綠色建筑材料在土木工程施工中的應(yīng)用

穆文媛

1 綠色建筑及綠色建筑材料

1.1 綠色建筑

建筑物是人類在生產(chǎn)和生活各類活動中為了順應(yīng)自然環(huán)境而修建的各種遮蔽物，綠色建筑是在綠色生態(tài)理念指導(dǎo)下建造的建筑物，能夠為人類提供舒適的空間[1]。發(fā)展綠色建筑的主要目的是盡量減少能源和資源的消耗，減少對生態(tài)的損害，運用新的建造技術(shù)和高性能建筑材料來提高人們的生活質(zhì)量。合理使用綠色建筑材料，不僅可以營造健康、舒適的環(huán)境，還可以節(jié)省能源，降低運營成本，提高使用者的居住品質(zhì)。在建筑設(shè)計過程中，不僅要考慮建筑環(huán)境、建筑形態(tài)、設(shè)施條件、施工工藝、建筑材料及使用管理等因素對建筑的影響，還要考慮施工過程中產(chǎn)生的費用[2]。

1.2 綠色建筑材料

綠色建筑材料是指利用工農(nóng)業(yè)固體廢棄物，通過清潔技術(shù)生產(chǎn)出的無毒無害并能回收利用的建筑材料。綠色建筑材料有3 個特征：第一，有效利用工業(yè)廢棄物，變廢為寶，降低建筑材料能源消耗對環(huán)境的污染；第二，采取低污染的生產(chǎn)方式，降低環(huán)境負(fù)擔(dān)；第三，達(dá)到使用年限后可以加工后循環(huán)使用。

2 國內(nèi)綠色建筑材料發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 相關(guān)法律法規(guī)不完善

目前，《中華人民共和國建筑法》《節(jié)約能源法》《民用建筑節(jié)能條例》等法律法規(guī)為我國開展節(jié)能減排工作提供了法律支撐。然而，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，原來的技術(shù)和判斷標(biāo)準(zhǔn)也在不斷變化，各地雖然根據(jù)實際情況也修訂了地方性法規(guī)，但國家層面卻沒有新的立法，缺乏上位法依據(jù)。

另外，由于各地經(jīng)濟發(fā)展水平不同，對綠色建筑和綠色建筑材料的重視程度不一樣，因此采取的激勵措施也存在較大差異[3]。

2.2 缺少統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)

當(dāng)前，國內(nèi)外對建筑材料的稱呼不一致，也沒有一套完整、權(quán)威的評價體系。發(fā)展綠色建筑項目需要一定比例的綠色建筑建材，環(huán)保部門批準(zhǔn)的綠色建筑材料種類較少，主要強調(diào)的是環(huán)境保護的特性，側(cè)重于檢測材料中的有毒物質(zhì)是否超標(biāo)，并不能充分體現(xiàn)綠色建筑材料的其他特性，且對其他具體功能缺乏評價標(biāo)準(zhǔn)。因此，建立一套適合我國建筑材料開發(fā)體系的綠色建筑材料評估系統(tǒng)已成為當(dāng)務(wù)之急[4]。

2.3 綠色建筑材料的銷量受多因素影響

自從綠色建筑材料進(jìn)入市場，健康環(huán)保的建筑材料受到建筑業(yè)的廣泛重視，很多企業(yè)都在宣傳綠色、環(huán)保的建筑材料。但由于綠色建材市場魚龍混雜，人們無法有效甄別名目繁多的建材產(chǎn)品，綠色建筑材料是否環(huán)保缺乏權(quán)威機構(gòu)的鑒定，高品質(zhì)的綠色建材也因科技含量高、價格貴而影響了銷售量。

2.4 綠色建筑材料的研發(fā)難以緊跟建設(shè)需求

近年來，國內(nèi)綠色建筑材料的研發(fā)仍處于初級階段，科研經(jīng)費不足，創(chuàng)新能力較弱，導(dǎo)致綠色建筑行業(yè)的發(fā)展受到影響。目前，大多數(shù)建筑材料企業(yè)以中低檔綠色建筑材料為主，較少使用高科技材料，材料開發(fā)與市場需求出現(xiàn)了脫節(jié)。

3 應(yīng)用綠色建筑材料的必要性

（1）可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略需要?？沙掷m(xù)發(fā)展理念應(yīng)從經(jīng)濟、人口、社會、資源與環(huán)境等方面綜合考慮，一切從實際出發(fā)，尋找適合建筑行業(yè)與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的綠色道路。發(fā)展綠色建筑是我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的內(nèi)在需要，而綠色建筑材料的使用有利于節(jié)能減排、保護環(huán)境，促進(jìn)土木工程建筑的可持續(xù)發(fā)展，給項目帶來持久的利益。

