绿色建筑材料在土木工程施工中的应用分析

李万军 联勤保障部队第三工程代建管理办公室工程师

张 艳 苏州科技大学土木工程学院

李子田 西华大学法学院

我国建筑业的快速发展以及城镇化建设的推进，使得越来越多的建筑材料被应用于工程建设项目。新建建筑以及拆除建筑所应用的建筑材料带来了一系列环境问题和资源消耗，对我国环境和资源的可持续发展造成了严重影响。而绿色建筑材料的应用在我国的资源、能源以及节能减排等方面起到非常关键的作用，对生态环境保护也起到促进作用。因此，开发低碳低消耗、可循环的绿色建筑材料尤为迫切。

1 绿色建筑及其建筑材料的相关内容

1.1 绿色建筑的节能指标

对绿色建筑而言，绿色建筑材料是其中的一项，但是并非全部。总体来说，还包含土地节约与室外环境的协调、能源节约与能源的有效利用、水资源节约与水资源的有效利用、材料节约与材料资源的合理利用、室内环境监测及运营这6 大项，是多项绿色节能指标综合运用的结果。这种评价标准不仅适用于民用建筑，而且逐渐应用于工业建筑等多种建筑形式，是对资源的合理综合利用以及资源在建筑节约方面的深层次研究。

1.2 绿色建筑材料的分类及选用

在绿色建筑评价标准中，涉及绿色建筑材料的项目很多，根据绿色建筑材料的特点，可以划分为环保型和节能型等类型。施工单位需要根据不同绿色建筑材料的侧重点，充分发挥出材料的优势[1]。绿色建筑材料的使用，是让天然无污染或者对人体及环境污染小的材料，或者是对一些工业废弃物经过加工之后，成为可以具有一定使用功能或者承重功能的材料，绿色材料的选择标准不仅在于开发利用，同时也在于拆除或报废时对环境的污染程度以及可循环利用程度。

1.3 绿色建筑材料的特点

绿色建筑材料具有耗能可控、对环境友好以及污染小的特点，当使用此类绿色建筑材料进行建造时，所建建筑因为绿色建筑材料的使用，使建筑本身也具有低耗能、对环境污染小的特性。随着科技的发展，许多建筑材料从强度、质量以及性能等方面进行了改进，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优势。有些绿色建筑材料由于消耗了建筑废弃物或者工业废弃物，将高科技技术融入建筑施工材料中，使材料在使用方面能够降低碳排放，减少碳中和，对环境更加友好。当前绿色建筑材料具有较高的造价成本，但是具有循环功能，施工单位可以循环利用建筑废料，降低建筑整体施工成本，同时避免污染生态环境，因此在土木工程外部施工中需要推广绿色建筑材料[2]。

2 在土木施工中使用绿色建筑材料的必要性

越来越多的建筑施工在节能减排方面进行优化，采用先进的技术不断改进新材料，使其更加符合现代社会可循环的发展理念。在土木施工中使用绿色建筑材料，具有非常重要的意义。

2.1 可以缩短我国与世界建筑发展大国之间的差距

国家大力支持新型建筑材料的研发，推动绿色建筑材料在工程领域中的使用，努力缩短我国在建筑方面与世界建筑发展大国之间的差距。尤其在建筑材料的节能环保以及可循环使用方面，在参考国外建筑节能减排方面的做法之后，选择一条符合我国国情发展的绿色建筑材料的发展之路。

2.2 有效提高材料利用率，减少环境污染

目前，制约建筑材料生产的主要因素是生产效率和制造工艺。绿色建筑材料的生产需要更复杂的生产工艺，生产效率也不如传统建筑材料高，因而其生产成本比较高，不能大范围普及到工业及民用工程中。解决制约绿色建筑材料发展的工艺因素是现阶段绿色建材发展的重要方向，能够有效地提升绿色建材的使用率，减少环境污染。

2.3 有效促进了新材料的研发，推动了工程发展

将各建筑材料开发的新型建筑材料具体地应用于实际工程中，在推动科研发展的同时，也促进了科研向实际工程应用的产品转化。绿色建筑理念的提出，使绿色建筑材料的发展更具有前瞻性和实际意义，对推动工程发展具有十分重要的作用。

