阐述绿色建筑材料在土木工程施工中的应用

顾保利

(山东华邦建设集团有限公司 山东 潍坊 262500)

绿色设计和施工是土木建筑工程的主要发展方向,其特点是降低土木工程对环境资源的消耗、减少能耗以及消除建筑物中的污染物。绿色建筑材料涵盖了混凝土、砌体、隔墙板、地砖、保温材料、人造板材、墙面装饰材料等。有些绿色材料有助于建筑物保温隔热,可有效减少建筑物内的能量散失。有些绿色施工材料可促进废旧混凝土、砖瓦、矿渣等材料的循环利用。建筑设计和施工企业应该积极探索绿色建材的应用。

1 符合节材特点的绿色建筑材料施工应用

在土木工程中,混凝土材料的使用量占比非常大,是工程项目的主要耗材,2021年国内商品混凝土产量达到了30.6亿m3,因而混凝土是绿色建筑施工材料的研发重点,目前符合绿色节材标准的混凝土材料主要分为两种类型,具体如下。

1.1 绿色高性能混凝土

混凝土中除了水泥之外还包括粗细集料以及多种类型的外加剂,绿色高性能混凝土的概念由中国工程院院士提出,这种混凝土材料的特点是减少砂、石、熟料的用量,同时确保性能不下降。水泥混凝土中粗集料的粒径在4.75mm 以上,细集料的粒径小于这一指标,大量的粗集料是开采山石所得。配置混凝土所用的砂子大多为河砂。

国内每年所生产的混凝土数量庞大,由此会引发大量的砂石开采,破坏生态环境。混凝土中的熟料主要指水泥,生产水泥的过程中会造成严重的环境污染,因而减少熟料的用量也是实现绿色环保的有效途径[1]。

绿色高性能混凝土的关键是水泥熟料,粗细集料和砂子的使用量取决于水泥的特点。绿色高性能混凝土在性能上的特点为免振自密实(降低能耗)、优良的工作性、长久的使用寿命以及优异的体积稳定性。这种高性能水泥在国内的大型桥梁工程中已经得到了应用,如平南三桥(特大拱桥)中使用了免振自密实混凝土灌注桥梁主拱。

1.2 再生骨料混凝土

减少混凝土中天然骨料的使用量也是一种保护环境、降低山石开采强度的有效技术措施,再生骨料混凝土利用破碎的混凝土块、砖块以及玻璃制品等作为混凝土材料中的骨料,从而代替了天然的骨料。老旧建筑物拆除时可产生大量的混凝土块,并且这种建筑废料无法降解,长期堆积在自然环境中势必会占用土地资源,并且造成环境资源的浪费,与之类似的也包括玻璃制品、砖块等。再生骨料混凝土重复利用凝固后的混凝土材料,同时还消化了一些其他类型的废料,一方面减少了天然石料的开采,另一方面又减少了建筑垃圾,因而其环保性非常优异。目前我国已经将陶瓷、砖瓦、玻璃、矿渣以及炉渣等各种生产废料作为混凝土的再生骨料[2]。在粒径划分上主要分为三个级别,小于0.08mm、0.08～5mm 以及5mm 以上。

2 符合节能特点的绿色建筑材料施工应用

优异的节能性是绿色建筑的核心特征之一,也是绿色建筑设计和施工中的关键环节。建筑物能耗分为主动和被动两种,主动能耗是由电力电气设备等消耗的能源,典型的如建筑物的照明设备、采暖设备、空调设备等。被动能耗是通过建筑物材料向外界环境散失的能量。建筑墙体、门窗等部位都是能量散失的重要部位。因此,节能型绿色建筑材料主要指可抑制被动能耗的施工材料,目前常用的主要包括以下几种。

2.1 节能环保型砌体材料和板材

砌体材料和板材通常作为建筑物内部的隔墙施工材料,而隔墙的作用是在建筑物内部划分出多个空间,无论是室内的采暖,还是制冷,都是在相对密闭的空间内进行的,冬季采暖时要密闭门窗,夏季制冷时同样如此,这样做的目的是防止热量或者冷量从室内向外界环境散失。实际上建筑物的墙体也是一种冷热交换材料。钢筋混凝土材料主要用于建造建筑物的剪力墙、框架柱、框架梁等,室内隔墙载荷水平低,无需使用成本造价高昂的钢筋混凝土墙体结构。轻质环保墙体是此类结构施工的首选建筑材料。目前常用的轻质节能建筑隔墙材料包括免蒸泡沫混凝土砌块砖、水泥发泡轻质复核隔墙板,这两种材料的特点是内部存在较多的孔隙,可充满空气,有效地降低了热量或者冷量向外散失的效率,其保温隔热性能优异,具备节能特点[3]。

