第一節(jié)　綠色建材的研究現(xiàn)狀

一、綠色建材的定義及內涵

“綠色建材”是從“綠色材料”和“生態(tài)環(huán)境材料”的定義演變而來的。“綠色材料”是20世紀80年代后期世界各國為適應全球環(huán)保戰(zhàn)略，進行產(chǎn)業(yè)結構調整的產(chǎn)物。1988年第一屆國際材料科學研究會議上首次提出了“綠色材料”這一概念。1992年國際學術界給其以明確的定義：綠色材料是指在原料采取、產(chǎn)品制造、使用或者再循環(huán)以及廢料處理等環(huán)節(jié)中對地球環(huán)境負荷最小和有利于人類健康的材料。

1990年，日本學者山本良一提出“生態(tài)環(huán)境材料”的概念，認為生態(tài)環(huán)境材料應是將先進性、環(huán)境協(xié)調性和舒適性融為一體的新型材料。我國左鐵鏞院士提出：生態(tài)環(huán)境材料是同時具有滿意的使用性能和優(yōu)異的環(huán)境協(xié)調性，或者是能夠改善環(huán)境的材料。1998年，在國家科學技術部、國家863新材料領域專家委員會、國家自然科學基金委員會等單位聯(lián)合組織的“生態(tài)環(huán)境材料研究戰(zhàn)略研討會”上，提出生態(tài)環(huán)境材料的基本定義為：具有滿意的使用性能和優(yōu)良的環(huán)境協(xié)調性，或能夠改善環(huán)境的材料。所謂環(huán)境協(xié)調性是指所用的資源和能源的消耗量最少，生產(chǎn)與使用過程對生態(tài)環(huán)境的影響最小，再生循環(huán)率最高。

綠色建材是綠色材料和生態(tài)環(huán)境材料在建筑材料領域的延伸，從廣義上講，綠色建材不是一種單獨的建材產(chǎn)品，而是對建材“健康、環(huán)保、安全”等屬性的一種要求。1999年，在我國首屆全國綠色建材發(fā)展與應用研討會上首次提出綠色建材的定義，指出綠色建材是采用清潔生產(chǎn)技術，不用或少用天然資源和能源，大量使用工農(nóng)業(yè)或城市固態(tài)廢物生產(chǎn)的無毒害、無污染、無放射性，達到使用周期后可回收利用，有利于環(huán)境保護和人體健康的建筑材料。根據(jù)這一定義，綠色建材不僅僅是指在使用中對環(huán)境沒有危害、對人類健康沒有影響的建筑材料，而且還要求建筑材料在原料采集、制備生產(chǎn)、使用消費、循環(huán)利用、資源再生等整個生命周期對環(huán)境均是有利的。

圖2.1通過對傳統(tǒng)建材與綠色建材和環(huán)境關系的對比，反映了綠色建材與環(huán)境保持著良好的協(xié)調性。可以看出，傳統(tǒng)建材的生產(chǎn)、使用和廢棄的過程是一種提取資源、消耗能量，再大量地將廢棄物排回到環(huán)境之中的惡性循環(huán)過程。而綠色建材對資源和能源消耗少，對生態(tài)環(huán)境破壞性影響小，且再生循環(huán)利用率高，有利于環(huán)境資源和能源的循環(huán)再生。

總體而言，綠色建材區(qū)別于傳統(tǒng)建材的基本特征可以歸納為以下幾個方面。

1.建筑材料的環(huán)境特性

綠色建材要在其整個生命周期中對環(huán)境產(chǎn)生盡可能少的影響，從原材料獲取與加工、生產(chǎn)與制造、使用維護以及廢棄處理過程中都應具有良好的環(huán)境協(xié)調性，不危及人身健康與安全，資源和能源消耗低、環(huán)境污染小、廢棄物排放少，正常使用壽命內便于維護，當其喪失使用功能時應具有一定的回收利用性。

2.建筑材料的功能特性

綠色建材首先應具有優(yōu)良的使用功能和可靠的質量保證，又要有優(yōu)良的功能特性。綠色建材應以改善居住環(huán)境為目的，不僅不應損害人體健康，還應有益于人體健康，具有抗菌、防霉、調溫濕、隔熱、隔聲、抗靜電等多種功能。

3.建筑材料的多生命周期特性

在進行綠色建材設計和評價時，應從建材的整個生命周期考慮問題，從而實現(xiàn)建材的環(huán)境特性和功能特性。綠色建材的生命周期不但包括本代建材的生命周期的全部時間，而且還包括廢棄或停止使用以后各代建材中的循環(huán)使用或循環(huán)利用的時間。

二、在我國發(fā)展綠色建材的意義和必要性

截至2012年年底，我國建材行業(yè)年工業(yè)產(chǎn)值達到40979.17億元，同比增長36.86％。表2.1是2009～2013年來我國主要原材料的產(chǎn)量統(tǒng)計，表2.1中所有材料的產(chǎn)量都占世界第一。相應地，建筑材料對資源和環(huán)境的影響也列第一位。以我國建筑材料生產(chǎn)而言，目前每年生產(chǎn)各種建筑材料要消耗資源50億噸以上，消耗能源達2.2億多噸標準煤，破壞農(nóng)田0.7萬公頃。每生產(chǎn)1t普通硅酸鹽水泥熟料要排放0.527tCO₂，每生產(chǎn)1t建筑石灰要排放0.4tCO₂，僅這兩種產(chǎn)品每年排放CO₂達10億多噸。再加上生產(chǎn)玻璃、陶瓷、磚瓦等消耗燃料產(chǎn)生的廢氣，全國建材工業(yè)每年排放的CO₂達15億噸以上，占我國溫室效應氣體排放總量的1/3，是造成地球溫室效應的主要原因之一。

表2.2是我國主要建材產(chǎn)品能源消耗與世界水平的比較結果?？梢?，我國的主要建材產(chǎn)品水泥、玻璃、建筑衛(wèi)生陶瓷的能耗都比國外同類產(chǎn)品的能耗高10％～50％。不過我們也應該看到，我國在降低建筑材料綜合能耗方面，近些年來已經(jīng)取得了長足進步。在2005年以前，我國主要建筑材料產(chǎn)品的綜合能耗甚至高達世界水平的50％～200％。

