新型环保建筑材料在房建工程中的应用

安爱峰

(山西兴城建设工程有限公司，山西 太原 030000)

房屋建设领域因其专业多、建设周期长、材料需求量大等特性而具有很高的能耗特征，其能源消耗量已经达到了世界能源消耗量的30%左右，并且还在不断增加。在我国，建筑废弃物的年产量高达35亿t，但其资源利用率却不到5%[1]。目前，我国城市建设中存在着大量的建设废弃物，这些废弃物对城市地表土壤、河流和地下水等环境的污染问题。同时，目前国内每年新增建筑较多，其中绝大部分都面临着围护结构隔热性能差、空调采暖工效不高、终端换热效率不高等高能耗问题。为了改善我国建筑业的高耗能状况，适应大跨度，大荷载，高塔式结构，超深层现代施工特征[2]，新型环保建材的开发与应用，是当前全社会亟待解决的重大课题，有着广泛的市场前景。

环保建材是材料科学的一个重要发展趋势，是当今建设项目的关键材料。在世界范围内，新的环保建材又被称作环保建材和生态建材，它的特点是生产不产生污染，功能实用，外观美观，对人类和环境没有毒性影响等特性。在30年前，西方发达国家就已经对新型环保建材给予了足够的重视，并在实际工作中，对新型保温材料、节能材料及绝缘材料等进行了大量的使用，从而使建筑业的成本得到了极大的降低，同时还提升了资源的利用率。但是，在这一领域，我国的研究却相对滞后，远远落后于发达国家。本文对目前我国房屋建筑行业中环保建材的主要使用现状作了简要介绍，并对今后环保建材的发展方向作了展望。

新型环保建筑材料属于一种比较笼统的一种泛化概念，但在建设工程业界对其有比较清晰的界定，它通常是一种与传统砂石或砖瓦等建材的新型材料类别，包括新型墙体、防水密封、保温隔热以及装饰装修等材料[3]。在整个生命周期中，包括原材料收集、生产制造、使用、循环利用等方面，对周围的生态系统产生的不利冲击要降到最低，并对人体的身体有益，必须具有“环境调和”的作用。

总的来说，与常规的建材相比较，新的环境友好的建材应该具有低能耗，低污染，多功能等优点。新的环保建筑材料是当代科学技术发展的结果，其特征主要有：1)在力学性能、使用年限和功能性等几个层面上，符合建筑物的应用需求；
2)环保，与可持续发展相一致。也就是在使用的过程中，不产生破坏生态、污染环境的有毒物质，从而可以降低碳排放，减少对地球的生态负担，并可以实现可持续的利用；
3)具备创造一个舒适健康的环境，给人们一个温暖的生活环境的素质和能力。

2.1 新型混凝土

新型混凝土是向混凝土原料中添加了诸如纤维、矿物质等添加剂而形成的一种建筑材料。通过对其进行改性，既可以提高其各项性能，又可以减少其对环境的污染。例如，具有净化空气和调节环境温湿度功能的硅藻混凝土，被广泛应用于高端装饰和装修项目；
掺有各种矿物的彩色混凝土，可以根据空气中的水分而改变其颜色；
利用该泡沫技术生产的水泥具有质量轻、环境友好、造价低等优点；
它具有良好的抗旱性能，在工程建设中被普遍采用。

2.2 新型复合纤维材料

随着我国土木工业的不断发展以及材料科技的不断进步，各种新的复合材料在建筑领域得到了广泛的应用，而新的复合材料以新型复合纤维材料为主。它是一种高强度，轻质，耐腐蚀的新型建材。它具有良好的可塑性和其他一些特点，特别适用于高端装修和高层轻质建筑。例如，在建筑业中，最受欢迎的就是FRP，它采用的是塑胶纤维和强化纤维，具有轻质、高强度、耐磨等优点。虽然不产生环境污染，但也有一些缺点，如生产工艺复杂，产量低，价格高。所以，一般都是在中高档的装饰中使用。随着工艺的不断完善及成本的不断降低，这种新型陶瓷材料将会在更多的领域中被广泛使用。

2.3 新型石膏，自保温砖，复合保温材料

近年来，伴随着对新型建筑的大力推行，新型石膏、自保温砌块、复合保温材料等新型建筑材料在市场上不断出现，它们具有良好的整体特性，尤其适用于生产各种预制组装式结构件或装饰件，以及临时用房。此外，这种新的金属还具备良好的耐候性和加工性能。将其用于建筑施工，不但可以大大地改善施工质量，而且可以大大地减少施工成本，而且还可以达到“环保”、“生态”的目的。

