土木工程材料向生态建材的发展趋势漫谈

孟帅　刘欣

摘 要：在大力提倡建设节约型社会、注重环保的今天，土木工程所用的材料也要向着绿色化、生态化的方向发展，而从某种程度上讲，发展生态建材是实现社会可持续发展的重要策略，发展生态建材可真正实现发展与环境的统一、现代与长远的结合。

关键词：土木工程材料；生态建材；发展

1 土木工程材料的发展

人类最原始的土木工程是从挖土凿洞开始，全部利用天然材料进行建造；随着人类文明的进步与发展，开始用黏土烧制砖瓦、用岩石烧制石灰，标志着土木工程材料进入了人工生产阶段；发展至资本主义社会，工商业及交通运输业的发展促使土木工程进入一个全新的阶段，钢筋、水泥、混凝土及其它材料的出现标志着土木工程材料发展至现代化水平。然而随着物质文明的不断发展，人类对自然环境的破坏越来越严重，土地资源递减，仅我国每年由于生产建材而消耗的各种矿物资源就高达50亿吨，在大量采集砂石的过程中破坏了河床、植被及土壤，造成水土流失；而生产过程中产生的废弃物及粉尘土，又进一步污染了大气及水体。而在建设过程中，建筑垃圾日益增长，其中只有少量金属及玻璃可被回收，余者大部分沦为城市垃圾。正是越来越严峻的环境问题与越来越突出的资源与能源问题，催生了生态建材理念的出现。现代材料科学与工程学的发展，大大改善了土木工程材料的性能与质量，而在原材料方面则向着更加节约、减少能源消耗、减少环境污染等方向发展。

2 生态建材的特点及分类

2.1 生态建材的概念及特点

所谓生态建材是指无毒害、无污染、无放射性、对人体健康及环境保护十分有利的建筑材料，其在生产过程中采用清洁的生产技术，应用天然资源及能源量更少，而使用工业及城市固态废弃物更多。所以生态建材具备以下特点：生产过程中投入最低的能源及资源消耗，对环境的破坏最小，而生产出的材料性能更高；可以最大程度上降低建筑能耗，包括生产及使用全过程，比如一些新型墙体材料具备轻质、高强、保温、隔热等功能。材料性能更加优异，使用效率更高，比如轻质高强混凝土可有效降低材料消耗。可对居室生态环境进行改善，或者具备相应的保健功能，比如多功能玻璃、涂料具有抗菌、除臭、屏蔽有害射线等功能。可大量应用到工业废弃物，比如水泥材料可净化污水、固化有毒有害工业废渣等。

但并非所有具备上述特点的建筑材料均可称为生态材料，其必须具备以下几项基本要素：首先，采用废弃材料为生产原材料，使用一次性资源最少，原材料的采集不会破坏环境；其次，生产过程中产生的废弃物与相关环境保护要求相符；再次，使用过程中不存在有害气体或有害放射性物质，保证材料的健康、卫生、安全；最后，材料的整个生命周期均不会导致环境的二次污染，包括废弃处理。

2.2 生态建材的分类

首先，再生型生态建材，即建筑材料可循环利用，制造过程中应用大量无毒废料，不仅回收了固定废弃物，而且可节约原生性物质资源，并且节约堆场面积。

其次，功能型生态建材。功能型建材包括环保型建材、节能型建材、自调节型建材、等。其中环保型建材要保证使用过程中的无害性，再进一步具备净化环境的功能，比如净化空气的材料、抗菌材料、防辐射材料等。节能型建材主要指保温隔热型建材，比如保温砂浆、聚氨酯泡沫塑料、聚苯乙烯泡沫板、膨胀珍珠岩等；门窗节能材料主要为玻璃和铝塑材料，比如中空玻璃、真空玻璃等。自调节型建材主要是指利用材料自身的性能对室内环境进行调节，其主要应用相变材料在相变点附近低于相变点吸热、高于相变点放热的特性，具备储存能量的功能，以调节室内温度；调湿材料则采用木纤维、天然吸湿性材料、多孔矿物材料等。

