綠色建筑材料在土木工程施工中的應用分析

李萬軍 聯勤保障部隊第三工程代建管理辦公室工程師

張 艷 蘇州科技大學土木工程學院

李子田 西華大學法學院

我國建筑業的快速發展以及城鎮化建設的推進，使得越來越多的建筑材料被應用于工程建設項目。新建建筑以及拆除建筑所應用的建筑材料帶來了一系列環境問題和資源消耗，對我國環境和資源的可持續發展造成了嚴重影響。而綠色建筑材料的應用在我國的資源、能源以及節能減排等方面起到非常關鍵的作用，對生態環境保護也起到促進作用。因此，開發低碳低消耗、可循環的綠色建筑材料尤為迫切。

1 綠色建筑及其建筑材料的相關內容

1.1 綠色建筑的節能指標

對綠色建筑而言，綠色建筑材料是其中的一項，但是并非全部。總體來說，還包含土地節約與室外環境的協調、能源節約與能源的有效利用、水資源節約與水資源的有效利用、材料節約與材料資源的合理利用、室內環境監測及運營這6 大項，是多項綠色節能指標綜合運用的結果。這種評價標準不僅適用于民用建筑，而且逐漸應用于工業建筑等多種建筑形式，是對資源的合理綜合利用以及資源在建筑節約方面的深層次研究。

1.2 綠色建筑材料的分類及選用

在綠色建筑評價標準中，涉及綠色建筑材料的項目很多，根據綠色建筑材料的特點，可以劃分為環保型和節能型等類型。施工單位需要根據不同綠色建筑材料的側重點，充分發揮出材料的優勢[1]。綠色建筑材料的使用，是讓天然無污染或者對人體及環境污染小的材料，或者是對一些工業廢棄物經過加工之后，成為可以具有一定使用功能或者承重功能的材料，綠色材料的選擇標準不僅在于開發利用，同時也在于拆除或報廢時對環境的污染程度以及可循環利用程度。

1.3 綠色建筑材料的特點

綠色建筑材料具有耗能可控、對環境友好以及污染小的特點，當使用此類綠色建筑材料進行建造時，所建建筑因為綠色建筑材料的使用，使建筑本身也具有低耗能、對環境污染小的特性。隨著科技的發展，許多建筑材料從強度、質量以及性能等方面進行了改進，甚至在一些特殊的使用性能方面做了很大的性能提升，使建筑工程在使用效果方面更具優勢。有些綠色建筑材料由于消耗了建筑廢棄物或者工業廢棄物，將高科技技術融入建筑施工材料中，使材料在使用方面能夠降低碳排放，減少碳中和，對環境更加友好。當前綠色建筑材料具有較高的造價成本，但是具有循環功能，施工單位可以循環利用建筑廢料，降低建筑整體施工成本，同時避免污染生態環境，因此在土木工程外部施工中需要推廣綠色建筑材料[2]。

2 在土木施工中使用綠色建筑材料的必要性

越來越多的建筑施工在節能減排方面進行優化，采用先進的技術不斷改進新材料，使其更加符合現代社會可循環的發展理念。在土木施工中使用綠色建筑材料，具有非常重要的意義。

2.1 可以縮短我國與世界建筑發展大國之間的差距

國家大力支持新型建筑材料的研發，推動綠色建筑材料在工程領域中的使用，努力縮短我國在建筑方面與世界建筑發展大國之間的差距。尤其在建筑材料的節能環保以及可循環使用方面，在參考國外建筑節能減排方面的做法之后，選擇一條符合我國國情發展的綠色建筑材料的發展之路。

2.2 有效提高材料利用率，減少環境污染

目前，制約建筑材料生產的主要因素是生產效率和制造工藝。綠色建筑材料的生產需要更復雜的生產工藝，生產效率也不如傳統建筑材料高，因而其生產成本比較高，不能大范圍普及到工業及民用工程中。解決制約綠色建筑材料發展的工藝因素是現階段綠色建材發展的重要方向，能夠有效地提升綠色建材的使用率，減少環境污染。

2.3 有效促進了新材料的研發，推動了工程發展

將各建筑材料開發的新型建筑材料具體地應用于實際工程中，在推動科研發展的同時，也促進了科研向實際工程應用的產品轉化。綠色建筑理念的提出，使綠色建筑材料的發展更具有前瞻性和實際意義，對推動工程發展具有十分重要的作用。

