绿色建材的研究与发展综述

刘邦禹，蔡 晗

（大连理工大学建设工程学部，辽宁 大连 116024）

绿色建材的研究与发展综述

刘邦禹，蔡 晗

（大连理工大学建设工程学部，辽宁 大连 116024）

总结了绿色建材的基本概念与评价方法，介绍了绿色混凝土、绿色墙体材料、绿色涂料、相变储能建筑材料，认为绿色建材和绿色建筑技术将成为未来建筑行业的主要研究方向之一，今后我国绿色建材发展的主要前提首先是提高政府、设计人员的环保意识，其次要健全评价体系。

绿色建材；研究；发展；综述；环境保护

建筑材料无处不在、无处不有，是建筑行业的根基。在建筑行业飞速发展的当今中国，建筑材料在国民经济中占有举足轻重的地位，而建筑材料是否经济、环保也直接决定了国家建筑行业的能源消耗。有资料显示，一项建筑工程施工阶段的能耗约占15%，其中建筑材料的生产能耗占到75%左右，在总能耗中占比最大。生产 1t硅酸盐水泥需耗石灰石1.3t、粘土0.2t，还有各种校正材料，资源消耗与浪费对环境有重大影响；在能源方面需要使用170kg标准煤与 120kWh电能，其碳排放量达到0.936（t－CO2／t水泥）［1］。由此可见，在 可 持 续 发 展的要求下，应用绿色建筑技术、采用绿色建筑材料是降低中国建筑业能耗与碳排放的必要方法。自2000年以来，我国对绿色建筑行业的关注不断提高，也开发了许多高效节能的绿色建筑材料与技术，全国各地也开始出现了绿色样板建筑供人居住，这些都对促进绿色建筑业发展起到了积极作用。

1 绿色建材的基本概念与评价方法

1.1 绿色建材的基本概念

绿色建材也可称为环保建材或生态建材，其主要功能在于保护人体健康与环境资源。相比于普通建筑材料，绿色建材对原材料利用、生产过程、施工过程、使用过程、废弃物处理五个过程进行评价，以确保满足功能要求［2］。

（1）建筑材料生产过程能耗较低，不产生新的污染源；

（2）尽量使用废弃物回收利用加工而成的再生资源，少使用天然资源；

（3）使用高效率能源与性能优异的材料以降低能耗；

（4）材料多功能化，如除菌、除臭、隔音、阻热等，确保产品有益于人体健康，改进生活环境。

1.2 绿色建材的评价指标与标准

绿色建材的评价系统分为绿色建材产品评价系统和建筑物建成后绿色建材评价的综合评价系统。其测试指标一般分为两类：第一类为单项理化指标，例如放射性强度、甲醛含量等；第二类为复合测试指标，包括挥发物总含量、人类感觉试验、耐燃等级以及氧指数等。绿色建材的评价指标也可以分为两类：第一类为卫生类评价指标，必须所有指标均符合要求才可以作为绿色建材；第二类为复合类评价，包括耐燃等级等，其中若有指标优秀，材料就可作为绿色建材［3］。国际上采用较广泛的评价标准是 ISO14000标准中全生命周期理论，这项理论通过研究能量与资源利用及由此造成的废弃物排放情况对产品进行合理的评 价［4］。

2 绿色建材分类概述

2.1 绿色混凝土

绿色高性能混凝土 （GHPC）这一概念于1997年的 “高强与高性能混凝土”会议上被首次提出，并被公认为混凝土这一建筑材料未来的发展道路，也是混凝土能长期作为主要建材被使用的基本前提。相比传统混凝土，GHPC可以实现非再生性资源的可循环使用和有害物质的最低排放，既减少了对地球的负担，又能与生态系统协调共生。其主要特点有：

（1）节约资源、能源；

（2）不破坏环境，更有利于环境；

（3）可持续发展，保证人类后代能健康、幸福地生存下去［5］。

GHPC具有减轻环境负荷、环境友好的特性，作为高性能混凝土，还拥有很好的强度、工作性、耐久性。

有资料显示，我国粉煤灰年产量已经达到 1.5 亿t，对环境产生了巨大的负荷，但通过一定的技术措施，可以将这种工业废渣大量掺入，取代水泥熟料，同时不会降低混凝土的性能。城市的生活垃圾也可以作为混凝土生产的原料，通过添加催化剂，垃圾加速降解形成干物质，干物质中已经包含了塑料等固体，形成了具有一定强度的建筑材料，经消毒后对人体没有毒害作用［6］。再生骨料混凝土是利用旧建筑物解体后形成的垃圾，破碎后制得粗骨料与细骨料，代替部分砂石骨料而制得混凝土。这是一种节约资源的常用措施，如全长133.5km的合宁高速公路，每年路面的维修工程量9～10万 m2，产生旧混凝土3～4万m3，路面维修中利用废弃混凝土再生骨料代替天然骨料配制再生混凝土用于道路，利用率达到 80%，节约骨料的运输费用117～130万元，节省废混凝土占用土地费用 67～75万元［7］。传统的水泥生产过程可以概括为两磨一烧，其中生料煅烧的过程要消耗大量热能。新型的碱矿渣水泥利用碱金属化合物与工业矿渣化学反应产生而胶结的性质，取代了胶凝材料，从而取消了烧制过程。

2.2 绿色墙体材料

我国城市已经禁止了粘土砖的使用，用以保护耕地。作为替代，我国大力发展煤矸石砖、粉煤灰砖等砖制品，同时发展了混凝土砌块、陶粒粉煤灰空心砌块等砌块材料，这些新型墙材给环境造成的负担都较小。