3 传统绿色建筑材料分类及材料特性

绿色建筑材料是当前建筑工程进行改革的方向之一，对于国家建设集约型和环境友好型社会具有非常重要的作用。但是并不是一味地使用绿色建筑材料就能够使建筑达到良好的节能效果，还需要建筑的各个环节和因素共同配合、相互作用才能够发挥建筑材料在工程中的重要作用。建筑市场中绿色建筑材料类型比较丰富，施工单位在采购绿色建筑材料的过程中，需要结合施工规范和项目环节强度指标，充分发挥出绿色建筑材料的作用[3]。

3.1 建筑墙体块体材料

在墙体材料的选择中，多采用具有特殊性质的砌块，尤其在选择墙体材料时，应确保由材料制备的砌块具有保温隔热的性能，或者在一些特殊条件的使用下，能够发挥砌块良好的隔声性能。在实际工程的使用过程中，常常会根据工程需要选择加气混凝土砌块和模网混凝土砌块等，以发挥建筑材料的保温性能。在多种建筑墙体材料中，加气混凝土砌块材料由于取材来源广泛，制作工艺成熟，因而在工程中的使用率比较高。其内部存在孔洞，有利于发挥墙体保温隔热的性能，再加上其具有良好的耐火性，因此在工程中被广泛使用。

相比其他墙体材料，EPS 砌块在工程上使用不及加气混凝土砌块的使用广泛，但是由于其具有结构牢固、连接方便、综合造价低以及具有一定的承载力等特点，在许多情况下也会使用。混凝土空心砌块的取材和制作很方便，但是由于其规格尺寸在工程上使用受到限制，因此使用范围具有局限性。

3.2 建筑外墙保温材料

建筑外墙的保温性能对于降低建筑能耗、提高建筑的热使用率非常重要，也是建筑节能中重要的考虑因素，其作用发挥的好坏会直接影响建筑的保温性能。当前市场上有种类繁多的建筑外墙保温材料，在选择时不仅需要考虑材料对于热能吸收和散失的作用，还应当考虑外墙保温材料的耐久性能以及使用年限。

矿物棉在外墙或钢结构屋面的外保温方面虽然具有质量轻、保温性能好、吸声性能好以及具有抗阻燃性等优点，但因为矿物棉材料质量的差异性影响了其保温效果，因而不利于推广。聚苯乙烯泡沫塑料具有良好的抗阻燃性，连接方式简便，外墙装饰加工简单，且与涂料贴合程度高，因此被广泛使用。胶粉聚苯颗粒保温材料是一种近年来一直推广的建筑外保温材料，具有良好的热工性能，不仅有良好的内保温效果，还具有良好的外部隔热效果，因此应用前景广阔。

3.3 建筑门窗使用材料

建筑门窗的绿色建筑材料使用方面主要考虑的是环保玻璃的使用，在经济性和性能方面进行综合选择。环保玻璃有中空玻璃、真空玻璃以及镀膜低辐射玻璃。这些玻璃的特点各不相同，在材料的选择方面要根据工程需要进行选择，同时会对建筑节能产生比较重要的影响。中空玻璃在建筑中的应用趋势越来越明显，因为中空层可降低建筑的能耗，有效减少室内的热散失。真空玻璃在工程中使用率更高，尤其在高层建筑中，真空玻璃成为首选材料。镀膜低辐射玻璃由于加入了镀膜层，降低了室内外的热量交换，使保温性能比中空玻璃以及真空玻璃更好，由于兼具良好的装饰和防眩晕效果，因此被许多绿色建筑采用。

4 现代绿色建筑材料的发展趋势

现代绿色建筑材料的特性如图1 所示。首先是保证材料的原始基本特性，如隔热性能、隔声性能、材料强度、反射性能、吸水性能、透光性能、耐火性能、防腐性能、加工性能以及耐干缩性能等。这些性能都是材料应当包含的基本的物理及化学方面的特性，也是满足材料作为基本建筑材料应当具备的性能，不会随着材料里相对元素的改变而发生变化，如混凝土的可塑性及流动性和金属材料的传热导电性等。另外，材料被加工后的性能将优于原来的性能，并且某一方面的特质能够得到明显改善，如材料的色彩、色泽、质感、光滑度、形状以及尺度等。这些不仅与材料的生产及加工方式有关，而且材料本身也会由于某些元素含量的变化而发生性能方面的改变。

