王 迪，刘亚龙

(水发(北京)建设有限公司 山东 济南 250000)

0 引 言

建筑业的蓬勃发展，加快了城市经济发展和城市化进程。到2050年，建筑活动对环境的影响越来越明显，由建筑活动产生的二氧化碳排放量将占温室气体总排放量的40%左右。而绿色建筑可很大程度地节省资源，包括节能、节约材料等，进而在整个建筑生命周期中减少污染，达到可持续发展的目标。在建筑物中，建筑材料是重要的部分，使用绿色建筑材料是在施工过程中节省能源的创新解决方案。绿色建筑材料的使用涉及建筑的各个反面，但以往的研究主要是针对防水密封材料和装饰材料，而墙体材料和保暖材料是建筑物中重要的建筑材料，很少被学者研究。因此，本文从水泥加固和材料再利用的角度对墙体材料进行综述，介绍不同的植物纤维如何应用于建筑材料。隔热材料分为天然隔热材料和变色玻璃，这是建筑领域的创新技术。本文通过文献阅读和案例分析对绿色建筑材料的应用前景进行分析。

1 绿色建筑的发展与绿色建筑材料的起源

绿色建筑的发展相对较早，可以追溯到19世纪。建筑师设计建造了绿色概念的建筑，1969年，意大利籍美国建筑师Paolo Saleri提出“生态建筑”概念。同年，由lan L.McHarg撰写的《Design with Nature》(《自然设计》)面世，他被认为最先提出生态建筑和绿色建筑概念。1970年代的石油危机迫使人们面对建筑行业消耗自然资源造成的威胁。这使人们考虑建筑行业的可持续发展。1976年联合国在温哥华举行的人类住区研讨会上讨论了居住环境这一问题。1980年代，在节能建筑系统的逐步完善过程中，建筑物存在的室内环境问题日益突出，加快了对建筑健康环境研究的步伐，对绿色建筑和绿色建筑材料的研究成为发达国家建筑领域的新热点[1-4]。

绿色建筑指的是，在整个建筑生命周期中对环境负责并节约资源的结构和过程的应用：从规划到设计，建造，运营，维护，翻新和拆除。建筑师提出了3R(减少，回收，再利用)原则：减少不可再生能源和资源的使用，以节约能源或减少对环境的影响，尽可能地重复利用建筑构件或建筑产品，并加强对旧建筑物的修复，并重用部分组件。考虑到环境和舒适性，绿色建筑研究已变得意义重大。许多国家已经推广了绿色建筑，对建筑发展具有着重要意义。另一方面，1997年《京都议定书》签署，从2005年2月16日开始实施。这是人类历史上第一次对温室气体(GHG)排放进行监管。该协议提出了从原材料开发，制造和能源消耗等方面控制全球工业化国家人为温室气体排放的方法。从2008年到2012年，预计温室气体排放量将比1990年减少5.2%。为了减少全球温室气体排放，2009年12月在丹麦哥本哈根举行的第15届缔约方会议鼓励了发达国家向发展中国家提供财政支持并制定政策。哥本哈根协议于2010年1月1日生效。为了使绿色建筑的概念切实可行，发达国家建立了可以适应1990年至2005年全球各种特征的绿色建筑评级体系。评级系统可以定量描述节能和节水效率，对温室气体排放量的环境影响，对3R材料的环境绩效评估和经济效益，并为开发者和设计者提供决策依据。家具，地毯，涂料，粘合剂和地板都包含在大多数评估系统中，而需要更多注意的项目是填充材料，表面材料，墙板材料，设备，纺织品，硬路面，门，窗，隔热材料，吸音材料，天花板，填缝剂，泥凝土和陶瓷[5]。

关于建筑材料对环境影响的争论是不可避免的，但它可以指导可持续性标准，以减少总体影响。评估建筑材料的最一般标准包括资源管理，污染或室内环境质量以及舒适度[6]。目前，有LEED(美国能源与环境设计建筑评级体系)，CASBEE(日本建筑环境效率综合评估系统)，BREEAM(英国)，LNB(德国)，NABERS(澳大利亚)，EcoProfile(挪威)和ESCALE(法国)。材料的使用基于可持续性标准，可以直接减少建筑材料的环境负荷。同时，选择具有较低废物产生的材料也与有助于可持续发展。因此，运用绿色建筑材料有利于最大程度减少对环境的影响。

2 墙体和保温材料

绿色建筑材料是一种需要满足以下几点的建筑材料：使用清洁生产技术；没有或很少使用自然资源和能源；主要使用工业，农业或市政固体废物生产，具有无公害，可回收利用，保护环境和人类健康的特点。本文分析了墙体材料和隔热材料。墙体材料是指水泥增强材料和固体废物材料[7]。

2.1 墙体材料

墙体是建筑物的主要承重结构。墙体材料的成本在整个建筑物的建造过程中占据很大的比重，但以绿色的建造方式会节省很多成本。下文从两个方面介绍了具有承重功能的墙面材料：用于水泥加固的纤维材料和可回收的废物建筑材料。

