中圖分類號(hào)：TU501.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2096-6903(2025)06-0096-03

0 引言

隨著全球氣候變化加劇及能源危機(jī)日益凸顯，建筑行業(yè)作為能源消耗大戶正面臨前所未有的轉(zhuǎn)型壓力。傳統(tǒng)建筑材料生產(chǎn)能耗高、污染重、性能單一，難以滿足現(xiàn)代綠色建筑對節(jié)能環(huán)保的需求。高性能建筑材料憑借其優(yōu)異的物理化學(xué)性能和環(huán)境友好特性，為綠色建筑設(shè)計(jì)提供了新思路。

1高性能建筑材料概述

1.1 定義與分類

高性能建筑材料是指在滿足建筑功能性、安全性基礎(chǔ)上，具備優(yōu)良物理化學(xué)性能、良好環(huán)境適應(yīng)性及顯著可持續(xù)發(fā)展特性的新型建材。相較于傳統(tǒng)建筑材料，高性能建筑材料在強(qiáng)度、耐久性、保溫隔熱、隔音防火等方面表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢，能有效降低建筑全生命周期的環(huán)境負(fù)荷，為綠色建筑提供物質(zhì)基礎(chǔ)[]。

按應(yīng)用功能可將高性能建筑材料分為結(jié)構(gòu)材料、功能材料和裝飾材料3大類。結(jié)構(gòu)材料包括高性能混凝王、高強(qiáng)鋼材等，主要用于確保建筑結(jié)構(gòu)安全與穩(wěn)定。功能材料如高效保溫材料、相變儲(chǔ)能材料、隔聲材料等，主要用于提升建筑物使用性能與舒適度。裝飾材料如環(huán)保涂料、生物基裝飾板等，則重點(diǎn)關(guān)注建筑美觀性與室內(nèi)環(huán)境健康。按原材料來源還可劃分為再生材料、生物基材料、低碳材料及智能響應(yīng)材料，分別滿足資源再利用、可再生資源應(yīng)用、減少碳排放及智能化需求。

1.2 特點(diǎn)與優(yōu)勢

高性能建筑材料具有顯著節(jié)能降耗特點(diǎn)，全過程能耗低，現(xiàn)代保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)低至 0.02W/(m?K) ，高效節(jié)能門窗傳熱系數(shù)低至 1.5W/(m²?K) ，應(yīng)用后可降低建筑能耗 20%～40% 。環(huán)境友好性是其核心優(yōu)勢，其生產(chǎn)過程污染少，使用無害，可循環(huán)利用。低VOC涂料含量僅為傳統(tǒng)涂料 1/10 ，每立方米再生混凝土消納 150～200kg 廢棄物，生物基材料碳排放僅為傳統(tǒng)材料 30% ，可為建筑行業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供支撐。

2技術(shù)要點(diǎn)

2.1節(jié)能技術(shù)要點(diǎn)

真空絕熱板(VIP)導(dǎo)熱系數(shù)達(dá) 0.004W/(m?K) 僅為傳統(tǒng)聚苯板的1/8，同等效果下墻體可減薄 80% ：氣凝膠保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)為 0.015～0.018W/(m?K) 具A級(jí)防火性能。熱阻值計(jì)算要確保圍護(hù)結(jié)構(gòu)滿足規(guī)范，北方寒冷地區(qū)外墻傳熱系數(shù)應(yīng) ?0.35W/(m²?K)^[2]Λ 0

PCM在 18～26 ^°C 范圍內(nèi)相變潛熱達(dá)180～240kJ/kg ，蓄熱密度是常規(guī)材料的 5～14 倍。微膠囊化相變石蠟與石膏板復(fù)合，每平方米儲(chǔ)存 340～420 kJ熱量，調(diào)節(jié)室溫波動(dòng)至 ±1.5^°C 內(nèi)。最佳安裝位置為距內(nèi)表面1/3處，厚度 10～15mm 。能耗模擬表明，將其應(yīng)用在熱帶、亞熱帶氣候區(qū)可減少空調(diào)能耗22%～35% ，投資回收期 4～6 年。

2.2環(huán)保技術(shù)要點(diǎn)