3 傳統綠色建筑材料分類及材料特性

綠色建筑材料是當前建筑工程進行改革的方向之一，對于國家建設集約型和環境友好型社會具有非常重要的作用。但是并不是一味地使用綠色建筑材料就能夠使建筑達到良好的節能效果，還需要建筑的各個環節和因素共同配合、相互作用才能夠發揮建筑材料在工程中的重要作用。建筑市場中綠色建筑材料類型比較豐富，施工單位在采購綠色建筑材料的過程中，需要結合施工規范和項目環節強度指標，充分發揮出綠色建筑材料的作用[3]。

3.1 建筑墻體塊體材料

在墻體材料的選擇中，多采用具有特殊性質的砌塊，尤其在選擇墻體材料時，應確保由材料制備的砌塊具有保溫隔熱的性能，或者在一些特殊條件的使用下，能夠發揮砌塊良好的隔聲性能。在實際工程的使用過程中，常常會根據工程需要選擇加氣混凝土砌塊和模網混凝土砌塊等，以發揮建筑材料的保溫性能。在多種建筑墻體材料中，加氣混凝土砌塊材料由于取材來源廣泛，制作工藝成熟，因而在工程中的使用率比較高。其內部存在孔洞，有利于發揮墻體保溫隔熱的性能，再加上其具有良好的耐火性，因此在工程中被廣泛使用。

相比其他墻體材料，EPS 砌塊在工程上使用不及加氣混凝土砌塊的使用廣泛，但是由于其具有結構牢固、連接方便、綜合造價低以及具有一定的承載力等特點，在許多情況下也會使用。混凝土空心砌塊的取材和制作很方便，但是由于其規格尺寸在工程上使用受到限制，因此使用范圍具有局限性。

3.2 建筑外墻保溫材料

建筑外墻的保溫性能對于降低建筑能耗、提高建筑的熱使用率非常重要，也是建筑節能中重要的考慮因素，其作用發揮的好壞會直接影響建筑的保溫性能。當前市場上有種類繁多的建筑外墻保溫材料，在選擇時不僅需要考慮材料對于熱能吸收和散失的作用，還應當考慮外墻保溫材料的耐久性能以及使用年限。

礦物棉在外墻或鋼結構屋面的外保溫方面雖然具有質量輕、保溫性能好、吸聲性能好以及具有抗阻燃性等優點，但因為礦物棉材料質量的差異性影響了其保溫效果，因而不利于推廣。聚苯乙烯泡沫塑料具有良好的抗阻燃性，連接方式簡便，外墻裝飾加工簡單，且與涂料貼合程度高，因此被廣泛使用。膠粉聚苯顆粒保溫材料是一種近年來一直推廣的建筑外保溫材料，具有良好的熱工性能，不僅有良好的內保溫效果，還具有良好的外部隔熱效果，因此應用前景廣闊。

3.3 建筑門窗使用材料

建筑門窗的綠色建筑材料使用方面主要考慮的是環保玻璃的使用，在經濟性和性能方面進行綜合選擇。環保玻璃有中空玻璃、真空玻璃以及鍍膜低輻射玻璃。這些玻璃的特點各不相同，在材料的選擇方面要根據工程需要進行選擇，同時會對建筑節能產生比較重要的影響。中空玻璃在建筑中的應用趨勢越來越明顯，因為中空層可降低建筑的能耗，有效減少室內的熱散失。真空玻璃在工程中使用率更高，尤其在高層建筑中，真空玻璃成為首選材料。鍍膜低輻射玻璃由于加入了鍍膜層，降低了室內外的熱量交換，使保溫性能比中空玻璃以及真空玻璃更好，由于兼具良好的裝飾和防眩暈效果，因此被許多綠色建筑采用。

4 現代綠色建筑材料的發展趨勢

現代綠色建筑材料的特性如圖1 所示。首先是保證材料的原始基本特性，如隔熱性能、隔聲性能、材料強度、反射性能、吸水性能、透光性能、耐火性能、防腐性能、加工性能以及耐干縮性能等。這些性能都是材料應當包含的基本的物理及化學方面的特性，也是滿足材料作為基本建筑材料應當具備的性能，不會隨著材料里相對元素的改變而發生變化，如混凝土的可塑性及流動性和金屬材料的傳熱導電性等。另外，材料被加工后的性能將優于原來的性能，并且某一方面的特質能夠得到明顯改善，如材料的色彩、色澤、質感、光滑度、形狀以及尺度等。這些不僅與材料的生產及加工方式有關，而且材料本身也會由于某些元素含量的變化而發生性能方面的改變。