2.4 光伏太阳能板

在高纬度地区的乡村自建住房的房顶上，采用光电太阳能板等建材，可以达到节约能源、减少排放的目的。另外，在保证住户用电的前提下，将太阳能电池片接入到国家的电力系统中，为安装单位创造了可观的经济效益。在西部边远的乡村，人们以焚烧稻草作为主要的供暖手段。在我国西部边远山区推广使用太阳电池可从根本上缓解我国农田燃烧带来的空气污染。

3.1 植物纤维材料

在土木建筑中，一座大楼的顶部通常是整体的装饰。为了凸显其自身的特点，建筑物的顶部往往被加工成各种形状，这就需要具有良好的柔性、可塑性和稳定性。以其优越的性能和环保的特点，在屋顶的装饰中得到了越来越多的运用。例如，当建筑师在进行“M”字形屋顶的时候，常规的建材的塑性和延展性都不能满足建造的需要，如果采用这种新建材，既可以保证建造的环保，又可以获得更加优美的外观。

作物的纤维性物质，一般是由秸秆、废弃的木材和竹子组成的。我国地域广阔，是一个农业强国，在我国，有非常多的作物，竹子、木材等，它们都是可再生的生物能源。利用这种新的环保建筑材料来取代传统的砖瓦和砌块，可以极大地节约自然资源，降低能源消耗。

此外，与常规的完工的木质材料和竹子材料相比较，使用这种材料生产出来的建筑材料不但更加的适合可持续发展的概念，还具有高强度、零污染的特点，具有明显的社会与经济效益，例如，一种新型的环保建筑材料NFPR(植物纤维增强树脂基复合材料)的机械性质，并从声学、阻燃性、耐老化以及有毒物质的释放等角度，对其在室内隔音屏障、装饰材料等领域的功能性使用特征进行了归纳，并提出了NFPR环保材料在建筑用纺织品中的未来发展方向。

新型环保材料凭借着环境友好、节能低碳的特征，已经得到广泛的研究和应用[4]。但是，由于受到了应用环境的限制，其应用领域还是比较有限的，比如小型庄园、农场等。所以，可以利用复合工艺来扩大它的应用环境，从而获得更好的发展。

3.2 粉煤灰质材料

环保墙材有加气混凝土砌块，EPS砖，混凝土空心砖，模板混凝土等。加气混凝土砖是一种具有轻质、隔热、抗震、节能的多孔混凝土制品。EPS的砖块是用聚氨酯泡沫材料制作的，聚氨酯泡沫材料是用轻质聚氨酯材料，灰泥和混凝土材料制作的。EPS砖块对环境友好，节约能源。空心度为40%～70%，其特点是：轻质、防火、隔音、保温、防渗，抗震；
它具有使用寿命长，无污染，节能等优点，并作为主体建筑，可以极大地改善建筑的承载力。水泥空心砖是从工业废弃物中提取出来的，是现代建筑市场上非常需要的一种节能、环境友好的建材。

粉煤灰是火力发电厂燃煤锅炉排放的一种工业废料，它的排放量很大，带来了灰尘和其他环境的污染。通过对粉煤灰进行资源化，将其用于生产烧结砖与墙地砖等建筑材料，不仅可以对工业废渣进行高效利用，还可以解决传统制砖工艺造成的资源消耗问题，从而实现变废为宝。

虽然粉煤灰制备的各种类型的砖受力有一定的限制，其硬度和刚性略低于混凝土砖，但是其性能价格比在非承重墙体中的使用价值较高。在非承载墙体中使用了蒸煮粉煤灰砖，并利用组合式圈梁形成柱提高了墙体的抗震能力，从而有效地扩大了蒸煮粉煤灰砖的适用范围[5]。采用粉煤灰加气混凝土砌块，将其用作高层建筑的内衬墙体，并进行实验比较，研究其自重轻、施工周期短的特点。目前，粉煤灰质的建筑墙体已经得到了很大的推广，除了以上提到的非承载式墙体，它还被用于地面砖和节能墙板。

3.3 泡沫玻璃

新建材的市场结构复杂，建材品种繁多。很多建筑企业在进行建筑外墙保温工程的设计时，都会对建筑材料进行全方位的调研，以性能价格比为主要的参考标准。当前，传统的建筑外墙保温技术都是在外墙上加一层保温层，利用多种材料的结合方式进行保温。该方法的总体运作流程简单，但成效明显，可以在工程施工中推广使用。在不同的区域内，不同的气候条件存在着明显的差别。若在房屋墙壁内加一层隔热墙，则可使房屋的耐寒性得到很大改善。另外，在建筑物的外墙上增加一些隔热材料，也可以使建筑物的室外空间得到很好的利用。同时，在此基础上，对建筑保温墙体进行后期维修，不会对居民的工作、生活产生太大的影响。

