小。
綠色墻體材料的生產(chǎn)原料及途徑主要有以下三個(gè)方面:
第一，我國是世界上最大的粉煤灰生產(chǎn)國之一，但目前利用率只有40 %，這些廢渣均可用以生產(chǎn)墻體材料。據估算，若用工業(yè)廢渣代替粘土制造相當于1000億塊實(shí)心豁土磚的新型墻體材料，可消耗工業(yè)廢渣7000萬(wàn)t，節約耕地2000 hm2，節約生產(chǎn)能耗100萬(wàn)t標煤。例如，四川省開(kāi)發(fā)成功的頁(yè)巖多孔磚不含豁土，己在成都市“錦城苑”小康住宅示范工程大量使用，與實(shí)心翻土磚相比，可節約生產(chǎn)與建筑使用能耗20 %.
第二，我國建筑垃圾年排放量接近10億t，位居世界首位，但回收利用率不足10%。這些建筑垃圾大多可以用來(lái)制作磚、砌塊、混凝土及其他建筑材料，我國也已成功開(kāi)發(fā)了一些產(chǎn)品，如利用廢磚和廢混凝土塊制成混凝土砌塊磚、花格磚等輕質(zhì)砌塊。
第三，利用農業(yè)廢棄物生產(chǎn)墻體材料是發(fā)展綠色墻體材料的重要方向之一，并且這類(lèi)墻體材料在質(zhì)量較輕的前提下同樣能保證強度。首先，可以采用稻殼作為墻體材料。這是由于稻殼內含有20 %的無(wú)定形硅石，能夠提高防水與耐久性。具體成果有稻殼磚、輕質(zhì)水泥稻草板、絕熱耐火磚等。其次，稻草與秸稈加熱擠壓成型再粘貼棉紙形成的紙面草板也有保溫、耐燃的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)節約了30%的造價(jià)與80%的能耗。
2. 3綠色涂料
綠色涂料的主要特征是對生態(tài)環(huán)境不造成危害，同時(shí)不會(huì )對人類(lèi)健康造成負面影響。這種涂料不含有機溶劑與重金屬鹽，也不產(chǎn)生有機揮發(fā)物。為減少VOC排放量，綠色涂料的發(fā)展方向主要有涂料水性化、粉末化、高固體分化等。
(1)涂料水性化。水性涂料根據樹(shù)脂的類(lèi)型可分為稀釋型、膠體分散型、水分散型或乳膠型三種，主要品種有醋酸乙烯酷漆、水性環(huán)氧自干漆、水性醇酸氨基烘干漆和含氟丙烯酸酷等系列高級涂料。水性涂料用水取代了有機溶劑，降低成本的同時(shí)不產(chǎn)生環(huán)境污染，更消除了火災的隱患。歐洲發(fā)達國家對水性涂料應用廣泛，如在德國水性涂料的應用己經(jīng)達到90%以上，在世界范圍內水性涂料也有樂(lè )觀(guān)的發(fā)展前景。
(2)涂料粉末化。粉末涂料是一種含100%固體分、以帶電粉末粒子進(jìn)行涂裝、經(jīng)加熱熔融-流平-焦化-固化而成的新型涂料，整個(gè)涂漆干燥過(guò)程中均無(wú)有機溶劑參與，對環(huán)境保護十分有利，火災的危險性也很小。
(3)高固體分化涂料。一般固體分在65 %-85%的涂料均可稱(chēng)為高固體分涂料，主要用于汽車(chē)行業(yè)，目前其主要品種為氨基丙烯酸氨基聚酷及自干型醇酸漆。這類(lèi)涂料主要是通過(guò)合成低聚物大幅度地降低成膜物的相對分子質(zhì)量，降低樹(shù)脂豁度，而每個(gè)低分子本身尚須含有均勻的官能團，使其在漆膜形成過(guò)程中靠交聯(lián)作用獲得優(yōu)良的涂層，從而達到和傳統的涂層相同的性能。
2. 4相變儲能建筑材料
相變儲能材料在發(fā)生相變的過(guò)程中會(huì )隨著(zhù)環(huán)境溫度的變化吸收或放出熱能，從而達到控制環(huán)境溫度變化的效果。利用這種材料構筑建筑圍護結構，能使建筑供暖或空調能耗降低、減小空氣處理設備容量，同時(shí)可使空調或供暖系統利用夜間廉價(jià)電運行，降低其運行費用。
相變儲能材料的研究方向主要在于相變材料與基材料的復合，目前相變材料植入建筑材料中的方
一是將相變材料直接摻入建筑材料制得相變儲能材料。這種方法成本低廉，但容易發(fā)生化學(xué)反應從而影響材料性能。
二是將建筑材料直接浸泡在相變材料中制得。這種方法同樣工藝簡(jiǎn)單，例如Chahroudi曾用此法制備了相變儲能混凝土。
三是膠囊包裹方式制得，可分為微膠囊包裹和大體積包裹。其中微膠囊包裹指微小的球形或棒狀相變材料顆粒被高分子材料薄膜包裹，如此形成的復合結構可以被摻入到其他的基體材料中去。大體積包裹指的是將相變材料顆粒封裝在管子、袋子、面板或其他容器中，直接植入建筑材料或者其他建筑制品中。這類(lèi)方法制備工藝相對比較復雜，成本過(guò)高。
3結語(yǔ)
國內目前對于綠色建材的研究還處于初步階段，但可以預見(jiàn)綠色建材及綠色建筑技術(shù)將成為未來(lái)建筑行業(yè)的主要研究方向之一。今后我國綠色建材發(fā)展的主要前提首先是要提高政府、設計人員的環(huán)保意識，其次要健全評價(jià)體系，只有這樣才能開(kāi)發(fā)出更多生態(tài)友好、有益人體健康的新型建筑材料。
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