圖1 建筑材料的特性

4.1 混凝土

混凝土是一種通過沙子、石子、水泥等粗細骨料及粘結材料，添加改善混凝土各種性能的一定比例外加劑而形成的建筑材料，其用途非常廣泛。混凝土由于具有良好的可塑性，在建筑的許多使用方面都有所涉及，是我國建筑業發展過程中最重要的建筑材料之一。近年來，不同的材料添加到混凝土中，如玻璃纖維混凝土和鋼纖維混凝土等，使其能夠顯示出良好的抗拉性能，彌補了混凝土由于抗拉能力不足而造成的影響。

4.1.1 預制混凝土塊

在一些工程中，對于混凝土砌塊可以根據不同的工程特點進行定制。采用不同規格尺寸的模具可以提高材料的使用效率，減少由于混凝土尺寸規格與建筑模數或建筑尺寸不匹配而造成的浪費。而且模具可以做成可調式，從而實現在不同的工程中循環使用。

4.1.2 清水混凝土

清水混凝土的材質使混凝土可以直接作為建筑的外立面或者表面，省去了其他材料附加所造成的造價方面的影響，也降低了因為表面裝飾材料的拆除或處理而形成的建筑垃圾。在制備清水混凝土的過程中，還可以加入不同的顏色和紋理來配合建筑的需要。

4.1.3 藝術混凝土

藝術混凝土即再造石，是將建筑拆除后產生的混凝土廢棄物，通過粘結材料進行加工形成的一種人造石材。其具有良好的可塑性，而且可以在表面進行雕刻形成花紋，對于綠色低碳經濟下的混凝土固體廢棄物的處理有良好的效果。此外，其價格低于真正的石材，是一種擁有很多優點的綠色建筑材料。

4.2 金屬材料

金屬材料在建筑工程中的使用十分常見，不僅可以作為一種延展性良好的材料，與混凝土澆筑在一起為鋼筋混凝土構件提供良好的抗拉性能，而且可以作為單獨的受力構件，如鋼結構，在工程中獨自發揮承重作用。金屬材料本身是一種綠色建筑材料，由于其在建筑拆除后可以回收利用，重新回爐軋制形成新的建筑鋼材，因而在綠色建筑材料中有著非常重要的作用，也是建筑中必不可少的重要材料之一。

4.2.1 建筑鋼材

由于工程種類的多樣性以及越來越多的工程向更高跨度和更大的方向發展，使得建筑鋼材在工程中的使用也向更高強度發展。鋼材所具有的良好加工性能和輕質高強的性能是工程中采用其作為承重結構的主要原因。建筑鋼材在建筑節能減排和材料有效循環利用方面具有廣闊的前景。

4.2.2 鑄鋁板

鑄鋁板具有良好的加工性能，通過鑄造的方式對鋁材進行加工而得到。在一些建筑外墻及防盜門的使用中，鑄鋁板發揮了重要的作用。而且其厚度可以根據用戶的需求進行定制，滿足產品多樣性方面的要求。

4.2.3 鋁鎂錳屋面

鋁鎂錳屋面由于具有良好的耐久性，近年來被用于使用壽命在50 年以上的建筑屋面上，解決了金屬材料屋面耐久性能不佳，需要經常更換的弊病。不僅能夠有效節約資源，還能夠降低人工成本，同時具有舒適、輕型、耐久的特點，因而成為近年來綠色建筑屋面材料應用中的首選材料。

4.2.4 穿孔鋁板

穿孔鋁板是指用純鋁或鋁合金材料通過機械壓力加工制成的橫斷面為矩形且厚度均勻的矩形材料。其造型與裝飾性兼具，在一些大型的公共建筑、場館、會所中均有采用，裝飾效果好、色澤高檔且綠色可循環，是近年來綠色建筑材料的主流產品之一。

4.3 建筑玻璃

玻璃的合理使用不僅能夠使建筑物的采光效果得到明顯改善，還具有保溫隔熱等功能。隨著科技的發展，玻璃中成分的調整和添加劑的加入，不但改變了玻璃易碎的特性，發揮了其裝飾性好、透光性能佳的優點，而且使許多不同特性的玻璃得到了開發，使玻璃的藝術性和實用性在工程中得到了良好應用。使用建筑玻璃作為建筑的隔墻，不僅能夠增加透光性，而且特殊材質玻璃的使用也絲毫不影響空間的私密性。在綠色建筑材料的開發方面，玻璃中成分的改變，使得建筑材料兼具多種材料的復合性能。