長期以來，人們生產(chǎn)與使用傳統(tǒng)建材，只考慮其使用性能，而忽視其對生態(tài)環(huán)境與社會發(fā)展的影響。傳統(tǒng)建材在生產(chǎn)過程中不僅消耗大量的天然資源和能源，還向大氣中排放大量的有害氣體（CO₂、SO₂、NO_x等），向地域環(huán)境排放大量固體廢物，向水域環(huán)境排放大量污水。某些建筑裝飾、裝修材料在使用過程中釋放出對人體健康有害的揮發(fā)物。廢舊的建筑物與構筑物被拆除后，被廢棄的建筑材料通常不再利用，而成為又一環(huán)境污染源。建筑材料和建筑工程造成的環(huán)境問題主要有以下幾個方面。

1.產(chǎn)生大氣污染

建材工業(yè)是僅次于電力工業(yè)的全國第二位耗能大戶。煤、油、燃氣大量燃燒排出CO₂、SO₂、SO₃、H₂S、NO_x、CO等氣體。在水泥、石棉等建筑材料生產(chǎn)和運輸過程中產(chǎn)生大量粉塵?；瘜W建材中塑料的添加劑、助劑的揮發(fā)，涂料中溶劑的揮發(fā)，黏結劑中有毒物質的揮發(fā)等都對大氣帶來各種污染。

2.產(chǎn)生建筑垃圾

建筑垃圾也就是建設、施工單位或個人對各類建筑物、構筑物、管網(wǎng)等進行建設、鋪設或拆除、修繕過程中所產(chǎn)生的渣土、棄土、棄料、余泥及其他廢棄物。還有廢建筑玻璃纖維、陶瓷廢渣、金屬、石棉、石膏、裝飾裝修中的塑料、化纖邊料等都需要再生利用。目前，我國建筑垃圾的數(shù)量已占到城市垃圾總量的30％～40％。以每萬平方米500～600t的標準推算，到2020年，我國還將新增建筑面積約300億平方米，新產(chǎn)生的建筑垃圾將是一個令人震撼的數(shù)字。然而，絕大部分建筑垃圾未經(jīng)任何處理，便被施工單位運往郊外或鄉(xiāng)村，露天堆放或填埋，耗用大量的征用土地費、垃圾清運費等建設經(jīng)費，同時，清運和堆放過程中的遺撒和粉塵、灰砂飛揚等問題又造成了嚴重的環(huán)境污染。

3.排放廢水產(chǎn)生污染

國家規(guī)定，混凝土拌和用飲用水，一般都用自來水，pH要求大于4。但建筑工地廢水（混凝土攪拌地）堿性偏高，pH=12～13，還夾雜具有可溶性、有害的混凝土外加劑。水泥廠及有關化學建材生產(chǎn)企業(yè)超標廢水大量排放。還有窯灰和廢渣亂堆或倒入江湖河海，造成水體污染。

4.消耗大量可耕土地

每生產(chǎn)一億塊黏土磚，就要用去1.3×10⁴m²土地，對我國人口眾多、人均土地偏少的國家是很嚴重的資源浪費。

5.產(chǎn)生噪聲和強烈的振動

建筑施工中建筑機械發(fā)出噪聲和強烈的振動。噪聲已成為城市四大污染之一，即廢水、廢氣、廢渣和噪聲。噪聲對人的聽覺、神經(jīng)系統(tǒng)、心血管、腸胃功能都造成損害。據(jù)測試，有相當部分的施工現(xiàn)場，噪聲都在90～100dB，遠高于國家規(guī)定的白天施工小于75dB、夜間施工小于55dB的噪聲控制標準。

6.產(chǎn)生光污染及光化學污染

城市高層建筑群不利于汽車尾氣及光化學產(chǎn)物的擴散，使NO_x等氣體對人體產(chǎn)生光化學作用，危害人體健康。另外城市高樓的玻璃幕墻產(chǎn)生光污染現(xiàn)象也相當嚴重。

7.可能造成放射性污染

有些礦渣、爐渣、粉煤灰、花崗巖、大理石放射性物質超量，制成建筑制品對人體造成外照射（γ射線）和內照射（氡氣吸入）。人生活在這樣的居室中長期受放射性照射，影響身體健康。

在充分關注地球環(huán)境問題的今天，上述的環(huán)境影響將對建材和建筑工程設計提出新的要求。國家頒布執(zhí)行《綠色建筑評價標準》（GB/T 50378）對綠色建材提出具體要求，主要體現(xiàn)在建筑材料能夠有助于延長建筑的使用壽命；建筑材料的生產(chǎn)和運輸過程本身是節(jié)能、節(jié)水、節(jié)約礦產(chǎn)資源和環(huán)保的；建筑材料的功能和性能有助于建筑的節(jié)能環(huán)保；建筑材料最好能易于回收再利用等。綠色建材是實現(xiàn)綠色建筑的物質基礎得到了建材和建筑行業(yè)的認同，催生了綠色建材的開發(fā)和應用。同時，發(fā)展綠色建材也必將推動傳統(tǒng)建材行業(yè)的技術改造和產(chǎn)品的升級換代，促進建材行業(yè)施行清潔生產(chǎn)、材料循環(huán)再生制度和能源最大化利用技術，從而形成一批新的產(chǎn)業(yè)和新的經(jīng)濟增長點，提升建材行業(yè)的科技含量和水平。因此，為了提高人民的居住水平和生活質量，同時保障國民經(jīng)濟建設快速發(fā)展，開展綠色建材的研究、開發(fā)和推廣應用勢在必行。

建筑材料的生命周期一般包括原材料的選取和建材的制造、使用和廢棄等階段，各階段可能對生態(tài)環(huán)境的影響如圖2.2所示。從綠色建材的定義出發(fā)，應當針對建材生命周期各個階段分別加以研究和改進，降低對相關能源、資源的消耗和對環(huán)境的污染，進而實現(xiàn)傳統(tǒng)建材的綠色化過程。

三、建材原材料選取階段的“綠色化”研究方向及進展

在我國，由于加工技術落后，導致建筑材料行業(yè)對不可再生資源的綜合利用率非常低。不合理的開采和浪費更加劇了資源短缺，如冶金礦山中大量石英等礦物被作為脈石丟棄；與煤共生的高嶺土、陶瓷土等礦產(chǎn)大都未被利用；石棉礦山中，占采掘量95％的蛇紋石也基本作為尾礦丟棄。生產(chǎn)1t生鐵，消耗礦石量3～5t，生產(chǎn)1t鋼，消耗鐵礦石10t以上。據(jù)統(tǒng)計，我國礦產(chǎn)資源總回收率僅30％～50％，與世界先進水平相比低20％。