泡沫玻璃是一种以废弃玻璃、瓶罐碎片等为原料，加入发泡剂、改性剂、助剂，在高温下进行搅拌与熔融，是一种典型的废弃物资源化产品。该产品的制备工艺既可实现对工业废渣的高效利用，又无废水、废气及废渣的排放，具有显著的环境保护效果，是一种极具发展前景的新型环保建材。

除了具有显著的节能、隔热性能之外，泡沫玻璃材料的内部填充了大量的1～2mm的气泡微孔，这让它具有了一定的隔音、降噪能力。在用于吸声的过程中，通常采用开孔的泡沫玻璃，利用水泥砂浆等粘结剂将其与结构底座结合，可以在潮湿或振动的环境下长期使用，但是一些研究表明，在某些情况下，普通的泡沫玻璃还无法达到降噪的效果。对此，一些学者提出了改善高温煅烧过程，增加了材料的开空度，进而改善了吸声性。一些研究人员通过在原有的玻璃泡沫的表面穿孔来提高其吸声性能。

3.4 膜材料

随着人类生活水平的提高，环境保护意识的提高，新的环保建材被越来越多的用于建设项目。将新型环保建筑材料应用于土木工程的外部建设，既可以节省建设费用，又可以提升建筑的美观度和隔热性能。在西北地区，外墙保温是一项非常重要的工程。选用具有良好隔热性能的材料，能够保证室内温度比较稳定，在冬天，在城市供热时，可以降低二氧化碳的排放，同时还可以防止燃烧煤、秸秆造成的空气污染，从而实现节能、环保的目标。为使建筑物的外墙具备高抗震、高保温等环保节能特征，建筑企业往往会在外墙的设计中对新型环保建材进行合理的选用，进而达到对资源进行高效回收的目的。

被誉为“第5代建筑材料”的薄膜，它的特点是：透光性好，重量轻，强度高，具有抗紫外线等特性，并且具有良好的防火、保温性能，还可以进行循环再利用，属于比较前沿的一种新型环保建筑材料。用于建筑的复合型薄膜材料，具有良好的化学稳定性、环保、无污染、高的透光率、节约了照明成本，因此被广泛地用于大型公众建筑。例如：北京水立方，上海的体育场，深圳的宝安体育场等等。以上海世博会意大利馆内墙、福建青口文化中心和杭州五洲国际广场为例，对单层、双层和多层空气垫的ETFE薄膜结构进行了详细的分析，并提出ETFE薄膜以其轻质、环保和环保的突出特点，在今后的发展中具有更加广泛的应用前景。在城市建设中，由于薄膜具有厚度极薄、自清洁性能好、张力小等特点，在城市建设中得到了广泛的应用。具有大跨度、高透光性等优点，与现代建材的应用要求相匹配，在城市综合体、大型公共建筑中具有很大的应用前景。但该技术存在着燃烧时会产生毒气、操作时需充入空气保持压力等问题，造成了造价高昂、隔音效果不佳等问题。当遇到下雨或有冰雹时，异常噪音会比较大。所以，在进行消防安全设计时，必须综合考虑使用场合、成本和消防要求等多种因素。

上述内容主要分析了我国新型环保建筑材料的现状与基本情况，笔者将对新型环保建筑材料的实际应用问题进行全面分析，以期解决新型环保建筑材料在实际推广应用中的各种问题。

4.1 确立环保发展思想，推动新的环保的建材

新型环保建材是适应新时代生产力快速发展的产品，其推广应用要在完善的市场体系下，将市场需求与新型环保建材的特点相结合，自十八大以后，环保、协调、可持续发展已成为国家经济和社会发展的主题，对建设行业的环境保护给予了空前的关注。所以，顺应这一发展潮流，不断开发、应用更多更好的环保建材，已是建筑业发展的必然趋势。因此，我认为，国家和有关部门应该采用分阶段推进的策略，从北上广三个一线城市开始，逐渐向二三线城市推进。

4.2 以环保建材为核心，实现销售结构的优化

要推动新一代环保建材产业的发展，建材制造商必须加强对建材的质量控制和设计，从根本上提高建材的功能性，凸显建材的核心价值；
完善“产、销、用”一体化发展格局。针对这一问题，有关行业协会应起到积极的引导作用，以自己的知识产权为核心，以发展自己的技术和市场为导向，在此基础上，致力于建立一条新的环保材料的产业链。有关部门要坚持市场导向，制定引导方针，逐步增加新建材的使用比例，持续优化生产和销售结构；
从而保证新的环保建材产业的健康发展。