4.3.1 彩釉玻璃

彩釉玻璃是將無機釉料（又稱油墨）印刷到玻璃表面，通過采用一系列的烘干技術對玻璃進行處理，比如進行鋼化、熱化加工等多道工序的處理，將釉料永久燒結于玻璃表面而得到一種耐磨、耐酸堿的玻璃產品。這種玻璃產品具有良好的加工性能，可以制作多種與建筑風格相匹配的花紋，因此在許多兼具采光功能和裝飾功能的建筑中均會采用。

4.3.2 U 型玻璃

玻璃的特點是加工性能好，可以根據建筑需要定制不同的顏色和形狀，滿足兼具采光性能和感性的性能。U 型玻璃相比其他玻璃而言，具有私密性優的特點。它透光但不透影，戶外直射光經過U 型玻璃就轉換為漫射光，使材料更具有應用價值。

5 現代綠色建筑材料與工程施工技術的融合

綠色建筑材料是建筑是否節能環保的基礎，也是推動未來建筑行業不斷發展的關鍵組成要素。在未來建筑的發展過程中，勢必需要通過更加先進的施工技術對建筑材料的性能加以發揮，使其更好地為使用者服務，為環境服務，為生態的可持續發展服務。將現代綠色建筑材料與工程施工技術相融合，需要從功能需求、材料組合以及技術支持3個方面深入挖掘，使其發揮最大的功能。

5.1 多樣性功能需求的組合

建筑最原始的功能是給人類一個能夠遮擋風雨和躲避野獸攻擊的場所，使人能夠更加安全地在建筑內部生活。隨著人類文明的發展以及對生活的追求，人們對建筑功能的要求越來越高。隨著建造技術的不斷發展，房屋所具有的功能不斷完善，其構造方面也越來越滿足人們多樣化的要求，建筑從基本的舒適性向智能化建筑方向發展。比如在寒冷地區，人們對建筑的要求是保溫，能夠減少熱量流失，而炎熱地區人們對建筑的要求則是能夠隔熱，這本身對于不同的地域以及需求而言是不斷進步的。由于建筑材料本身所具有的優點不同，可以將多種材料進行復合，利用材料之間性能的互補形成新的建筑材料，從而滿足不同建筑性能的需求。

5.2 多種建筑材料的組合

對于不同建筑材料的組合，既可以是傳統建筑材料與新型建筑材料之間的組合，又可以是新型建筑材料與新型建筑材料之間的組合。許多傳統的建筑材料有最基本的使用特性，新材料的開發應當既保持原有建筑材料的使用特性不發生變化，又能夠使組合后的材料朝著人們期待的特性方面改進。總之組合的目的是發揮幾種不同的材料的性能，并且使組合后的性能達到最優化。建筑材料也可以在本身的使用方法上進行創新。人們對承重材料性能的要求無非是希望能夠輕質高強，對其他外裝飾材料的性能要求，除了具有一定的裝飾效果之外，還應當具有一定的耐久性。因而發揮材料的特性，使其在建筑使用方面能夠揚長避短。

5.3 多項施工技術的組合

由于建筑材料是否能夠發揮作用需要依靠建筑構造來實現，因而施工技術是保障建筑材料能否發揮優良性能的關鍵性技術。傳統的施工手段已經不能滿足在建筑材料更新方面所需要的施工工藝的需求，因此在開發新的綠色建筑材料的同時，應當注重改進施工工藝，從而降低材料損耗，進一步提高建筑材料的使用效率，為滿足建筑節能及建筑造型功能等多種需求而不斷提高技術水平。

6 結語

綠色建筑材料的使用，使許多高科技的研發應用在實際工程中，不僅推動了科研與工程的結合，還為建筑行業帶來很多經濟效益。一方面，對降低碳排放、減少環境污染以及降低能耗等方面起到促進作用，對材料的循環利用具有非常重要的價值。另一方面，不僅能夠使建筑物從墻體到屋面以及門窗等起到冬暖夏熱的良好效果，為居住者提供良好的空間體驗感，而且各種工業廢棄物的使用，使各種固體廢料得到了很好的循環利用，同時使建筑與周圍環境更加協調。