如表2.3所示，從資源效率看，甚至常用的原材料如鋼、鐵、鋁材的資源效率都低于50％。亦即每生產(chǎn)1t上述建筑材料，要向環(huán)境排放一半以上的廢棄物，給環(huán)境帶來難以承受的負擔，遠遠超出了環(huán)境的容納和消化能力。為了解決這一問題，工業(yè)廢渣和其他廢料的建材資源化是一個合理的研究方向。

1.工業(yè)廢渣的建材資源化研究

據(jù)中國環(huán)境公報統(tǒng)計，2013年，全國工業(yè)固體廢物產(chǎn)生量為32.8億噸，綜合利用量（含利用往年儲存量）為20.6億噸，綜合利用率為62.3％。建材行業(yè)是消化工業(yè)廢渣的主力軍。據(jù)統(tǒng)計，全國建材業(yè)每年消納和利用的各類工業(yè)廢渣約占全國工業(yè)廢渣利用總量的80％。

我國常見的工業(yè)廢渣有煤矸石、粉煤灰、高爐礦渣、固硫渣等。多數(shù)工業(yè)廢渣通過技術手段都適合用作建筑材料，是因為：①從化學成分看，多數(shù)工業(yè)廢渣適合做建筑材料的原料；②建筑材料是最大宗的材料，有能力消耗大量的工業(yè)廢渣，利廢為寶；③利用工業(yè)廢渣生產(chǎn)建筑材料，能產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益。可以說，從綜合經(jīng)濟、社會、環(huán)境效益來看，工業(yè)廢渣用于建筑材料方面的資源化程度更高。各類工業(yè)廢渣的綜合利用如表2.4所示。

在以上幾類工業(yè)廢渣中，目前回收利用較為成熟的是煤矸石（采礦廢渣）、粉煤灰（燃料廢渣）和高爐礦渣（冶金廢渣），其相關研究進展表現(xiàn)在以下幾個方面。

（1）煤矸石利用方面　利用煤矸石燒結空心磚和制備水泥是煤矸石綜合利用量最大、應用面最廣、社會效益和經(jīng)濟效益最為顯著的兩個途徑。在我國，利用煤矸石全部或部分代替黏土，采用適當燒制工藝生產(chǎn)燒結磚的技術已經(jīng)成熟，且生產(chǎn)出來的燒結磚的質量可以達到甚至超過傳統(tǒng)黏土磚的質量標準。以煤矸石為原料生產(chǎn)水泥，主要是根據(jù)煤矸石和黏土的化學成分相近，再加上煤矸石能釋放一定的熱量，可節(jié)省部分燃料。煤矸石作水泥原料使用時，可改善水泥生料的易燒性，有利于熱工制度的穩(wěn)定，提高水泥熟料的質量。也可改善水泥干縮性和安定性，降低水化熱，提高抗耐硫酸鹽性能。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國現(xiàn)有煤矸石制磚廠200多個，年生產(chǎn)能力達到30億塊以上；利用煤矸石等原料生產(chǎn)水泥的粉磨站和水泥廠有100處左右，年生產(chǎn)能力2916萬噸左右。

（2）粉煤灰利用方面　20世紀90年代以后，大摻量粉煤灰混凝土已經(jīng)成了混凝土研究應用的最大主題。近年來，粉煤灰開始作為混凝土的獨立組分進行研究，標志著粉煤灰在混凝土中的應用進入了新的階段，為發(fā)展優(yōu)質高性能混凝土開辟了新的道路。在理論研究方面，甘昌成等圍繞粉煤灰混凝土凍融耐久性，研究了不同粉煤灰摻量、凍融方式和混凝土組成材料的變化對混凝土在凍融循環(huán)中損傷程度的影響，并取得了一定的研究成果。潘鋼華等探討了強度等級、引氣量水平、水灰比等因素對普通混凝土和粉煤灰混凝土抗凍融耐久性的影響。張德思和成秀珍在耐腐蝕方面，高摻量粉煤灰混凝土抗壓強度、抗氯離子滲透性能及抗鋼筋銹蝕性能。此外，在抗碳化及模型預測等方面我國研究人員也進行了深入研究。這些研究資料和實際應用成果均說明大摻量粉煤灰混凝土具有良好的耐久性。

（3）高爐渣利用方面　目前我國高爐渣的主要用途是用作建筑材料及其制品，大約占總用量的70％。主要用于水泥原料、混合材、制作高爐渣微粉、混凝土集料與摻合料、空心磚、高爐渣刨花板、工程回填、公路路基墊層材料等。在利用高爐渣之前，需要對其加工處理。目前，高爐渣的綜合利用已經(jīng)有很多成熟的技術和經(jīng)驗。如將高爐熔渣水淬成粒狀渣（即高爐水渣），是生產(chǎn)水泥的原料；用適量的水處理的高爐渣可以形成浮石狀的物質；經(jīng)過急冷加工成膨脹渣珠或膨脹渣，可以作為輕質混凝土的集料；用氣體可以將熔渣吹制成渣棉并制成各種材料。

值得注意的是，雖然以上幾大類工業(yè)廢渣已經(jīng)廣泛應用于綠色建材領域，但是目前仍有大量的較難以資源化的磷石膏、磷渣、電石渣、赤泥等有待開發(fā)利用。由于含氟、磷、堿或放射性元素等有害或有毒物質，或水含量高，“三渣一泥”的再生利用，特別是磷石膏、赤泥的利用，是全國乃至全世界的難題。其相應的研究進展和研究方向體現(xiàn)在以下幾個方面。

（1）磷石膏的利用　由于其所含雜質多、含水率高、質量不穩(wěn)定，會降低相應石膏產(chǎn)品、水泥制品的強度，且導致產(chǎn)品性能不穩(wěn)定。因此，磷石膏被用于生產(chǎn)石膏砌塊、石膏板材、水泥緩凝劑和硫酸聯(lián)產(chǎn)水泥時，需要對磷石膏進行凈化處理，除去其中的磷酸鹽、氟化物、有機物和可溶性鹽。國內外目前采用的凈化方法有水洗、浮選、篩分、石灰中和等，經(jīng)過預處理后的精制磷石膏產(chǎn)品基本符合建筑材料的要求。但是，處理后的磷石膏與天然石膏相比，對水泥性能的不利影響，特別是與其他外加劑適應性方面的問題仍然存在，致使磷石膏作為水泥緩凝劑使用受到限制。因此，從目前的磷石膏建材資源化水平來看，磷石膏用于生產(chǎn)水泥緩凝劑和硫酸聯(lián)產(chǎn)水泥仍然存在較多困難，將磷石膏用于生產(chǎn)石膏砌塊和石膏板材是磷石膏建材資源化的主要方向。