4.3 加强科技研究与开发，增强核心竞争能力

建材的研究与开发耗时较长，在此过程中，企业既要积极地投入到土木建材的研究开发中，又要充分地整合和使用众多的科研单位和科研机构的资源。所以，有关部门应该将科研机构、高校、企业的技术资源进行整合，开发出先进技术，并将其应用到具有优势的项目中，从而促进国内建材研发技术的新突破。同时，要根据国内的国情，积极引进和改进国外的先进技术，使其达到更高的技术层次。

4.4 制定相应的扶持措施，加速推进环保建材的推广和使用

目前，无论是国家还是市场，都将重点放在了对工程技术的运用与研发上，而制定的相关政策也将重点放在了促进新型环保建材的使用上。因此，相关的主管单位与各地政府要根据本地的具体条件，及时制定相应的新原料补助措施；
建立健全新建材应用标准的相关政策体系。鼓励、引导更多的用户采用新建材，为环保建材在市场及实践中的应用和推广提供更多的便利。

4.5 强化整体规划，打造环保建材制造中心

要想普及和使用环保建材，就必须有一个优良的生产设施做载体。对此，有关单位要根据实际情况，从整体上进行科学的设计。在一些经济基础比较好的国家中，要与一些产业龙头公司展开重点的协作，一起探讨构建出一种新型环保建筑材料的产业集群(生产基地)，让这种新型环保建筑材料的生产、加工、销售全产业链更加完善，从而构建出一个地区的核心竞争力，从而达到双方的双赢。

4.6 加强市场分割，建立起一套新的环保建材的行销制度

加强市场体制的划分，推动新型环保建材逐渐替代常规建材，是建立新型环保建材市场的主要措施。有关部门和行业协会要始终坚持以市场为导向的原则，对市场的布局进行更多地优化，对市场的划分进行改进，构建出一个具有中低档次、分布平衡的新型环保建筑市场体系。各部门及有关企业要加强宣传，充分利用广播、电视、两微一端等媒体的优势，对新物质进行宣传，为广大群众打下良好的基础。同时，还可以通过与其他公司合作，共同组织有关的专题展会，以促进更多的公司对环保建材的重视和应用。

目前，随着科学技术的不断进步和人们对房屋建筑的需求不断增加，房屋建筑工程向“高、大、深”方向发展，高温、海洋、地下等苛刻的施工条件对房屋建筑材料的性能也有了新的需求，再加上“碳中和”、“碳达峰”的大背景，传统的建筑材料已经不能适应现代建筑的需求，因此，研究开发和应用新型环保建材成为必然[6]。

“无毒”、“无污染”是人们追求的“环保”的要求，而“轻质”、“高强度”则是提高建筑质量的一种重要手段。所以，将来的环境友好型建材应该是低污染、轻质高强的建材；
具有配套化、劳动强度小等特点。从总体上看，环保建材的开发趋势有如下。

1)节省能源。在生产、运输和使用的各个环节中，需要较少的自然资源和有限的不可再生能源，并且能够进行资源循环，降低对地球生态的负担，采用环保水泥，环保玻璃等环保材料。

2)环保类型。随着人类对环境保护的认识日益提高，传统的会对环境造成危害的建筑材料将会被淘汰，而对环境友好和健康无害的建筑材料将会成为今后发展的主要方向，比如可降解塑料、人造麦秸秆等。

3)通用性强。随着建筑功能的多样化，对新材料的开发也提出了多样化的需求。对保温等提出了要求，同时还应该具备抗菌、防霉、除臭以及自清洁等多种现代化功能，比如防虫蛀材料、防锈钢筋、免抹灰清水混凝土等。

4)智能式。伴随着科学技术的不断发展，人们越来越倾向于向智能方向发展，智能材料也越来越受到人们的关注和开发。智能材料指的是，材料本身具有一定的感知和调整能力，比如自我诊断、破坏预报、变形自调整或者震后自修复等。与此同时，智能材料还可以进行再生利用，比如变形感知混凝土、智能调光玻璃、自恢复钢柱脚等。

在建筑工程日益复杂和不断变化的今天，常规建筑材料已很难再达到其对建筑工程的要求，同时其节能环保和可持续发展的缺陷日益凸显。新型环保建筑材料在施工过程中污染小，在使用过程中不会对人类及周边的环境造成任何伤害，并且节能低碳，具有重量轻、强度高等优点，与当今高耸、大跨、重载等建筑的建筑特征相吻合，适用于海上、高空、地下等恶劣的建筑环境，也是进行现代建筑的重要依据。本文重点阐述了植物纤维材料、粉煤灰质材料、泡沫玻璃以及薄膜材料等在建筑施工中的运用，并提出了今后发展的重点，这将有助于推动新型环保建材的进一步开发与使用。

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