绿色墙体材料的生产原料及途径主要有以下三个方面：

第一，我国是世界上最大的粉煤灰生产国之一，但目前利用率只有40%，这些废渣均可用以生产墙体材料。据估算，若用工业废渣代替黏土制造相当于1000亿块实心黏土砖的新型墙体材料，可消耗工业废渣 7000万 t，节约耕地2000hm2，节约生产能耗 100万 t标煤。例如，四川省开发成功的页岩多孔砖不含黏土，已在成都市“锦城苑”小康住宅示范工程大量使用，与实心黏土砖相比，可节约生产与建筑使用能耗 20%［8］。

第二，我国建筑垃圾年排放量接近10亿 t，位居世界首位，但回收利用率不足10%。这些建筑垃圾大多可以用来制作砖、砌块、混凝土及其他建筑材料，我国也已成功开发了一些产品，如利用废砖和废混凝土块制成混凝土砌块砖、花格砖等轻质砌块［9］。

第三，利用农业废弃物生产墙体材料是发展绿色墙体材料的重要方向之一，并且这类墙体材料在质量较轻的前提下同样能保证强度。首先，可以采用稻壳作为墙体材料。这是由于稻壳内含有20%的无定形硅石，能够提高防水与耐久性。具体成果有稻壳砖、轻质水泥稻草板、绝热耐火砖等。其次，稻草与秸秆加热挤压成型再粘贴棉纸形成的纸面草板也有保温、耐燃的优点，同时节约了30%的造价与80%的能耗［10］。

2.3 绿色涂料

绿色涂料的主要特征是对生态环境不造成危害，同时不会对人类健康造成负面影响。这种涂料不含有机溶剂与重金属盐，也不产生有机挥发物。为减少 VOC排放量，绿色涂料的发展方向主要有涂料水性化、粉末化、高固体分化等［11］。

（1）涂料水性化。水性涂料根据树脂的类型可分为稀释型、胶体分散型、水分散型或乳胶型三种，主要品种有醋酸乙烯酯漆、水性环氧自干漆、水性醇酸氨基烘干漆和含氟丙烯酸酯等系列高级涂料。水性涂料用水取代了有机溶剂，降低成本的同时不产生环境污染，更消除了火灾的隐患。欧洲发达国家对水性涂料应用广泛，如在德国水性涂料的应用已经达到 90%以上，在世界范围内水性涂料也有乐观的发展前景［12］。

（2）涂料粉末化。粉末涂料是一种含100%固体分、以带电粉末粒子进行涂装、经加热熔融—流平—焦化—固化而成的新型涂料，整个涂漆干燥过程中均无有机溶剂参与，对环境保护十分有利，火灾的危险性也很小［13］。

（3）高固体分化涂料。一般固体分在 65%～85%的涂料均可称为高固体分涂料，主要用于汽车行业，目前其主要品种为氨基丙烯酸氨基聚酯及自干型醇酸漆。这类涂料主要是通过合成低聚物大幅度地降低成膜物的相对分子质量，降低树脂黏度，而每个低分子本身尚须含有均匀的官能团，使其在漆膜形成过程中靠交联作用获得优良的涂层，从而达到和传统的涂层相同的性能［14］。

2.4 相变储能建筑材料

相变储能材料在发生相变的过程中会随着环境温度的变化吸收或放出热能，从而达到控制环境温度变化的效果。利用这种材料构筑建筑围护结构，能使建筑供暖或空调能耗降低、减小空气处理设备容量，同时可使空调或供暖系统利用夜间廉价电运行，降低其运行费用［15］。

相变储能材料的研究方向主要在于相变材料与基材料的复合，目前相变材料植入建筑材料中的方式主要有三种：

一是将相变材料直接掺入建筑材料制得相变储能材料。这种方法成本低廉，但容易发生化学反应从而影响材料性能。

二是将建筑材料直接浸泡在相变材料中制得。这种方法同样工艺简单，例如 Chahroudi曾用此法制备了相变储能混凝土［16］。

三是胶囊包裹方式制得，可分为微胶囊包裹和大体积包裹。其中微胶囊包裹指微小的球形或棒状相变材料颗粒被高分子材料薄膜包裹，如此形成的复合结构可以被掺入到其他的基体材料中去。大体积包裹指的是将相变材料颗粒封装在管子、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。这类方法制备工艺相对比较复杂，成本过高［17］。

3 结语

国内目前对于绿色建材的研究还处于初步阶段，但可以预见绿色建材及绿色建筑技术将成为未来建筑行业的主要研究方向之一。今后我国绿色建材发展的主要前提首先是要提高政府、设计人员的环保意识，其次要健全评价体系，只有这样才能开发出更多生态友好、有益人体健康的新型建筑材料。

［1］赵平，同继锋，马眷荣.建筑材料环境负荷指标及评价体系的研究 ［J］.中国建材科技，2004，13（6）：1－7.

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Review of Research and Development of Green Building Materials

LIU Bang－yu，CAI Han
（Faculty of Infrastructure Engineering，Dalian University of Science and Technology，Dalian Liaoning 116024 China）

The concepts and evaluation methods of green building materials were summarized.Green concretes，green wall materials，and green paints will become the main stream for future construction industry.Improving the environmental awareness of the government and the designers would be essential in China’s development of green building materials in the near future.Additionally，the evaluation system of green building materials should be promoted as well.

green building material；research；development；review；environmental protection

X38

A

1673－9655（2014）04－0056－03

2014－02－12

刘邦禹 （1993－），男，本科生，从事建筑工程研究。