（2）磷渣的利用　由于其含磷、氟有害雜質，延緩水泥混凝土凝結硬化，進而影響施工進度。磷渣水泥的應用研究主要集中在外加劑的開發(fā)以及少熟料及無熟料水泥的工藝研究方面。李東旭等人運用鈉-鈣-硫混合激發(fā)理論，研制出成本低廉的復合外加劑來生產(chǎn)高摻量磷渣水泥，磷渣摻量為50％～70％時，使用外加劑技術可生產(chǎn)425^#和525^#磷渣水泥。方榮利等開發(fā)出FR-2型低堿性固體激發(fā)劑，以黃磷渣、鋼渣為主要原料，可生產(chǎn)抗折強度高、耐磨性好的少熟料磷渣道路水泥。推薦的水泥配比為：水泥:熟料:磷渣:鋼渣:添加劑為15:60:15:6:4。內蒙古工學院成功研究出一種被稱為全黃磷渣水泥即無熟料磷渣水泥的技術，在黃磷渣中加入少量氫氧化鈉、亞硝酸鈉、氯化鈣、硫酸鈉、高嶺土等，經(jīng)混合不用煅燒，只需經(jīng)細磨后即可制成。此種水泥能在自然條件下硬化，具有525^#普通水泥的強度。

（3）電石渣的利用　電石渣堿度高（pH=12～13）、比表面積大、保水性強、脫水困難，使之難以取代石灰石燒制水泥，對電石渣碳化磚又缺乏系統(tǒng)研究和相應標準。目前，電石渣在建材方面的研究方向主要包括制作水泥的緩凝劑，與流化床燃煤灰渣、工業(yè)廢渣混合生產(chǎn)免燒磚、蒸壓磚及加氣混凝土砌塊，以及作防水涂料的主要填料等。其中，利用電石渣-流化床燃煤灰渣制磚可同時利用兩種固體廢物，具有良好的經(jīng)濟和社會效益。據(jù)報道，隨著我國新建流化床鍋爐的電廠建成投產(chǎn)和國家對燃煤SO₂排放控制力度的加強以及我國電力高速發(fā)展，固硫灰渣的排放量近期將很快突破3000萬噸。若用電石渣-流化床燃煤灰渣制磚，按500g流化床燃煤灰渣消耗100g的干電石渣計算，需要消耗電石渣600萬噸，幾乎能消耗全部的電石渣。

（4）赤泥的利用　由于赤泥中的鋁鐵含量高，導致其燒結范圍窄且水硬活性差，苛性堿含量高，使之難以制備燒結磚與免燒磚。然而國內外實踐表明，赤泥可生產(chǎn)出多種型號水泥。俄羅斯第聶伯鋁廠利用拜耳法赤泥生產(chǎn)水泥，生料中赤泥配比可達14％。日本三井氧化鋁公司與水泥廠合作，以赤泥為鐵質原料配入水泥生料，水泥熟料可利用赤泥5～20kg/t。我國山東鋁廠早在建廠初期就對赤泥綜合利用進行了研究，在20世紀60年代初建成了綜合利用赤泥的大型水泥廠，利用燒結法赤泥生產(chǎn)普通硅酸鹽水泥，水泥生料中赤泥配比年平均為20％～38.5％，水泥的赤泥利用量為200～420kg/t，產(chǎn)出赤泥的綜合利用率30％～55％。為更加有效地利用赤泥生產(chǎn)水泥，山東鋁業(yè)公司已完成國家“八五”科技攻關項目“常壓氧化鈣脫堿與低堿赤泥生產(chǎn)高標號水泥的研究”和“低濃度堿液膜法分離回收堿技術”。使以燒結法、聯(lián)合法赤泥為原料生產(chǎn)水泥的技術向前邁進了一大步，提高了赤泥配比，使赤泥配料提高到45％，并提高了水泥質量，由以生產(chǎn)425^#普通水泥為主，提高到以生產(chǎn)525^#水泥為主。

2.其他廢料的建材資源化

（1）廢塑料的利用　在廢塑料中加入作為填料的粉煤灰、石墨和碳酸鈣，采用熔融法制瓦。產(chǎn)品的耐老化性、吸水性、抗凍性都符合要求。抗折強度為14～19MPa。用廢塑料制建筑用瓦是消除“白色污染”的一種積極方法；以粉煤灰作瓦的填料可實現(xiàn)廢物的充分利用。

利用廢聚苯乙烯經(jīng)加熱消泡后，可重新發(fā)泡制成隔熱保溫板材。將消泡后的聚苯乙烯泡沫塑料加入一定劑量的低沸點液體改性劑、發(fā)泡劑、催化劑、穩(wěn)定劑后，經(jīng)加熱使可發(fā)性聚苯乙烯珠粒預發(fā)泡，然后在模具中加熱制得具有微細密閉氣孔的硬質聚苯乙烯泡沫塑料板。該板可以單獨使用，也可在成型時與陶?；炷列纬蓪訝顝秃喜牧稀Ｒ嗫沙尚秃笤儆帽′X板包覆做成鋁塑板。在北方采暖地區(qū)，該法所生產(chǎn)的聚苯乙烯泡沫塑料保溫板具有廣泛用途和良好的發(fā)展前景。

（2）生活垃圾的利用　利用生活垃圾制造的燒結磚質輕、強度高，既可達到垃圾減量化處理的目的，減少污染，又可形成環(huán)保產(chǎn)業(yè)，提高效益。

（3）下水道污泥和河道淤泥的利用　日本已成功開發(fā)利用下水道污泥焚燒灰生產(chǎn)陶瓷透水磚的技術。陶瓷透水磚的焚燒灰用量占總量的44％，作為集料的廢瓷磚用量占總用量的48.5％，該磚上層所用結合劑也是廢釉，所以廢棄物的總用量達95％。該陶瓷透水磚內部形成許多微細連續(xù)氣孔，強度較高，透水性能優(yōu)良。日本還開發(fā)了利用下水道污泥焚燒灰為原料制造建筑紅磚的技術。中國臺灣在黏土磚中摻入重量不超過30％的淤泥，在900℃下燒制磚。這種方法不僅處理了污泥，還在燒制中將有毒重金屬都封存在污泥中，也殺滅了所有有害細菌和有機物。

