绿色建筑材料在土木工程施工中的应用

2022-09-29穆文媛

中国建筑装饰装修 2022年17期

穆文媛

1 绿色建筑及绿色建筑材料

1.1 绿色建筑

建筑物是人类在生产和生活各类活动中为了顺应自然环境而修建的各种遮蔽物，绿色建筑是在绿色生态理念指导下建造的建筑物，能够为人类提供舒适的空间[1]。发展绿色建筑的主要目的是尽量减少能源和资源的消耗，减少对生态的损害，运用新的建造技术和高性能建筑材料来提高人们的生活质量。合理使用绿色建筑材料，不仅可以营造健康、舒适的环境，还可以节省能源，降低运营成本，提高使用者的居住品质。在建筑设计过程中，不仅要考虑建筑环境、建筑形态、设施条件、施工工艺、建筑材料及使用管理等因素对建筑的影响，还要考虑施工过程中产生的费用[2]。

1.2 绿色建筑材料

绿色建筑材料是指利用工农业固体废弃物，通过清洁技术生产出的无毒无害并能回收利用的建筑材料。绿色建筑材料有3 个特征：第一，有效利用工业废弃物，变废为宝，降低建筑材料能源消耗对环境的污染；第二，采取低污染的生产方式，降低环境负担；第三，达到使用年限后可以加工后循环使用。

2 国内绿色建筑材料发展现状

2.1 相关法律法规不完善

目前，《中华人民共和国建筑法》《节约能源法》《民用建筑节能条例》等法律法规为我国开展节能减排工作提供了法律支撑。然而，随着社会经济的发展，原来的技术和判断标准也在不断变化，各地虽然根据实际情况也修订了地方性法规，但国家层面却没有新的立法，缺乏上位法依据。

另外，由于各地经济发展水平不同，对绿色建筑和绿色建筑材料的重视程度不一样，因此采取的激励措施也存在较大差异[3]。

2.2 缺少统一的标准

当前，国内外对建筑材料的称呼不一致，也没有一套完整、权威的评价体系。发展绿色建筑项目需要一定比例的绿色建筑建材，环保部门批准的绿色建筑材料种类较少，主要强调的是环境保护的特性，侧重于检测材料中的有毒物质是否超标，并不能充分体现绿色建筑材料的其他特性，且对其他具体功能缺乏评价标准。因此，建立一套适合我国建筑材料开发体系的绿色建筑材料评估系统已成为当务之急[4]。

2.3 绿色建筑材料的销量受多因素影响

自从绿色建筑材料进入市场，健康环保的建筑材料受到建筑业的广泛重视，很多企业都在宣传绿色、环保的建筑材料。但由于绿色建材市场鱼龙混杂，人们无法有效甄别名目繁多的建材产品，绿色建筑材料是否环保缺乏权威机构的鉴定，高品质的绿色建材也因科技含量高、价格贵而影响了销售量。

2.4 绿色建筑材料的研发难以紧跟建设需求

近年来，国内绿色建筑材料的研发仍处于初级阶段，科研经费不足，创新能力较弱，导致绿色建筑行业的发展受到影响。目前，大多数建筑材料企业以中低档绿色建筑材料为主，较少使用高科技材料，材料开发与市场需求出现了脱节。

3 应用绿色建筑材料的必要性

（1）可持续发展的战略需要。可持续发展理念应从经济、人口、社会、资源与环境等方面综合考虑，一切从实际出发，寻找适合建筑行业与环境协调发展的绿色道路。发展绿色建筑是我国可持续发展战略的内在需要，而绿色建筑材料的使用有利于节能减排、保护环境，促进土木工程建筑的可持续发展，给项目带来持久的利益。

（2）国家经济结构调整的要求。传统经济发展模式已经不符合目前社会发展的要求，为此我国开始转变经济发展模式，建设环保型社会。同时，我国正在积极促进各个行业转型，采用新型绿色建筑材料代替能耗过大、污染过大的传统建筑材料。

（3）符合消费者的消费需求。如今，人们对自身健康越来越重视，对生活环境和配套设施的环保要求也越来越高，从而对建筑材料有了新需求。例如，在土木建筑中使用无毒无害且具有绿色性和循环性的绿色建筑材料，不仅可以保障居民的正当消费权益，还符合人们的心理需求。

4 绿色建筑材料的功能

4.1 具有保温隔湿功能

近年来，我国高层建筑火灾事故的发生率极高，而外墙隔热材料的防火性能差是导致火灾事故频发的一个重要原因。而把绿色建筑材料应用于建筑外部不仅可以起到很好的保温隔湿作用，还能更好地防火。例如，我国南北方气候不同，北方寒冷地区使用绿色建筑材料可以起到很好的保温效果；南方天气炎热潮湿，使用绿色建筑材料不但可以起到隔湿效果，而且可以过滤一部分热量，减少空调的使用时间。