高摻量混凝土中粉煤灰含量可達(dá) 30%～50% ，礦渣含量可達(dá) 40%～65% ，可減少 CO₂ 排放 35%～42% 0配比參數(shù)：水膠比 0.28～0.35 ，III類粉煤灰比表面積?450m²/kg ，納米二氧化硅摻量 0.5%～2% 提高早期強(qiáng)度， 28d 抗壓強(qiáng)度可達(dá) C40～C60 ，聚羧酸系減水劑摻量 0.8%～1.2% 可保證工作性，坍落度控制在（ 180±20) mmo

建筑廢棄物資源化利用技術(shù)采用“兩段破碎-機(jī)械擦洗-表面增強(qiáng)“工藝，控制再生骨料含泥量?1% ，吸水率 ?7% 。再生混凝土粗骨料替代率可達(dá)30%～50% ，細(xì)骨料替代率控制在 20% 內(nèi)；采用“等效水膠比法”設(shè)計(jì)，預(yù)增 5%～8% 拌合水；引入飛灰(10%～15% 和硅灰 (3%～5% 形成\"雙摻\"體系，28天抗壓強(qiáng)度可達(dá)原強(qiáng)度的 92%～96% 。

2.3耐久性技術(shù)要點(diǎn)

鋼纖維（體積率 1.0%～1.5%) 提高混凝土抗裂性 80% ，抗沖擊性提升 200%～300% ；鋼纖維長度25～60mm ，長徑比 45～80 ，抗拉強(qiáng)度 ?1 100MPa 碳纖維含量 0.1%～0.3% 時(shí)，提高抗?jié)B性3倍，氯離子擴(kuò)散系數(shù)降低 45% ；玄武巖纖維具優(yōu)異耐堿性（殘余強(qiáng)度 >85% ，凍融300次后強(qiáng)度保持率達(dá) 92% 。

有機(jī)硅烷（滲透深度 8～15mm 處理可降低水滲透率 96% ；納米 TiO₂ 光催化涂層（厚度 100～150μm) （2號(hào)污染物分解率達(dá) 85%～92% ；氟碳涂料耐候性達(dá)20年，耐紫外輻射8000小時(shí)不變色。改性瀝青防水卷材厚度 3～4mm ，拉伸強(qiáng)度 ?15MPa ，斷裂伸長率?200% ，低溫柔性達(dá) -25^°C ，使用壽命 25～30 年，符合GB18242—2008特級(jí)品標(biāo)準(zhǔn)。

3高性能建筑材料在綠色建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

3.1在圍護(hù)結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

根據(jù)建筑朝向和氣候區(qū)選擇合適材料。北向墻體宜使用巖棉板，厚度 100mm ，采用粘結(jié)砂漿固定，外覆耐堿玻纖網(wǎng)格布。南向墻體宜用改性石墨聚苯板，厚度80mm ；嚴(yán)寒地區(qū)宜采用真空絕熱板，厚度僅 15mm ，接縫用聚氨酯發(fā)泡膠密封。材料與墻體結(jié)合處宜設(shè)3mm彈性連接層，避免溫度變化導(dǎo)致開裂。窗框、陽臺(tái)等熱橋部位應(yīng)增設(shè)斷熱層，確保整體傳熱性能達(dá)標(biāo)[3]，高性能建筑材料圍護(hù)結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。

屋面系統(tǒng)可采用多層復(fù)合構(gòu)造。結(jié)構(gòu)層上鋪設(shè)改性瀝青防水卷材，上設(shè)擠塑聚苯板保溫層，再覆蓋高反射涂料。綠化屋面設(shè)置蓄排水系統(tǒng)，包含排水板、過濾層和蓄水層，填充輕質(zhì)土壤，并添加膨脹蛭石提高保水能力，種植耐旱植物。屋面周邊設(shè)置女幾墻，配置溢流口和檢修口，設(shè)計(jì)不小于 2% 的排水坡度，使用HDPE材質(zhì)雨水管，確保系統(tǒng)正常排水。

圖1高性能建筑材料圍護(hù)結(jié)構(gòu)示意圖

3.2在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

高性能混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)宜采用 C60～C80 高強(qiáng)混凝土，摻入粉煤灰、礦渣等工業(yè)副產(chǎn)品。可將框架柱截面由 400mm×400mm 減小至 350mm×350mm_o 可將框架梁高度從 600mm 降至 500mm ，減少混凝土用量 22% 。使用HRB500級(jí)鋼筋，梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)箍筋間距加密至 100mm ，提高結(jié)構(gòu)延性。大跨度結(jié)構(gòu)采用后張預(yù)應(yīng)力技術(shù)，使用 1860MPa 級(jí)預(yù)應(yīng)力鋼絞線，以減小截面厚度 30% ，降低自重增大使用空間。