（4）廢玻璃的利用　廢玻璃的傳統(tǒng)利用技術是使用80％的廢玻璃生產(chǎn)深色瓶罐玻璃，一般加入10％的廢玻璃，可節(jié)能2％～3％。另外，利用廢玻璃還可以生產(chǎn)玻璃馬賽克、泡沫玻璃及玻璃飾面材料等建筑玻璃制品。

①玻璃馬賽克　采用低溫燒結法和熔融法。低溫燒結法廢玻璃摻加量為80％以上，熔融法廢玻璃摻加量為20％～60％。用作建筑物內外飾面材料和藝術鑲嵌材料。

②泡沫玻璃　是一種整體充滿微孔的玻璃材料，其氣孔占總體積的80％～90％，是一種性能優(yōu)良的隔熱隔聲材料。廢玻璃摻加量為60％～80％，加熱發(fā)泡溫度為800～850℃。

③玻璃飾面材料　是利用廢玻璃粉與鋼渣、著色劑一次燒結法生產(chǎn)的微晶玻璃仿大理石板材。利用廢玻璃生產(chǎn)玻璃微珠、玻璃磚、玻璃棉等多種具有重要使用價值的新型材料，進一步擴大了綠色建材的品種和范圍。

（5）廢舊輪胎的利用　全世界汽車保有量已超過10億輛，每年因汽車報廢產(chǎn)生的固體廢物達上千萬噸。其中，廢舊汽車輪胎是一類較難處理的有機固體廢棄物，目前大量的應用也是在建材方面。其應用方向如圖2.3所示。

四、建材制造生產(chǎn)階段的“綠色化”研究

傳統(tǒng)建材的制造是一個高能耗過程。表2.5給出了各國建材產(chǎn)品生產(chǎn)能耗比較?？梢钥闯?，我國的主要建材產(chǎn)品的生產(chǎn)能耗比國外同類產(chǎn)品的能耗高10％～200％。從1995年我國建材工業(yè)消耗能源就突破2億噸標準煤，且一直保持在全國能源消耗的15％以上的水平。因此，節(jié)能降耗技術是我國建材工業(yè)大力推廣的技術，同時也是綠色建材的必備條件之一。

除了能耗問題以外，傳統(tǒng)建材的生產(chǎn)過程也會對環(huán)境和人體健康造成較大危害。隨著我國近年來建材產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，隨之產(chǎn)生的排放問題也日益嚴重。據(jù)報道，鋼鐵、水泥和玻璃工業(yè)每年都會將大量工業(yè)粉塵、NO_x、SO₂、CO和CO₂排放到大氣中，同時產(chǎn)生超標廢水、廢渣造成水體污染。例如，鋼鐵行業(yè)每年排放的廢氣和廢水分別約占工業(yè)總排放量的30％和15％；水泥工業(yè)每年年產(chǎn)廢水近3億噸，粉塵的排放更為可觀，為水泥產(chǎn)量的2％～3％；玻璃行業(yè)每年的廢水排放量也達2億噸左右。建材行業(yè)除廢水、廢氣外，另一個污染源是工業(yè)固體廢物。傳統(tǒng)建材生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢料、廢渣、粉塵和污泥大約95％都廢置在陸地上。據(jù)統(tǒng)計，至1999年，工業(yè)固體廢物累計儲存量為64億噸左右，占地約5.5億平方米。我國工業(yè)固體廢物每年產(chǎn)出量6億～7億噸，平均每年約產(chǎn)生200萬～300萬噸廢鋼鐵、600萬噸廢紙、200萬噸碎玻璃、70萬噸廢塑料、30萬噸廢橡膠。除了污染環(huán)境外，部分傳統(tǒng)建材的生產(chǎn)過程本身也會對人體健康造成直接傷害。例如，石棉制品之所以被限制生產(chǎn)和使用，就是因為長期接觸石棉纖維會對生產(chǎn)者造成“硅肺病”?，F(xiàn)已證實，工業(yè)污染物、重金屬等會對免疫、神經(jīng)和生殖系統(tǒng)造成損害。由此可見，抓好建材行業(yè)生產(chǎn)過程中的污染治理對我國環(huán)保產(chǎn)業(yè)具有重要的意義。

為了降低建材生產(chǎn)過程中的能耗和環(huán)境污染，國外自20世紀70年代開始著手研究用可燃性廢料作為替代燃料應用于水泥生產(chǎn)。大量的研究與實踐表明，水泥回轉窯是得天獨厚處理危險廢物的焚燒爐。水泥回轉窯燃燒溫度高，物料在窯內停留時間長，又處在負壓狀態(tài)下運行，工況穩(wěn)定。對各種有毒性、易燃性、腐蝕性、反應性的危險廢物具有很好的降解作用，不向外排放廢渣，焚燒物中的殘渣和絕大部分重金屬都被固定在水泥熟料中，不會產(chǎn)生對環(huán)境的二次污染。同時，這種處置過程是利用水泥生產(chǎn)過程同步進行，處置成本低，因此被國外專家認為是種合理的處置方式。歐盟在2000年公布了2000/76/EC的指令，對歐盟國家在廢棄物焚燒方面提出技術要求，其中專門列出了用于在水泥廠回轉窯混燒廢棄物的特殊條款，用以促進可燃性廢料在水泥工業(yè)處置和利用的健康發(fā)展。