2.2 绿色环保型建筑外墙保温材料

相比于建筑内部隔墙,外墙的保温隔热设计具有更大的节能效果和价值。建筑物外墙直接与外部环境相同,夏季的阳光暴晒可通过墙体将热量传递到室内,同样地,冬季室内采暖时产生的热量亦可通过建筑物外墙传递到室外环境中。如果外墙保温隔热效果较差,为了提高舒适性,夏季会增加制冷功率,冬季会增加采暖功率。研究结果显示,冬季室内温度每增加一度,整体能耗增加5%～10%,夏季空调每调低一度,整体能耗将增加8～9%。可见,加强建筑物外墙保温隔热设计对降低建筑物整体能耗、提升舒适性具有突出的作用。外墙保温材料不仅要具备优异的保温隔热性能,同时还要兼顾环保性,有些保温材料虽然性能优异,但环保性较差,甚至会危害人体健康[4]。绿色环保节能型外墙保温材料包括水泥发泡外墙保温装饰一体板、xps挤塑板、岩棉金属幕墙板等。

3 符合排水、集水特点的绿色建筑材料施工应用

城市机动车道、人行道以及广场等区域在降雨情况下经常出现地面积水的问题,有些区域甚至还会出现严重的地表径流,对居民的出行安全造成非常严重的影响,不仅道路,社区内部同样存在类似的问题。造成这种现象的主要原因是城市中的道路、广场等主要采用混凝土结构建造而成,而传统的混凝土材料透水性很差,雨水降落到地面之后如果不能及时从下水道排走,就会大量蓄积在地面。受到“海绵城市”理念的启发,各种新型的地面铺装材料逐渐应用于市政道路和广场的施工,其特点是透水性良好,可快速将落到地面上的雨水下渗到地面下,再经由排水系统排除,这些新型材料有效地促进了城市排水,同时为雨水的回收利用创造了有利的条件[5]。常用材料包括以下几种。

(1)透水混凝土。这种混凝土的原材料包括水泥、骨料、色粉、增强剂以及水,使其按照一定的比例配合搅拌之后可形成多孔结构的混凝土材料,透水混凝土的胶结材料不一定是水泥,亦可使用有机胶,透水水泥混凝土还可对色彩进行条件,其铺装的路面可带有特定的色彩,用于区分功能区。这种新型施工材料可用于修建市政道路、社区内的步道以及公共设施中的步道。

(2)透水砖。市政道路的人行道、停车场、公园中的步道以及社区内的步道等也经常采用地砖铺装,传统地砖透气性、透水性差,不易实现快速排水和集水。在地砖铺装作业中可使用生态透水砖,制造此类地砖的原材料是高标号的水泥,其抗压强度和整体的使用寿命均可达到较高的水平,由于存在微孔隙结构,可实现良好的透水性[6]。

(3)采用孔型混凝土砖铺装。这种地砖的特点是采用普通混凝土材料制造而成,其透水性与传统路面相同,但是在整体结构上进行了创新,在地砖上设计了孔洞,并且孔洞区域的面积占到整块地砖的40%以上,借助孔洞可实现良好的透水、排水效果,将其渗透到地面下的排水管道中,达到收集雨水的目的。

4 环保材料在建筑土木工程中的应用

绿色建筑材料还要求其具备良好的环保性,不会对建筑物周边的空气以及环境土壤等造成污染或者危害,同时也不可危害人体健康。建筑施工中使用的部分材料可污染空气、危害人体,常见的如墙面装饰材料、防水材料、人造板材等,有些材料在使用之后长达数年不断向室内环境中释放有机污染物或者其他类型的污染物,甲醛、笨等物质都是建筑装饰材料中容易释放的有毒物质。使用环保型材料是绿色施工理念的重要技术措施,以下介绍几种常用的环保材料。①环保混凝土。这种混凝土材料的应用前景非常广阔,世界各国都在争相研究。目前国内的环保混凝土材料主要为泡沫混凝土、生态环保混凝土等。国外科研人员还将二氧化碳封存在混凝土中,形成了一种负二氧化碳排放的混凝土材料,为解决碳中和提供了新的方向;②环保型建筑装饰装修材料。现代建筑物中使用木材制作房屋内的地板、衣柜、橱柜,天然实木价格昂贵,并且如果大量使用会造成生态环境的破坏,当前在家装中主要使用人造板材,其环保性参差不齐。在统一的室内装修中应采用环保等级为E1级别的人造板材。与之类似的包括墙面装饰使用的乳胶漆、艺术漆等材料,正规厂家生产的符合国家规范的环保材料均可满足绿色施工材料的要求。

5 结语

绿色施工材料在减少施工耗材、降低建筑能耗、促进雨水排放和收集等方面发挥着重要的作用,再生骨料混凝土可使用矿渣、陶瓷、废旧混凝土等作为骨料,在循环使用固体废物的同时减少了对天然石料的使用,绿色高性能混凝土可减少水泥、粗细集料的用量。透水混凝土、透水砖等可促进城市地面排水,有利于雨水收集。因此,绿色施工材料在建筑土木工程中的应用已经非常广泛。