土木工程材料向生態建材的發展趨勢漫談

孟帥　劉欣

摘 要：在大力提倡建設節約型社會、注重環保的今天，土木工程所用的材料也要向著綠色化、生態化的方向發展，而從某種程度上講，發展生態建材是實現社會可持續發展的重要策略，發展生態建材可真正實現發展與環境的統一、現代與長遠的結合。

關鍵詞：土木工程材料；生態建材；發展

1 土木工程材料的發展

人類最原始的土木工程是從挖土鑿洞開始，全部利用天然材料進行建造；隨著人類文明的進步與發展，開始用黏土燒制磚瓦、用巖石燒制石灰，標志著土木工程材料進入了人工生產階段；發展至資本主義社會，工商業及交通運輸業的發展促使土木工程進入一個全新的階段，鋼筋、水泥、混凝土及其它材料的出現標志著土木工程材料發展至現代化水平。然而隨著物質文明的不斷發展，人類對自然環境的破壞越來越嚴重，土地資源遞減，僅我國每年由于生產建材而消耗的各種礦物資源就高達50億噸，在大量采集砂石的過程中破壞了河床、植被及土壤，造成水土流失；而生產過程中產生的廢棄物及粉塵土，又進一步污染了大氣及水體。而在建設過程中，建筑垃圾日益增長，其中只有少量金屬及玻璃可被回收，余者大部分淪為城市垃圾。正是越來越嚴峻的環境問題與越來越突出的資源與能源問題，催生了生態建材理念的出現?，F代材料科學與工程學的發展，大大改善了土木工程材料的性能與質量，而在原材料方面則向著更加節約、減少能源消耗、減少環境污染等方向發展。

2 生態建材的特點及分類

2.1 生態建材的概念及特點

所謂生態建材是指無毒害、無污染、無放射性、對人體健康及環境保護十分有利的建筑材料，其在生產過程中采用清潔的生產技術，應用天然資源及能源量更少，而使用工業及城市固態廢棄物更多。所以生態建材具備以下特點：生產過程中投入最低的能源及資源消耗，對環境的破壞最小，而生產出的材料性能更高；可以最大程度上降低建筑能耗，包括生產及使用全過程，比如一些新型墻體材料具備輕質、高強、保溫、隔熱等功能。材料性能更加優異，使用效率更高，比如輕質高強混凝土可有效降低材料消耗?？蓪邮疑鷳B環境進行改善，或者具備相應的保健功能，比如多功能玻璃、涂料具有抗菌、除臭、屏蔽有害射線等功能?？纱罅繎玫焦I廢棄物，比如水泥材料可凈化污水、固化有毒有害工業廢渣等。

但并非所有具備上述特點的建筑材料均可稱為生態材料，其必須具備以下幾項基本要素：首先，采用廢棄材料為生產原材料，使用一次性資源最少，原材料的采集不會破壞環境；其次，生產過程中產生的廢棄物與相關環境保護要求相符；再次，使用過程中不存在有害氣體或有害放射性物質，保證材料的健康、衛生、安全；最后，材料的整個生命周期均不會導致環境的二次污染，包括廢棄處理。

2.2 生態建材的分類

首先，再生型生態建材，即建筑材料可循環利用，制造過程中應用大量無毒廢料，不僅回收了固定廢棄物，而且可節約原生性物質資源，并且節約堆場面積。

其次，功能型生態建材。功能型建材包括環保型建材、節能型建材、自調節型建材、等。其中環保型建材要保證使用過程中的無害性，再進一步具備凈化環境的功能，比如凈化空氣的材料、抗菌材料、防輻射材料等。節能型建材主要指保溫隔熱型建材，比如保溫砂漿、聚氨酯泡沫塑料、聚苯乙烯泡沫板、膨脹珍珠巖等；門窗節能材料主要為玻璃和鋁塑材料，比如中空玻璃、真空玻璃等。自調節型建材主要是指利用材料自身的性能對室內環境進行調節，其主要應用相變材料在相變點附近低于相變點吸熱、高于相變點放熱的特性，具備儲存能量的功能，以調節室內溫度；調濕材料則采用木纖維、天然吸濕性材料、多孔礦物材料等。

最后，經濟型生態建材，包括輕質材料及高性能材料。現在輕型房屋體系成為業界一大熱點，而保溫性能好、質量輕的生態材料的應用也更加廣泛。輕質材料密度小、隔熱性能好，建筑結構不易變形；且材料自重輕可提高生產效率，更加容易實現清潔施工，基于全壽命周期的角度而言，其經濟效益更高。高性能材料的優勢更加突出，其不僅使用時間長，而且功能強大，大幅提高了材料的綜合經濟效益?，F階段最主要的建筑材料即混凝土與水泥，后續生態高性能混凝土將是混凝土材料發展的主要目標。

3 生態建材的發展趨勢

3.1 完善生態建材標準評價體系

我國國家環?？偩衷?993年正式頒布了中國環境標志方案，針對一批建材產品制定了相關的認證標準，包括涂料、建筑膠粘劑及人造板等?，F在國際上采用ISO 14000體系進行環境認證，其側重于對材料的環境特性進行評價，不過其在對產品使用性及環境性上的評價還存在一些問題。而我國在2002年開始實施“室內裝飾裝修材料有害物質限量”強制標準，其由國家質量監督檢驗檢疫總局負責頒布；此外還有《民用建筑工程室內環境污染控制的規范》，由建設部發布。上述兩項標準沿用至今，已成為我國建材產品進入市場制定的最低環境質量標準?，F在，國家科研管理部門已將生態建材列入國家科技發展計劃中。

其實針對生態建材評價方面，可以借鑒國外的先進經驗，歐洲一些發達國家通常建立一套環境標志進行評價。比如世界上第一種環境標志——藍天使標志就是早在1977年由德國率先發布的，其將建材污染物的散發、廢料的產生、循環再利用、噪聲及有害物質等因素納入其中。加拿大也推行了Ecologo環境標志計劃，針對建材產品制定“住宅室內空氣質量標準”，其中對涂料、板材及膠粘劑中的甲醛、苯含量做出明確規定。而美國雖然未在全國范圍內針對環境、建材做出統一要求，但是其各個州均嚴格限制了建材中相關污染物的含量。

3.2 生態建材的研究發展方向

具體而言，我國生態建材的研究發展方向主要包括以下幾個方面：首先，工程技術與裝備的研發：包括工業及城市廢棄物生產材料應用技術及裝備；城市生態環境建材工程技術與裝備；太陽能及低溫輻射電熱膜等節能新技術；水泥機械—化學低能耗粉磨技術裝備；新型節水、凈水、城市工業廢水及家庭生活廢水再生利用新技術。

其次，新材料的研究：節能吸聲建筑窗用多功能玻璃；殺菌、除臭、清除有害氣體的空氣凈化材料；調溫調濕等對人體健康有利的生態建筑材料；稀土在生態功能性建材中的應用技術；納米TiO2在生態建材中的應用機理；低生態負荷膠凝材料與低水泥熟料用量的高性能水泥基材料理論基礎；低能耗、無污染天然質生態建材新產品開發；新型無毒、低釋放、無損于健康的膠粘劑材料的研發。

最后，生態建材設計標準及施工規程的綜合研究，包括：水泥助劑及粉磨過程中物化反應基礎研究；膜技術及其在生態建材中的應用；生態質量、生態建材性能與生態協調性（LCA）評價技術研究；生態建材新材料設計。

參考文獻

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