可燃性廢物的種類主要有工業(yè)溶劑、廢液（油）和動物骨粉等。目前，世界上至少有100多家水泥廠已使用了可燃性廢物。

2008年日本所有廢物再生利用中有15％為水泥再生利用，到2010年，每噸水泥的廢物利用量已達469kg；德國水泥工業(yè)中用廢物作為替代燃料達到了35％，利用較好的廠家達到78％；美國共有37家水泥廠或輕集料廠用危險廢物作為替代燃料燒制水泥，處理了近300萬噸危險廢物，占美國500萬噸危險廢物的60％，全美國液態(tài)危險廢物的90％在水泥窯進行焚燒處理；法國、挪威、加拿大、瑞士等發(fā)達國家也利用水泥窯焚燒廢物，并不斷提高工藝技術，提高替代燃料和原料的比率。歐洲每年要焚燒處理100萬噸有害廢物；瑞士豪西蒙（Holcim）公司可燃廢物替代燃料已達80％，其他20％的燃料仍為二次利用燃料石油焦；法國拉法基（Lafarge）公司可燃廢物替代率達到50％以上。2009年，各國水泥工業(yè)可燃廢料對煤的替代率分別是：德國60％、荷蘭81％、挪威98％、比利時50％、法國34％、捷克45％、日本12％、美國24％，其原料替代率均在40％以上，極大地減少了化石類燃料的使用，改善了環(huán)境。

我國從20世紀90年代開始進行利用水泥窯處理危險廢物的研究和實踐，并已取得一定的成績。北京金隅集團在國內最早開始進行水泥窯協(xié)同處置城市廢物的探索和試驗，1999年初在所屬的北京水泥廠開始利用水泥窯進行廢棄物處置，建成了國內第一條利用水泥窯處置危險廢物示范線和處置生活污泥示范線；上海市新建兩條5000t熟料生產(chǎn)線，用于協(xié)同處置生活污泥；廣州市越堡水泥公司于2010年2月建成一條日處理600t生活污水廠污泥的生產(chǎn)線；重慶市與拉法基合作研發(fā)污泥處置項目以解決重慶市主城區(qū)污水處理后污泥處置的難題；天津市為解決城市廢物處置問題依托金隅集團所屬的天津振興水泥公司開展水泥窯協(xié)同處置生活污泥的試驗，并取得較大進展；2010年4月10日，安徽省銅陵市政府與海螺水泥合作建成銅陵市水泥窯協(xié)同處置城市生活垃圾焚燒，實現(xiàn)了生活垃圾“無害化、安全化、資源化、減量化、穩(wěn)定化”處置。到2012年，國內已投產(chǎn)運行的水泥窯協(xié)同處置廢物項目約19個企業(yè)的20條生產(chǎn)線?！笆濉逼陂g我國水泥工業(yè)協(xié)同處置廢物將取得重大突破。國內外城市廢物處理的成功經(jīng)驗表明，利用水泥窯協(xié)同處置城市廢物不僅安全可行，而且是大勢所趨。

北京水泥廠建成的國內第一條利用水泥窯處置危險廢物示范線和處置生活污泥示范線，又先后承建運營北京市危險廢物處置中心、自主研發(fā)建設利用水泥窯處置城市污泥示范線和生活垃圾焚燒飛灰無害化利用中試線等重點循環(huán)經(jīng)濟項目。截至2012年，已處置北京現(xiàn)代汽車、京東方、印鈔廠等1000多家在京企業(yè)的危險廢物，累計26萬噸；處置城市開發(fā)建設過程中地鐵10號、5號線、廣華新城、化工廠、農(nóng)藥廠、焦化廠等地塊污染土壤100多萬噸；處置清河、酒仙橋、北小河、北苑污水處理廠生活污泥，累計15萬噸；處置高安屯、首都機場、順義綜合垃圾廠生活垃圾焚燒飛灰，累計3萬多噸。為首都城市建設做出了積極貢獻。

我國所采用的可燃性廢物中，較為值得研究的是煤矸石和秸稈。

1.利用煤矸石作燃料

煤矸石是可燃固體廢物的主要組成部分。煤矸石是煤炭開采和洗選加工過程中產(chǎn)生的固體廢物，其中含有一定量的可燃的碳成分。如果長期放置，煤矸石不但占用大量土地，還可能由于其硫鐵礦物和碳物質的存在，在干旱季節(jié)自燃引起森林火災，排放大量的SO₂、NO_x和煙塵，造成嚴重的大氣污染。據(jù)有關部門分析測算，我國由煤矸石排放每年帶來的直接經(jīng)濟損失高達120億元。因此，燃燒和熱量回收是實現(xiàn)煤矸石能源化和資源化利用的有效方式之一。然而，與傳統(tǒng)燃料相比，煤矸石還具有熱值低、難燃燒的特點，因此需要對其燃燒過程（加熱、揮發(fā)分析出、揮發(fā)分著火和燃燒及固定碳著火、燃燒4個階段）進行詳細的研究，以深入了解煤矸石的燃燒特性和規(guī)律，進而提高煤矸石的綜合利用水平。

2.利用秸稈作燃料

據(jù)統(tǒng)計，隨著我國糧食連年增產(chǎn)，2013年全國秸稈總產(chǎn)量已達8億噸。同時，隨著我國農(nóng)業(yè)、農(nóng)村經(jīng)濟的發(fā)展，農(nóng)作物產(chǎn)量呈逐年增加之勢，秸稈產(chǎn)量也勢必增加。長期以來，秸稈是我國農(nóng)村居民主要生活燃料、牲畜飼料和有機肥料的原料，少部分秸稈會作為工業(yè)原料和食用菌基料，但大量資源尚未有效利用。近年來，隨著農(nóng)村勞動力轉移、能源消費結構調整和各類替代原料的應用，加上秸稈綜合利用成本偏高、經(jīng)濟性差、產(chǎn)業(yè)化程度低等原因，開始出現(xiàn)了地區(qū)性、季節(jié)性、結構性的秸稈過剩。如何處置大量剩余的秸稈成為一個新問題，特別是在糧食主產(chǎn)區(qū)和沿海經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，違規(guī)焚燒現(xiàn)象屢禁不止，秸稈的任意焚燒不僅浪費資源、污染環(huán)境，還嚴重威脅交通運輸安全。

自1999年《秸稈禁燒和綜合利用管理辦法》實施以來，各地加強對秸稈禁燒和綜合利用力度，并研究秸稈資源合理化利用方法，發(fā)現(xiàn)實現(xiàn)秸稈工業(yè)化利用是秸稈綜合利用的關鍵；同時由于利用秸稈生產(chǎn)建筑材料不會產(chǎn)生游離甲醛，具有環(huán)境友好性，可為我國建材工業(yè)的發(fā)展提供廣闊前景。因此將秸稈用作建材原料，以及生產(chǎn)建材時的燃料，都是秸稈綜合利用的有效方法。