既有建筑加固采用碳纖維布，沿主應(yīng)力方向粘貼，以增強(qiáng)構(gòu)件抗彎、抗剪能力。梁板裂縫處使用環(huán)氧樹脂浸漬碳纖維網(wǎng)格，覆蓋裂縫兩側(cè)各 150mm 。新建工程中，GFRP用于樓梯、陽臺(tái)等非主要承重構(gòu)件，可減輕自重 30% 。大型公共建筑采用碳纖維增強(qiáng)混凝土制作薄殼結(jié)構(gòu)和網(wǎng)架節(jié)點(diǎn)，厚度僅為傳統(tǒng)構(gòu)件的1/3。裝配式構(gòu)件采用預(yù)埋鋼板和高強(qiáng)螺栓實(shí)現(xiàn)干式連接。

3.3在室內(nèi)環(huán)境中的應(yīng)用

室內(nèi)墻面采用無甲醛植物纖維內(nèi)墻板，以農(nóng)作物秸稈為原料，厚度 9mm 。墻板采用卡槽連接，設(shè)置伸縮縫，接縫填充低VOC密封膠，預(yù)留通風(fēng)層。墻面涂料使用水性硅藻泥，VOC含量低，具有吸附甲醛、調(diào)濕功能。衛(wèi)生間和廚房墻面采用光觸媒抗菌涂層。吊頂選用，具有吸聲調(diào)濕性能的多孔輕質(zhì)石膏板用金屬龍骨安裝，預(yù)留檢修口[4]。

地面材料注重舒適健康。起居室與臥室鋪設(shè)軟木復(fù)合地板，下設(shè)隔聲墊，墊層與墻面接縫上翻形成隔聲盒。公共區(qū)域使用光催化瓷磚，具抗菌自潔功能。浴室墻地面采用抗菌釉面磚。廚房臺(tái)面選用無甲醛人造石材。兒童活動(dòng)區(qū)鋪設(shè)天然橡膠地墊，回彈性好減少跌倒傷害。隔斷使用可調(diào)光玻璃，通電透明斷電磨砂，滿足靈活私密需求。

3.4在能源系統(tǒng)中的應(yīng)用

太陽能建筑一體化設(shè)計(jì)將光伏與建筑外立面結(jié)合，南向立面使用雙玻光伏組件替代傳統(tǒng)幕墻，組件間設(shè)通風(fēng)間隙降低溫度提高效率。每個(gè)組件連接微型逆變器，可減少遮擋損失、輸出電能并入建筑供電系統(tǒng)。光伏幕墻與圍護(hù)結(jié)構(gòu)間形成通風(fēng)層，夏季作自然通風(fēng)豎井降溫，冬季關(guān)閉通風(fēng)口形成保溫氣層。屋頂光伏陣列傾角設(shè)計(jì)合理，配置維護(hù)通道。

地源熱泵系統(tǒng)利用地下恒溫特性實(shí)現(xiàn)高效空調(diào)，采用高強(qiáng)度PE-RT管材豎直埋設(shè)，深度 80～120m ，并回填導(dǎo)熱性良好的膨潤土-水泥砂漿。地埋管間距不小于 5m 避免熱干擾，每 100m² 建筑面積配置一組地埋管。室內(nèi)末端采用地板輻射供暖，盤管覆蓋房間80% 面積；夏季制冷使用風(fēng)機(jī)盤管，科學(xué)設(shè)計(jì)送風(fēng)口位置，使風(fēng)速適中。系統(tǒng)配置智能控制器，根據(jù)溫度和用戶習(xí)慣自動(dòng)調(diào)節(jié)參數(shù)[5]。

