本文按照土木工程材料功能分类,从结构材料和功能材料两方面来介绍绿色建材在其领域的应用。

1.结构材料

传统的结构用建筑材料有木材石材、粘土砖、钢材混凝土,现代结构用材料主要是钢材和混凝土。

1).木材、石材,这两种材料是自然界提供给人类最直接的建筑材料,不经加工或通过简单的加工就可用于建筑。木材和石材消耗自然资源,由于木材是可再生的永续的材料,如果自然界木材的生长量与人类的消耗量相平衡,那么木材是最绿色的建筑材料。石材虽然消耗了矿山资源,但由于它的耐久性较好,生产能耗低,重复利用率高,可以说它也具有绿色建筑材料的特征。

目前能大规模取代木材的新型绿色建材还不是很多,其中应用较多的一种绿色建材是竹材人造板。我国是森林资源贫乏的国家,但我国的竹类资源十分丰富,素有“竹子王国”的美誉,因此好多人把竹材资源看作是替代木材的好的后备资源。

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竹材人造板是以竹材为原料,经过一系列的机械和化学加工,在一定的温度和压力下,借助胶粘剂或竹材自身的结合力的作用,胶合而成的板状材料,具有强度高、硬度大、韧性好、耐磨等优点,可用替代木材作建筑模板等。竹材人造板按竹片法可分为竹材胶合板、竹材集成地板、竹材集成材。按竹蔑法可分为竹编胶合板、竹帘胶合板、竹蔑层压板、竹材胶合模板。按竹材碎料法可分为竹材刨花板。按复合法可分竹木复合胶合板、竹木复合层积材、竹木复合地板等。

其主要物理性能有:1.含水率低。2.干缩,膨胀率较低。3. 密度小,约为715 kN/ m3 ,是混凝土密度的1/ 4 ,砖墙砌体的1/ 3,轻质高强。4. 导热系数约为0.14~0.18 W/ (m ·K) ,低于粘土砖、混凝土,是冬暖夏凉理想材料。

其力学性能于其他材料的比较见下表

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由于竹结构具有如上所述的众多优点, 绿色建材——竹材人造板在土木工程领域的应用前景广阔。

2).粘土砖,其能耗是比较低的,但它是以破坏良田为代价且是不可恢复的,可以说是最不绿色的建筑材料。20世纪90年代开始限制使用粘土砖到如今粘土砖已禁止生产和使用。

    粘土砖的绿色替代建材的主要发展方向是利用工业废渣替代部分或全部天然粘土资源的新型建材。

    我国近年工业废渣年排放量近10亿吨,累计总量已达66 亿吨,利用率却仅有40%.而实际上绝大部分工业废渣均可作为粘土砖的原料,加以利用则可节约土地,节省能源,保护环境。如利用粉煤灰可生产粉煤灰烧结砖、粉煤灰蒸压砖、粉煤灰蒸压灰砂砖、粉煤灰硅酸盐砌块等。利用煤矸石可生产烧实心砖和空心砖,采用蒸压养护又可生产煤矸石砖、煤矸石空心砌块,采用煤矸石作为骨料还可生产煤矸石轻骨料砼小型空心砌块等。利用尾矿类废料,如铁、铝、铜及各种稀土、非金属矿尾矿等,可作为原料生产砖、小型混凝土空心砌块、蒸压灰砂砖等。利用其他废渣如炉渣、炼铁矿渣、钢渣、冶金化工企业排出的高炉水淬矿渣、电石渣、冶炼厂排出的赤泥等,通过采用不同的生产工艺,与其他材料相混合,可生产烧结砖、蒸压砖、加气混凝土、内外墙板等。

    由于工业废渣来源丰富,其力学性能普遍优于粘土砖,并且可以满足不同使用环境的要求,所以具有广阔的应用前景。

3).钢材,表2为几种建筑材料生产过程中的环境性能比较,可以看出,耗能和环境污染物排放上钢材是最多的。

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由于钢材的不可替代性,因此“绿色钢材”主要发展方向是在生产过程中如何提高钢材的绿色指标上下功夫,研究发展新技术、新生产工艺,努力降低生产能耗,减少污染物排放,对生产过程中产生的废弃物资源化,加快钢材的绿色化进程。