五、建材使用階段的“綠色化”研究

1.降低建材使用階段能耗的研究

建筑物是建筑材料使用的最主要的表現(xiàn)形式，建筑物的使用和維護要消耗大量能源。建筑物生命周期能源消耗主要有三個方面，包括建筑材料制造的能耗、建筑材料運輸和施工的能耗以及建筑物使用能耗。由表2.6可知，建筑物使用能耗與建筑材料制造能耗比大致是1:4，建筑物使用能耗與整個生命周期能耗比大致是1:6，也就是說建筑使用6年后其使用能耗將超過總建筑能耗。

據(jù)估計，全球一次性能源高達1/3用于建筑物的使用和維護。大部分建筑物能源消耗是用作室內溫度調節(jié)、采暖、空調、照明及設備運轉需消耗大量的能源。我國建筑使用能耗中，僅占全國人口14％的采暖人口每年用于采暖的能源高達1.3億噸標準煤以上，占全國能源生產(chǎn)的15％，單位面積能耗相當于發(fā)達國家的3倍。降低建筑物的使用能耗取決于建筑設計和建筑材料，我國每年因保溫不良的墻體造成的熱損失估計達1.2億噸標準煤。由于建筑物的外墻、屋面與窗戶是降低建筑能耗的關鍵，因此開發(fā)保溫隔熱材料用于建筑物墻體和窗戶，是降低建材使用能耗的重要研究方向。

（1）保溫墻體材料　目前，我國絕大多數(shù)建筑的外墻仍采用實心黏土磚，實心黏土磚的熱導率是礦棉等保溫材料的20倍左右，保溫效果很差。其他一些普通的墻體材料（低容重的加氣混凝土除外）也不能滿足建筑節(jié)能的要求，必須與一些高效的熱絕緣材料相復合，諸如巖棉板、玻璃棉氈、膨脹珍珠巖、阻燃的聚苯乙烯泡沫板、聚氨酯泡沫板、改性酚醛泡沫樹脂板等。為實現(xiàn)建筑節(jié)能新標準的要求，根本出路是發(fā)展高效保溫節(jié)能的外保溫墻體和自保溫墻體。

外墻外保溫體系就是在基層墻體外面附加聚苯板，聚氨酯等保溫性能良好的絕熱保溫材料作保溫層或外涂保溫砂漿。這種技術既能完全消除墻體中的熱橋，達到比較滿意的絕熱效果，同時提高居住面積和舒適性。我國外墻外保溫的發(fā)展是伴隨著中國建筑節(jié)能工作的不斷推進，在學習和引進國外先進技術和理念的基礎上進行的，但主要集中在北方采暖地區(qū)。20世紀90年代出現(xiàn)了一種透明絕熱材料（transparent　insulated material，TIM）?？蓪IM與外墻復合成透明隔熱墻（transparent　insulated　wall，TIW）。TIW由保護玻璃、遮陽卷簾、TIM層、空氣間層、吸熱面層和結構墻體組成。不僅可以得到太陽輻射熱，還可以得到TIM的反射能。TIM層在黑色吸熱面外側，在冬季可阻止吸熱面向室外散熱，在夏季可避免室外過多的熱量進入室內。玻璃內的遮陽卷簾（卷簾外表面為高反射面）可調節(jié)抵達墻面的太陽輻射量。

另一類是自保溫體系，指的是以單一墻體材料即能滿足現(xiàn)有節(jié)能要求的外墻保溫體系，墻體自保溫技術作為近年來國內學者提出的一個新技術方向，隨著外墻外保溫系統(tǒng)應用中存在的問題特別是防火問題的出現(xiàn)才逐步得到關注，但現(xiàn)有研究主要集中在自保溫墻體材料方面，針對墻體自保溫系統(tǒng)性研究少且基本停留在討論階段。目前，我國應用較多的自保溫墻體材料有加氣混凝土砌塊、輕集料混凝土小型砌塊、陶粒自保溫砌塊、泡沫混凝土砌塊等。

①加氣混凝土砌塊　加氣混凝土制品在國外已有近百年的發(fā)展歷史，我國引進該技術也有近40年的歷史，其生產(chǎn)工藝和設備趨于成熟。加氣混凝土砌塊是目前最常見的自保溫墻體材料，由含鈣材料（水泥、石灰）、含硅材料（石英砂、粉煤灰、頁巖）和加氣劑（鋁粉）等原材料，經(jīng)磨細、配料、攪拌、澆注、切割、蒸壓養(yǎng)護等工序生產(chǎn)而成，具有輕質、高強、保溫、隔熱、吸聲、防火、可加工等特點，且原材料豐富。目前市場上的加氣混凝土砌塊的干密度一般在300～850kg/m³之間，上海伊通有限公司與同濟大學合作開發(fā)的加氣混凝土砌塊干密度在400～850kg/m³之間，傳熱系數(shù)在0.12～0.16W/（m²·K）之間，但抗壓強度較低。此外，已于2006年9月竣工的福建大學建筑節(jié)能示范公寓以加氣混凝土砌塊作為墻體材料，采用專用砌筑砂漿、界面劑、抹面砂漿等配套材料進行干法施工，在實踐中完善了加氣混凝土自保溫體系。該體系具有適用范圍廣、工藝簡便合理等優(yōu)點。

②輕集料混凝土空心砌塊　輕集料混凝土空心砌塊由于原材料的種類不同，其產(chǎn)品表觀密度差別較大，進而造成其熱阻差異較大，這些都直接影響了產(chǎn)品的保溫隔熱性能。而且因受力需要，砌塊必須具有一定厚度的混凝土肋，這就形成了熱流通道，即“熱橋”。同時，孔洞中的空氣在冷熱面溫差的作用下產(chǎn)生對流傳熱，也加快了熱量的傳遞。因此，輕集料混凝土空心砌塊的保溫效果并不理想。