4.2 具有环保功能

传统建筑材料的资源损耗很大，而且施工时会给周围环境造成污染，是重要的污染源。不仅如此，传统建筑材料经过风吹、日晒、雨淋会因自然侵蚀而缩短使用寿命，造成施工外围环境污染，加重当前的温室效应，而绿色建筑材料应用于室内装修中，具有一定的环保功能。例如，常见的绿色环保涂料可以减少甲醛和其他有毒有害化学成分对人体的伤害，门窗中使用绿色建筑材料可以有效提高采光、保温、隔音效果，常用的如铝合金隔热材料、铝木复合保温材料等均具有环保功能。由于绿色建筑材料具有可再生性，装修剩余的材料也不会对环境造成二次污染，因此应用在人流量大的公共场所设施中可以避免释放有毒气体，最大限度保障人们的健康。

绿色建筑材料具有能耗小、无污染、耐水性强、强度高以及重量轻等特点，被广泛应用于建筑施工中。与传统材料相比，绿色建筑材料虽说制造成本较高，但施工中材料浪费现象鲜少发生，还具有轻质、高强和速凝等性能，有很高的能源利用率，而且其原材料是工程边角料与工厂废弃物等，避免了二次污染，有效改善了人们的生活环境[5]。

5 绿色建筑材料的研究和应用

5.1 泡沫混凝土的研究和应用

粉煤灰是一种工业副产品，如果长期堆积不仅会造成资源浪费，而且对周围的环境也会造成严重影响。将一定比例的粉煤灰加入泡沫混凝土中，既能调节混凝土的配合比，又能减少混凝土的用量，减少水泥熟料产物生产过程中的碳排放量。同时，粉煤灰能够显著提高一般水泥基体的力学特性，二次水化后产生的胶状产品不仅可以作为填料，还可以作为黏合物进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，可以有效减少泡沫混凝土水化放热带来的不利影响，从而改善泡沫混凝土的抗开裂性能。

通过显微镜观察发现，大部分粉煤灰是表面平滑的球状粒子（图1），减少了标定浓度所需的水分，可以有效减少泡沫混凝土的孔隙，提高混凝土的强度和耐用性。但是水泥中掺入粉煤灰的比例也有一定要求，若掺入过量粉煤灰则会导致泡沫混凝土的强度下降，影响实际使用。

图1 粉煤灰在显微镜下的状态

5.2 新型泡沫混凝土的研究和应用

不同的土木工程施工环境对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应用越来越趋向于轻质、一体化、多功能及高耐久性[6]。

5.2.1 轻质泡沫混凝土

研制新型的轻质泡沫混凝土（图2）主要是为了进一步减小轻质泡沫混凝土的致密程度，提高隔热效果，方便制备、运输和安装。不仅如此，轻质泡沫混凝土因其具有良好的特性，被广泛应用于节能墙体材料中，例如可以运用在挡土墙、修建运动场和田径跑道、夹芯构件、管线回填以及贫混凝土填层中，还可以用于屋面边坡、园林绿化等方面。

图2 轻质泡沫混凝土

但生产中的水泥砂浆崩塌现象会导致泡沫破碎产生连接孔，从而引发沉陷等问题，因此可以利用促凝剂、消泡剂、增稠剂以及稳定剂等来改善泡沫的特性。轻质泡沫混凝土作为传统保温、防水、找坡材料的替代品，具有较好的保温隔热效果，通过现场浇注施工将保温层、防水层、保护层、找平层以及找坡层一次成型，有效降低工程造价[7]。

5.2.2 保温结构一体化新型墙板

单种材料的泡沫混凝土墙板很难实现强度和性能的统一，针对以上问题研究人员研制出复合墙板、保温砌块等新型墙体，其中复合墙板的结构形式为“三明治”（图3），因其在预制过程中将保温层夹在两层墙板中间像三明治而得名，外墙板分为饰面层、保温层、结构层三层，通过连接件（材质为高强玻璃纤维）将饰面层、保温层、结构层拉结成一个整体，在生产时一次成型，从而实现外墙板结构装饰保温一体化。

图3 “三明治”复合墙板

通过对泡沫混凝土复合墙体进行隔热、保温等方面的研究，现在基本上达到了墙体的抗压、隔热等要求。另外，外墙建筑保温能力是建筑物结构寿命周期中一项关键的技术指标，传统外贴型保温板施工质量受粘结砂浆、保温钉材质和工人施工技术等影响，容易出现外墙保温剥落的情况。这种保温结构一体化新型墙板已经广泛应用到各种高度的居住和公共建筑。

5.2.3 掺入纳米复合材料的泡沫混凝土

纳米复合材料拥有传统材料不具备的独特性能，在泡沫混凝土中掺入纳米复合材料可以生产出高性能、多用途的新型建筑材料。性能良好的纳米金属氧化物和无机纳米材料已经在水泥砼行业得到有效研发和应用。纳米复合材料能够同泡沫混凝土中的砂浆、矿物掺和材料等构成很好的粒径组合，从而增强了泡沫混凝土的整体性和力学强度，改善了泡沫混凝土整体的抗渗性能与耐久性，并提高了泡沫混凝土材料的物理性能，如耐磨耗性、导电性、导热性等，使混凝土基材向高性能和多用途方向发展[8]。采用这种方式生产出来的高性能建筑材料，可以满足机场、铁路、隧道、核电站、水电站以及港口等重大工程项目的需求。