2.1.1 天然纤维用于混凝土增强

混凝土是由胶结材料胶结的工程复合材料的总称。一般而言，混凝土是通过在搅拌条件下将材料(水泥)，集料(沙子，石头)和水胶结而成的。作为重要的工程材料，水泥混凝土具有低成本，高抗压强度，良好的可塑性，耐久性等优点。同时，混凝土的生产和使用不仅消耗了大量的矿产资源，而且污染人类的生活环境。如何可持续的生产和使用混凝土材料，是对可持续发展的一个严峻的考验。矿物掺合料的使用在国内外已经非常普遍。将矿渣，粉煤灰，硅粉和再生骨料混合到混凝土中以代替部分水泥，这可以减少对环境的污染。收缩是混凝土的主要特征，并且对混凝土的性能有很大的影响。植物纤维具有增强混凝土强度的作用，对混凝土裂缝的产生具有一定的抑制作用，与普通混凝土相比，裂缝宽度将变窄1/3，进而提高了混凝土的抗拉强度和抗折强度。目前，植物纤维的研究主要集中在其机械和物理性能上，但是在水泥碱性环境下植物纤维的腐蚀问题不容忽视。目前，腐蚀的研究只是在添加纤维之前先加工纤维。浸泡在酸溶液中，常见的两种替代方法是，一用粉煤灰代替部分水泥，二是用硅粉代替。植物纤维在潮湿时会膨胀，而在干燥时会收缩，这会影响纤维与混凝土之间的粘结程度。需要发现更好的粘结材料以使纤维具有更好的功能。植物纤维在混凝土搅拌过程中容易吸收水分。如何在混凝土中均匀分布纤维是另一个问题。尽管植物纤维混凝土仍存在一些问题，但植物纤维混凝土已应用于一些项目并取得了良好的效果。它可以在广泛的领域中推广和应用。植物纤维作为钢筋混凝土基材具有广阔的前景。

2.1.2 回收废弃建筑材料

在建筑过程中使用的传统建筑材料，主要由沙子，木材和混凝土等部分组成。因此在房屋建筑或房屋拆除的过程中，经常产生大量的砖，木和混凝土废料。对这些传统的建筑材料进行有效地再利用，对减少建筑垃圾对环境的污染有积极的作用。对传统建筑材料进行回收利用，开发商可以在拆除建筑过程中收集建筑垃圾，然后将收集到的材料应用于建筑物的外墙，以便对旧材料进行回收和再利用。另外，施工人员还可以在施工期间回收木材，这些木材可以用于制造家具或用于建筑装饰。

对于绿色材料的使用，可以通过不同方式对其进行回收，回收材料的利用率从15%到90%不等。木制回收材料中的回收率约为90%(包括刨花板，中密度纤维板和木制家具)，其他回收材料(主要是石材)中的回收率约为15-80%。(如图1)

2.2 隔热材料

在建筑物中，隔热部分对于耐寒性和耐热性至关重要。隔热材料广泛分布在建筑物中，数干种材料可以用作隔热功能。天然绝缘材料和光致变色玻璃由于具有巨大的可持续发展潜力而受到广泛关注。

一般建筑保温材料来自石油化工产品，这些材料的生产过程将对环境造成污染。在工业材料的回收和再利用过程中，存在着诸多问题。尽管某些工业材料具有良好的性能，比如发泡聚苯乙烯板(EPS)等材料，但天然隔热材料的前景更好。在多种情况下，软木被用作绝缘材料，具有耐磨性和耐久性，可作为可持续建筑的原材料。在大多数天然绝热材料中，稻草，椰子沥青，玉米壳和花生壳的导热系数最低，并且比发泡聚复酯低(0.024 W/(mK))。菠梦和菠萝叶的纤维的导热性比泡沫玻璃隔热板低(0.045 W/(mK))。二十种天然材料的热导率低于相变材料(PCM)(0.080 W/(mK))。

3 前景与展望

3.1 挑战与障碍

对于墙体材料和隔热材料，具有以下需要克服的挑战和障碍(表1)。主要的障碍包括，公众对运用绿色材料缺乏接受度，对于绿色建筑的认识不足，开发商受到较高的技术成本和回报不确定性的影响。尽管国家有相应的政策支持，绿色建筑材料的应用是一个漫长的过程。

3.2 建立绿色建筑材料生命周期框架

在墙体材料和保温材料的开发过程中，主要目的是节省资源。研究人员应该通过技术措施处理各种建筑垃圾。根据绿色建材的基本要求，节能应体现在绿色建材的生产，使用和废物处置的全过程中。因此，我们必须不断优化材料的制造工艺，减少生产过程中材料的能耗。尽量降低建筑材料的成本，包括运输成本和保温成本。

表1 绿色建筑材料发展的挑战和障碍

3.3 展望

用于水泥加固的纤维材料和可回收的废弃建筑材料是两种有前途的绿色建筑材料，因为它们可节省大量的能源和自然资源。绿色的墙体材料和天然保温材料在一些国家已得到广泛使用，在满足结构要求的基础上，节省了墙体材料和降低墙体施工成本。变色玻璃作为一项创新技术，在广泛应用之前面临技术和成本的局限。

在国际上或者国内推广绿色建筑创新技术具有一些挑战，包括缺乏公众意识和接受度，对绿色建筑的设计者也缺乏充分的了解，导致投资者对于与绿色建筑技术相关产业的投资存在顾虑。基于这些问题，各国组织了绿色建筑发展战略，包括完善政策体系，实施基础教育，加强伙伴关系以及制定经济激励措施以促进绿色建筑的发展和绿色建筑材料的开发与应用。

4 结束语

本文通过介绍绿色建筑和绿色建筑材料的发展过程，从墙体材料和保温材料两个方面研究具有发展前景的绿色建筑材料。混凝土替代材料作为一种新型的节能材料，已广泛应用于建筑行业。可回收的建筑材料是废物资源的回收，为建筑废物提供了环保的解决方案。天然绝缘材料是农业废弃物的良好解决方案，并具有出色的性能。光致变色玻璃在城市中具有广阔的节能前景，并为室内环境健康提供了良好的解决方案。尽管绿色建筑材料的开发和应用仍面临许多挑战，但是绿色建筑材料的开发和应用对可持续发展和城市生态保护具有极大的推动作用。