最后，经济型生态建材，包括轻质材料及高性能材料。现在轻型房屋体系成为业界一大热点，而保温性能好、质量轻的生态材料的应用也更加广泛。轻质材料密度小、隔热性能好，建筑结构不易变形；且材料自重轻可提高生产效率，更加容易实现清洁施工，基于全寿命周期的角度而言，其经济效益更高。高性能材料的优势更加突出，其不仅使用时间长，而且功能强大，大幅提高了材料的综合经济效益。现阶段最主要的建筑材料即混凝土与水泥，后续生态高性能混凝土将是混凝土材料发展的主要目标。

3 生态建材的发展趋势

3.1 完善生态建材标准评价体系

我国国家环保总局在1993年正式颁布了中国环境标志方案，针对一批建材产品制定了相关的认证标准，包括涂料、建筑胶粘剂及人造板等。现在国际上采用ISO 14000体系进行环境认证，其侧重于对材料的环境特性进行评价，不过其在对产品使用性及环境性上的评价还存在一些问题。而我国在2002年开始实施“室内装饰装修材料有害物质限量”强制标准，其由国家质量监督检验检疫总局负责颁布；此外还有《民用建筑工程室内环境污染控制的规范》，由建设部发布。上述两项标准沿用至今，已成为我国建材产品进入市场制定的最低环境质量标准。现在，国家科研管理部门已将生态建材列入国家科技发展计划中。

其实针对生态建材评价方面，可以借鉴国外的先进经验，欧洲一些发达国家通常建立一套环境标志进行评价。比如世界上第一种环境标志——蓝天使标志就是早在1977年由德国率先发布的，其将建材污染物的散发、废料的产生、循环再利用、噪声及有害物质等因素纳入其中。加拿大也推行了Ecologo环境标志计划，针对建材产品制定“住宅室内空气质量标准”，其中对涂料、板材及胶粘剂中的甲醛、苯含量做出明确规定。而美国虽然未在全国范围内针对环境、建材做出统一要求，但是其各个州均严格限制了建材中相关污染物的含量。

3.2 生态建材的研究发展方向

具体而言，我国生态建材的研究发展方向主要包括以下几个方面：首先，工程技术与装备的研发：包括工业及城市废弃物生产材料应用技术及装备；城市生态环境建材工程技术与装备；太阳能及低温辐射电热膜等节能新技术；水泥机械—化学低能耗粉磨技术装备；新型节水、净水、城市工业废水及家庭生活废水再生利用新技术。

其次，新材料的研究：节能吸声建筑窗用多功能玻璃；杀菌、除臭、清除有害气体的空气净化材料；调温调湿等对人体健康有利的生态建筑材料；稀土在生态功能性建材中的应用技术；纳米TiO2在生态建材中的应用机理；低生态负荷胶凝材料与低水泥熟料用量的高性能水泥基材料理论基础；低能耗、无污染天然质生态建材新产品开发；新型无毒、低释放、无损于健康的胶粘剂材料的研发。

最后，生态建材设计标准及施工规程的综合研究，包括：水泥助剂及粉磨过程中物化反应基础研究；膜技术及其在生态建材中的应用；生态质量、生态建材性能与生态协调性（LCA）评价技术研究；生态建材新材料设计。

参考文献

[1] 中国建筑材料科学研究院.绿色建材与建材绿色化[M].北京：化学工业出版社，2013.

[2] 路关生，湛轩业.建筑废料回收利用的新途径[J].砖瓦，2012（2）.

[3] 冀志江，王静，金宗哲，等.健康建材与健康住宅[J].新材料新装饰， 2013（11）.

[4] 王正，郭文静.新型建筑材料的开发利用[J].世界竹藤通讯，2013（3）.