（2）國家經(jīng)濟結(jié)構(gòu)調(diào)整的要求。傳統(tǒng)經(jīng)濟發(fā)展模式已經(jīng)不符合目前社會發(fā)展的要求，為此我國開始轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展模式，建設(shè)環(huán)保型社會。同時，我國正在積極促進(jìn)各個行業(yè)轉(zhuǎn)型，采用新型綠色建筑材料代替能耗過大、污染過大的傳統(tǒng)建筑材料。

（3）符合消費者的消費需求。如今，人們對自身健康越來越重視，對生活環(huán)境和配套設(shè)施的環(huán)保要求也越來越高，從而對建筑材料有了新需求。例如，在土木建筑中使用無毒無害且具有綠色性和循環(huán)性的綠色建筑材料，不僅可以保障居民的正當(dāng)消費權(quán)益，還符合人們的心理需求。

4 綠色建筑材料的功能

4.1 具有保溫隔濕功能

近年來，我國高層建筑火災(zāi)事故的發(fā)生率極高，而外墻隔熱材料的防火性能差是導(dǎo)致火災(zāi)事故頻發(fā)的一個重要原因。而把綠色建筑材料應(yīng)用于建筑外部不僅可以起到很好的保溫隔濕作用，還能更好地防火。例如，我國南北方氣候不同，北方寒冷地區(qū)使用綠色建筑材料可以起到很好的保溫效果；南方天氣炎熱潮濕，使用綠色建筑材料不但可以起到隔濕效果，而且可以過濾一部分熱量，減少空調(diào)的使用時間。

4.2 具有環(huán)保功能

傳統(tǒng)建筑材料的資源損耗很大，而且施工時會給周圍環(huán)境造成污染，是重要的污染源。不僅如此，傳統(tǒng)建筑材料經(jīng)過風(fēng)吹、日曬、雨淋會因自然侵蝕而縮短使用壽命，造成施工外圍環(huán)境污染，加重當(dāng)前的溫室效應(yīng)，而綠色建筑材料應(yīng)用于室內(nèi)裝修中，具有一定的環(huán)保功能。例如，常見的綠色環(huán)保涂料可以減少甲醛和其他有毒有害化學(xué)成分對人體的傷害，門窗中使用綠色建筑材料可以有效提高采光、保溫、隔音效果，常用的如鋁合金隔熱材料、鋁木復(fù)合保溫材料等均具有環(huán)保功能。由于綠色建筑材料具有可再生性，裝修剩余的材料也不會對環(huán)境造成二次污染，因此應(yīng)用在人流量大的公共場所設(shè)施中可以避免釋放有毒氣體，最大限度保障人們的健康。

綠色建筑材料具有能耗小、無污染、耐水性強、強度高以及重量輕等特點，被廣泛應(yīng)用于建筑施工中。與傳統(tǒng)材料相比，綠色建筑材料雖說制造成本較高，但施工中材料浪費現(xiàn)象鮮少發(fā)生，還具有輕質(zhì)、高強和速凝等性能，有很高的能源利用率，而且其原材料是工程邊角料與工廠廢棄物等，避免了二次污染，有效改善了人們的生活環(huán)境[5]。

5 綠色建筑材料的研究和應(yīng)用

5.1 泡沫混凝土的研究和應(yīng)用

粉煤灰是一種工業(yè)副產(chǎn)品，如果長期堆積不僅會造成資源浪費，而且對周圍的環(huán)境也會造成嚴(yán)重影響。將一定比例的粉煤灰加入泡沫混凝土中，既能調(diào)節(jié)混凝土的配合比，又能減少混凝土的用量，減少水泥熟料產(chǎn)物生產(chǎn)過程中的碳排放量。同時，粉煤灰能夠顯著提高一般水泥基體的力學(xué)特性，二次水化后產(chǎn)生的膠狀產(chǎn)品不僅可以作為填料，還可以作為黏合物進(jìn)一步改善泡沫混凝土的致密程度。另外，在混凝土中加入一定比例的粉煤灰，可以有效減少泡沫混凝土水化放熱帶來的不利影響，從而改善泡沫混凝土的抗開裂性能。

通過顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，大部分粉煤灰是表面平滑的球狀粒子（圖1），減少了標(biāo)定濃度所需的水分，可以有效減少泡沫混凝土的孔隙，提高混凝土的強度和耐用性。但是水泥中摻入粉煤灰的比例也有一定要求，若摻入過量粉煤灰則會導(dǎo)致泡沫混凝土的強度下降，影響實際使用。

圖1 粉煤灰在顯微鏡下的狀態(tài)