4).混凝土,由水泥和集料组成,是复合材料,它的生产能耗主要是由水泥生产造成的。而传统的水泥生产需要消耗大量的资源与能量,并且对环境的污染较大,所以水泥生产工艺的改善是绿色混凝土发展的重要方向。目前水泥绿色生产工艺主要采用新型干法生产工艺取代落后的立窑等工艺。

    现今土木工程使用的绿色混凝土主要有低碱性混凝土,多孔混凝土,植被混凝土,护坡植被混凝土,透水性混凝土,吸收分解NOx的光催化混凝土,生态净水混凝土等。其中应用较为广泛的是多孔混凝土。

多孔混凝土也称为无砂混凝土,它只有粗骨料,没有细骨料,直接用水泥作为黏结剂连接粗骨料,它具有连续空隙结构的特征,其透气和透水性能良好,连续空隙可以作为生物栖息繁衍的地方,而且可以降低环境负荷。多孔混凝土按其气孔结构形成的方式不同,又可分为泡沫混凝土和加气混凝土两大类。

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多孔混凝土的主要性能有:1.多孔轻质,由于孔隙引入大量空气(孔隙率达70 %~80 %) ,大大降低了材料密度。2.保温隔热,多孔混凝土的导热系数明显低于传统建筑材料,其于普通混凝土导热系数比较见表3。3.耐火隔音,多孔混凝土是一种极好的吸音材料,与实心砖墙相比,吸音能力大约是实心砖墙的5~10 倍。4.多孔混凝土具有很好的耐久性,其长期强度稳定。

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多孔混凝土的主要品种有:水泥-石灰-粉煤灰加气混凝土,水玻璃泡沫混凝土,快硬低收缩泡沫混凝土,陶粒水泥泡沫混凝土,加气石膏陶粒混凝土,粉煤灰泡沫混凝土,耐热泡沫混凝土,泡沫塑料混凝土,地面用泡沫混凝土等。

 

2.功能材料

目前国内外各种功能材料迅速发展,材料种类繁多,用途广泛,正在形成一个规模宏大的高技术产业群,有着十分广阔的市场前景和极为重要的战略意义。世界各国均十分重视功能材料的研发与应用,它已成为世界各国新材料研究发展的热点和重点,也是世界各国高技术发展中战略竞争的热点。在全球新材料研究领域中,功能材料约占 85 % 。

我国高技术(863)计划、国家重大基础研究(973)计划、国家自然科学基金项目中均安排了许多功能材料技术项目(约占新材料领域70%比例),并取得了大量研究成果。除了利用材料的某些特殊功能外,如防水、装饰、保温等,具有新的功能的材料也不断涌现,主要包括储氢材料、梯度功能材料、智能材料、功能陶瓷材料、超导材料、信息材料、光学功能材料、功能复合材料、分离材料、生物医用等。

绿色功能材料主要体现在以下三个方面:

1).节能功能材料。如各类新型保温隔热材料,常见的产品主要有聚苯乙烯复合板、聚氨酯复合板、岩棉复合板、钢丝网架聚苯乙烯保温墙板等,,这些产品具有很好的保温隔热性能。节能保温玻璃如中空玻璃、太阳能热反射玻璃等。

2).充分利用天然能源的功能材料,将太阳能发电、热能利用与建筑外墙材料、窗户材料、屋面材料和构件一体化,形成一种崭新的建筑材料,成为建筑材料发展方向。如太阳能光电屋顶、太阳能电力墙、太阳能光电玻璃等。

3). 改善居室生态环境的绿色功能材料,如健康功能材料(抗菌材料、负离子内墙涂料)、调温内墙材料、调湿内墙材料、调光材料、电磁屏蔽材料等。

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绿色建材选材与报价

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