图1 建筑材料的特性

4.1 混凝土

混凝土是一种通过沙子、石子、水泥等粗细骨料及粘结材料，添加改善混凝土各种性能的一定比例外加剂而形成的建筑材料，其用途非常广泛。混凝土由于具有良好的可塑性，在建筑的许多使用方面都有所涉及，是我国建筑业发展过程中最重要的建筑材料之一。近年来，不同的材料添加到混凝土中，如玻璃纤维混凝土和钢纤维混凝土等，使其能够显示出良好的抗拉性能，弥补了混凝土由于抗拉能力不足而造成的影响。

4.1.1 预制混凝土块

在一些工程中，对于混凝土砌块可以根据不同的工程特点进行定制。采用不同规格尺寸的模具可以提高材料的使用效率，减少由于混凝土尺寸规格与建筑模数或建筑尺寸不匹配而造成的浪费。而且模具可以做成可调式，从而实现在不同的工程中循环使用。

4.1.2 清水混凝土

清水混凝土的材质使混凝土可以直接作为建筑的外立面或者表面，省去了其他材料附加所造成的造价方面的影响，也降低了因为表面装饰材料的拆除或处理而形成的建筑垃圾。在制备清水混凝土的过程中，还可以加入不同的颜色和纹理来配合建筑的需要。

4.1.3 艺术混凝土

艺术混凝土即再造石，是将建筑拆除后产生的混凝土废弃物，通过粘结材料进行加工形成的一种人造石材。其具有良好的可塑性，而且可以在表面进行雕刻形成花纹，对于绿色低碳经济下的混凝土固体废弃物的处理有良好的效果。此外，其价格低于真正的石材，是一种拥有很多优点的绿色建筑材料。

4.2 金属材料

金属材料在建筑工程中的使用十分常见，不仅可以作为一种延展性良好的材料，与混凝土浇筑在一起为钢筋混凝土构件提供良好的抗拉性能，而且可以作为单独的受力构件，如钢结构，在工程中独自发挥承重作用。金属材料本身是一种绿色建筑材料，由于其在建筑拆除后可以回收利用，重新回炉轧制形成新的建筑钢材，因而在绿色建筑材料中有着非常重要的作用，也是建筑中必不可少的重要材料之一。

4.2.1 建筑钢材

由于工程种类的多样性以及越来越多的工程向更高跨度和更大的方向发展，使得建筑钢材在工程中的使用也向更高强度发展。钢材所具有的良好加工性能和轻质高强的性能是工程中采用其作为承重结构的主要原因。建筑钢材在建筑节能减排和材料有效循环利用方面具有广阔的前景。

4.2.2 铸铝板

铸铝板具有良好的加工性能，通过铸造的方式对铝材进行加工而得到。在一些建筑外墙及防盗门的使用中，铸铝板发挥了重要的作用。而且其厚度可以根据用户的需求进行定制，满足产品多样性方面的要求。

4.2.3 铝镁锰屋面

铝镁锰屋面由于具有良好的耐久性，近年来被用于使用寿命在50 年以上的建筑屋面上，解决了金属材料屋面耐久性能不佳，需要经常更换的弊病。不仅能够有效节约资源，还能够降低人工成本，同时具有舒适、轻型、耐久的特点，因而成为近年来绿色建筑屋面材料应用中的首选材料。

4.2.4 穿孔铝板

穿孔铝板是指用纯铝或铝合金材料通过机械压力加工制成的横断面为矩形且厚度均匀的矩形材料。其造型与装饰性兼具，在一些大型的公共建筑、场馆、会所中均有采用，装饰效果好、色泽高档且绿色可循环，是近年来绿色建筑材料的主流产品之一。

4.3 建筑玻璃

玻璃的合理使用不仅能够使建筑物的采光效果得到明显改善，还具有保温隔热等功能。随着科技的发展，玻璃中成分的调整和添加剂的加入，不但改变了玻璃易碎的特性，发挥了其装饰性好、透光性能佳的优点，而且使许多不同特性的玻璃得到了开发，使玻璃的艺术性和实用性在工程中得到了良好应用。使用建筑玻璃作为建筑的隔墙，不仅能够增加透光性，而且特殊材质玻璃的使用也丝毫不影响空间的私密性。在绿色建筑材料的开发方面，玻璃中成分的改变，使得建筑材料兼具多种材料的复合性能。