5.2 新型泡沫混凝土的研究和應(yīng)用

不同的土木工程施工環(huán)境對混凝土材料的性能提出了不同的要求，泡沫混凝土在施工中的應(yīng)用越來越趨向于輕質(zhì)、一體化、多功能及高耐久性[6]。

5.2.1 輕質(zhì)泡沫混凝土

研制新型的輕質(zhì)泡沫混凝土（圖2）主要是為了進(jìn)一步減小輕質(zhì)泡沫混凝土的致密程度，提高隔熱效果，方便制備、運輸和安裝。不僅如此，輕質(zhì)泡沫混凝土因其具有良好的特性，被廣泛應(yīng)用于節(jié)能墻體材料中，例如可以運用在擋土墻、修建運動場和田徑跑道、夾芯構(gòu)件、管線回填以及貧混凝土填層中，還可以用于屋面邊坡、園林綠化等方面。

圖2 輕質(zhì)泡沫混凝土

但生產(chǎn)中的水泥砂漿崩塌現(xiàn)象會導(dǎo)致泡沫破碎產(chǎn)生連接孔，從而引發(fā)沉陷等問題，因此可以利用促凝劑、消泡劑、增稠劑以及穩(wěn)定劑等來改善泡沫的特性。輕質(zhì)泡沫混凝土作為傳統(tǒng)保溫、防水、找坡材料的替代品，具有較好的保溫隔熱效果，通過現(xiàn)場澆注施工將保溫層、防水層、保護層、找平層以及找坡層一次成型，有效降低工程造價[7]。

5.2.2 保溫結(jié)構(gòu)一體化新型墻板

單種材料的泡沫混凝土墻板很難實現(xiàn)強度和性能的統(tǒng)一，針對以上問題研究人員研制出復(fù)合墻板、保溫砌塊等新型墻體，其中復(fù)合墻板的結(jié)構(gòu)形式為“三明治”（圖3），因其在預(yù)制過程中將保溫層夾在兩層墻板中間像三明治而得名，外墻板分為飾面層、保溫層、結(jié)構(gòu)層三層，通過連接件（材質(zhì)為高強玻璃纖維）將飾面層、保溫層、結(jié)構(gòu)層拉結(jié)成一個整體，在生產(chǎn)時一次成型，從而實現(xiàn)外墻板結(jié)構(gòu)裝飾保溫一體化。

圖3 “三明治”復(fù)合墻板

通過對泡沫混凝土復(fù)合墻體進(jìn)行隔熱、保溫等方面的研究，現(xiàn)在基本上達(dá)到了墻體的抗壓、隔熱等要求。另外，外墻建筑保溫能力是建筑物結(jié)構(gòu)壽命周期中一項關(guān)鍵的技術(shù)指標(biāo)，傳統(tǒng)外貼型保溫板施工質(zhì)量受粘結(jié)砂漿、保溫釘材質(zhì)和工人施工技術(shù)等影響，容易出現(xiàn)外墻保溫剝落的情況。這種保溫結(jié)構(gòu)一體化新型墻板已經(jīng)廣泛應(yīng)用到各種高度的居住和公共建筑。

5.2.3 摻入納米復(fù)合材料的泡沫混凝土

納米復(fù)合材料擁有傳統(tǒng)材料不具備的獨特性能，在泡沫混凝土中摻入納米復(fù)合材料可以生產(chǎn)出高性能、多用途的新型建筑材料。性能良好的納米金屬氧化物和無機納米材料已經(jīng)在水泥砼行業(yè)得到有效研發(fā)和應(yīng)用。納米復(fù)合材料能夠同泡沫混凝土中的砂漿、礦物摻和材料等構(gòu)成很好的粒徑組合，從而增強了泡沫混凝土的整體性和力學(xué)強度，改善了泡沫混凝土整體的抗?jié)B性能與耐久性，并提高了泡沫混凝土材料的物理性能，如耐磨耗性、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性等，使混凝土基材向高性能和多用途方向發(fā)展[8]。采用這種方式生產(chǎn)出來的高性能建筑材料，可以滿足機場、鐵路、隧道、核電站、水電站以及港口等重大工程項目的需求。

6 結(jié)語

綠色建筑材料因具有保濕、隔熱、環(huán)保等性能被廣泛應(yīng)用于建筑行業(yè)中，同時也能滿足人們?nèi)招略庐惖南M需求，因此采用綠色建筑材料進(jìn)行土建工程建設(shè)是當(dāng)務(wù)之急。在此背景下，我國要積極研發(fā)新型綠色建筑材料，并不斷拓寬其在施工中的應(yīng)用范圍。