表1項(xiàng)目改造前后主要指標(biāo)對比及節(jié)能效果

相變蓄能材料實(shí)現(xiàn)被動(dòng)式溫度調(diào)節(jié)，選用熔點(diǎn) 23^°C 的相變微膠囊摻入石膏板，安裝于內(nèi)墻面向陽側(cè)，白天吸熱夜間放熱保持室溫穩(wěn)定。墻板用輕鋼龍骨安裝，留設(shè)通風(fēng)縫增強(qiáng)換熱，表面涂覆導(dǎo)熱涂料提高效率。相變材料也用于地暖系統(tǒng)，減少啟停頻率平衡負(fù)荷。空調(diào)系統(tǒng)中設(shè)置相變蓄冷裝置，利用低谷電力儲(chǔ)能，降低峰值負(fù)荷。

4應(yīng)用實(shí)例分析

4.1項(xiàng)目概況

上海現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)大廈北樓整體修繕項(xiàng)自位于上海市靜安區(qū)，是一項(xiàng)典型的既有建筑綠色改造工程。該項(xiàng)目總建筑面積為 12 710.42m² ，建筑高度 44.9m ，超低能耗申報(bào)范圍為地上建筑部分 (9776.21m²) 。建筑原有圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫性能差，空調(diào)系統(tǒng)能效低，能源消耗大，不符合現(xiàn)代綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)要求。本項(xiàng)目通過采用高性能建筑材料結(jié)合先進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了顯著的節(jié)能減排效果，達(dá)到了超低能耗建筑標(biāo)準(zhǔn)。

4.2效果分析

通過高性能建筑材料的綜合應(yīng)用和系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)，上海現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)大廈北樓整體修繕項(xiàng)目取得顯著節(jié)能效果，具體如表1所示。

從表1可知，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的改造通過采用高性能保溫材料，使外墻、窗戶和屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)分別降低了80.6% 、 70.0% 和 75.0% ，共計(jì)貢獻(xiàn)了 30% 的節(jié)能率。空調(diào)系統(tǒng)的改造對總體節(jié)能貢獻(xiàn)最為顯著，節(jié)能貢獻(xiàn)率達(dá)到 35% 。通過更換為一級(jí)能效的多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)并增設(shè)帶熱回收的新風(fēng)系統(tǒng)，空調(diào)系統(tǒng)能效比提升至4.5以上，比原系統(tǒng)節(jié)能約 33.3% 。照明系統(tǒng)改造將功率密度從 15W/m² 降低到 6W/m² ，節(jié)能率達(dá) 60% ，貢獻(xiàn)率為15% 。可再生能源利用方面，新增太陽能系統(tǒng)年發(fā)電量約 10kw?h ，貢獻(xiàn)率達(dá) 15% 。雨水資源利用和智慧化管理系統(tǒng)分別貢獻(xiàn)了 5% 的節(jié)能率。綜合各項(xiàng)措施，該項(xiàng)目總體節(jié)能率超過 50% ，達(dá)到了超低能耗建筑標(biāo)準(zhǔn)。

5結(jié)束語

高性能建筑材料在本項(xiàng)目中展現(xiàn)出顯著的應(yīng)用優(yōu)勢。高性能保溫材料如巖棉板在改造中的應(yīng)用，不僅實(shí)現(xiàn)了極低的傳熱系數(shù)，還兼具防火、隔音等多重功能，解決了傳統(tǒng)建筑改造中性能單一的問題。低輻射鍍膜玻璃與斷熱鋁合金窗框的組合應(yīng)用，在保證采光的同時(shí)有效阻斷熱輻射傳遞，體現(xiàn)了高性能材料在能源與舒適性平衡方面的優(yōu)勢。高性能建筑材料具有良好的耐久性和穩(wěn)定性，使改造后建筑的使用壽命和性能持久性得到保障，減少了后續(xù)維護(hù)成本。如高分子防水材料在屋面綠化系統(tǒng)中的應(yīng)用，耐根穿刺性能優(yōu)異，使屋面既能實(shí)現(xiàn)降溫隔熱功能，又能長期保持防水性能。通過系統(tǒng)分析其應(yīng)用技術(shù)和實(shí)踐案例，可見其在提升建筑性能、降低能源消耗、減少環(huán)境負(fù)荷等方面具有顯著優(yōu)勢。應(yīng)加強(qiáng)材料性能與建筑設(shè)計(jì)的融合創(chuàng)新，完善相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)和規(guī)模化應(yīng)用。政府、企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)應(yīng)形成合力，建立良性市場機(jī)制，為高性能建筑材料在綠色建筑設(shè)計(jì)中的廣泛應(yīng)用創(chuàng)造有利條件，助力建筑行業(yè)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

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