4.3.1 彩釉玻璃

彩釉玻璃是将无机釉料（又称油墨）印刷到玻璃表面，通过采用一系列的烘干技术对玻璃进行处理，比如进行钢化、热化加工等多道工序的处理，将釉料永久烧结于玻璃表面而得到一种耐磨、耐酸碱的玻璃产品。这种玻璃产品具有良好的加工性能，可以制作多种与建筑风格相匹配的花纹，因此在许多兼具采光功能和装饰功能的建筑中均会采用。

4.3.2 U 型玻璃

玻璃的特点是加工性能好，可以根据建筑需要定制不同的颜色和形状，满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，具有私密性优的特点。它透光但不透影，户外直射光经过U 型玻璃就转换为漫射光，使材料更具有应用价值。

5 现代绿色建筑材料与工程施工技术的融合

绿色建筑材料是建筑是否节能环保的基础，也是推动未来建筑行业不断发展的关键组成要素。在未来建筑的发展过程中，势必需要通过更加先进的施工技术对建筑材料的性能加以发挥，使其更好地为使用者服务，为环境服务，为生态的可持续发展服务。将现代绿色建筑材料与工程施工技术相融合，需要从功能需求、材料组合以及技术支持3个方面深入挖掘，使其发挥最大的功能。

5.1 多样性功能需求的组合

建筑最原始的功能是给人类一个能够遮挡风雨和躲避野兽攻击的场所，使人能够更加安全地在建筑内部生活。随着人类文明的发展以及对生活的追求，人们对建筑功能的要求越来越高。随着建造技术的不断发展，房屋所具有的功能不断完善，其构造方面也越来越满足人们多样化的要求，建筑从基本的舒适性向智能化建筑方向发展。比如在寒冷地区，人们对建筑的要求是保温，能够减少热量流失，而炎热地区人们对建筑的要求则是能够隔热，这本身对于不同的地域以及需求而言是不断进步的。由于建筑材料本身所具有的优点不同，可以将多种材料进行复合，利用材料之间性能的互补形成新的建筑材料，从而满足不同建筑性能的需求。

5.2 多种建筑材料的组合

对于不同建筑材料的组合，既可以是传统建筑材料与新型建筑材料之间的组合，又可以是新型建筑材料与新型建筑材料之间的组合。许多传统的建筑材料有最基本的使用特性，新材料的开发应当既保持原有建筑材料的使用特性不发生变化，又能够使组合后的材料朝着人们期待的特性方面改进。总之组合的目的是发挥几种不同的材料的性能，并且使组合后的性能达到最优化。建筑材料也可以在本身的使用方法上进行创新。人们对承重材料性能的要求无非是希望能够轻质高强，对其他外装饰材料的性能要求，除了具有一定的装饰效果之外，还应当具有一定的耐久性。因而发挥材料的特性，使其在建筑使用方面能够扬长避短。

5.3 多项施工技术的组合

由于建筑材料是否能够发挥作用需要依靠建筑构造来实现，因而施工技术是保障建筑材料能否发挥优良性能的关键性技术。传统的施工手段已经不能满足在建筑材料更新方面所需要的施工工艺的需求，因此在开发新的绿色建筑材料的同时，应当注重改进施工工艺，从而降低材料损耗，进一步提高建筑材料的使用效率，为满足建筑节能及建筑造型功能等多种需求而不断提高技术水平。

6 结语

绿色建筑材料的使用，使许多高科技的研发应用在实际工程中，不仅推动了科研与工程的结合，还为建筑行业带来很多经济效益。一方面，对降低碳排放、减少环境污染以及降低能耗等方面起到促进作用，对材料的循环利用具有非常重要的价值。另一方面，不仅能够使建筑物从墙体到屋面以及门窗等起到冬暖夏热的良好效果，为居住者提供良好的空间体验感，而且各种工业废弃物的使用，使各种固体废料得到了很好的循环利用，同时使建筑与周围环境更加协调。