③陶粒自保溫砌塊　陶粒自保溫砌塊是一種新型輕質自保溫節(jié)能砌塊，規(guī)格品種多樣，具有優(yōu)良的技術性能和熱工性能。陶粒自保溫夾芯砌塊的主砌塊規(guī)格與陶粒自保溫空心砌塊相同，是為了進一步降低其傳熱系數(shù)而在陶粒自保溫空心砌塊中填充了輕質保溫材料。根據(jù)設計墻體對傳熱系數(shù)的不同要求，可以填充其中的一排或兩排孔，也可以將孔全部填滿。浙江大學與浙江上虞科元自保溫墻體材料有限公司聯(lián)合研制的陶粒增強加氣砌塊以河道淤泥、粉煤灰、混凝土管樁廠的離心余漿為主要原料，經(jīng)過輕質陶粒和引氣漿體制備、混合、澆模、靜養(yǎng)、自動切割、蒸汽養(yǎng)護等工藝制備而成。其干體積密度為450～750kg/m³，可有效減輕墻體施工的勞動強度，減小建筑物的自重，其傳熱系數(shù)為0.11～0.18W/（m²·K），是黏土磚的1/5、混凝土的1/8。該產(chǎn)品已在浙江和江蘇兩省推廣應用。在夏熱冬冷地區(qū)，240mm厚的陶粒增強加氣砌塊墻體即可滿足建筑節(jié)能50％的要求，與其他措施相結合則可實現(xiàn)建筑節(jié)能65％的目標。陶粒自保溫墻體堅固耐用，施工方法簡單易操作，且造價相對于其他外墻外保溫體系低很多。

④泡沫混凝土砌塊　泡沫混凝土是將專用發(fā)泡劑與水按一定比例混合，經(jīng)機械攪拌或與空氣強制混合后產(chǎn)生大量氣泡，再與水泥漿等物料進行混合而形成的一種保溫性能好、強度高的低密度材料。在制作過程中可摻入粉煤灰、爐渣、聚苯顆粒等大量固體材料，以改善其自身的物理性能。在容重為500kg/m³的情況下，發(fā)泡水泥的傳熱系數(shù)一般≤0.09W/（m²·K）。實際生產(chǎn)中的容重一般控制在400kg/m³左右，此時的傳熱系數(shù)約為0.085W/（m²·K）。在容重一定的情況下，泡沫水泥的強度隨水泥標號及摻和料數(shù)量的變化而變化。在不摻加任何混合料，選用525^#水泥，容重不足300kg/m³的情況下，每立方米發(fā)泡水泥的抗壓強度可達到3MPa以上。與加氣混凝土相比，發(fā)泡水泥的性能更加優(yōu)良，這是由于二者的發(fā)泡機理不同。加氣混凝土的氣泡不規(guī)則、大小不均勻且離散，而發(fā)泡水泥的氣泡周圍均掛滿了水泥漿，形成了一層光滑的水泥漿壁，氣泡光滑、獨立、均勻，密集的氣泡群結合在一起，構成了具有一定特性的發(fā)泡水泥。若使用發(fā)泡水泥砌塊作為外墻砌體材料，傳熱系數(shù)按0.1W/（m²·K）計算，在厚度不足300mm的情況下，用于寒冷地區(qū)的墻體自保溫體系中，完全可以實現(xiàn)建筑節(jié)能65％的標準。

（2）保溫門窗玻璃材料　隨著對居室美觀、舒適要求的不斷提高，建筑玻璃門窗所占面積逐漸增大，已經(jīng)占到總墻體面積的15％左右。為解決現(xiàn)代建筑功能要求和節(jié)能的矛盾，國內外正在積極研究開發(fā)具有保溫功能的玻璃門窗體系。國際上從傳熱系數(shù)為2～3W/（m²·K）的紅外反射覆面層玻璃窗、到內充氬氣的雙層玻璃窗，再到傳熱系數(shù)僅為0.4W/（m²·K）的內充硅氣凝膠的抽真空的雙層電鍍玻璃窗，門窗材料的發(fā)展適應了建筑節(jié)能的要求。北歐和北美國家的窗戶傳熱系數(shù)一般小于2.0W/（m²·K）。目前，我國除采用低輻射中空玻璃的PVC塑料雙層窗外，其他類型窗很少達到這樣的要求。

玻璃是目前門窗材料的主體。但由于玻璃不僅傳熱系數(shù)高，更會通過熱輻射散失大量熱量，玻璃材料保溫隔熱技術的研究至關重要。目前節(jié)能保溫玻璃主要可以分為熱傳導阻礙型玻璃、熱輻射阻礙型玻璃、變色玻璃等。

①熱傳導阻礙型玻璃　其主要原理是阻礙聲子在玻璃中的傳播，從而降低熱傳導系數(shù)。因此除了保溫功能，熱傳導阻礙型玻璃還可以有效地隔絕室外噪聲，一舉兩得。熱傳導阻礙型玻璃具體又可分為中空玻璃和真空玻璃兩種。前者類似于雙層玻璃，這種玻璃是將兩片或多片玻璃以有效支撐均勻隔開，并對其周邊黏結密封。玻璃層之間是一層有干燥氣體的空腔，這層被限制了流動的氣體層具有極低的熱導率，從而降低了玻璃整體的傳熱系數(shù)。與普通玻璃相比，中空玻璃的傳熱系數(shù)至少可降低40％；真空玻璃類似于中空玻璃，區(qū)別是真空玻璃空腔內的氣體非常稀薄，氣壓極低，接近真空。真空中聲子不能傳播，因此其熱導率近乎為零。與中空玻璃相比，其保溫性能更好，熱阻更高，因此具有更好的防結露性能和隔熱節(jié)能。澳大利亞悉尼大學是真空玻璃研發(fā)成功的鼻祖，該大學應用物理學院于1993年首家研發(fā)成功真空玻璃，1996年轉讓專利使用權給日本板硝子（NSG），進行商業(yè)化生產(chǎn)。目前悉尼大學對真空玻璃的研發(fā)工作仍在繼續(xù)，研究主要集中在傳熱機理、力學研究、真空的穩(wěn)定性、熱流量的測量、產(chǎn)品技術和成本等方面。

②熱輻射阻礙型玻璃　主要通過調節(jié)對不同波長的光的吸收或反射，從而在達到理想采光效果的同時，降低進入室內的熱輻射。熱輻射阻礙型玻璃又可具體分為反射型玻璃和吸收型玻璃。反射型玻璃主要通過鍍膜的方法，提高對紅外光的反射率，從而實現(xiàn)隔絕熱輻射的玻璃。這種玻璃一般在表面鍍一層或多層金屬，例如鉻、鈦或不銹鋼等，或使用其他化合物組成的薄膜。與普通玻璃相比，反射型玻璃提高了遮陽性能，但基本不改變熱導率，因此通常需要與中空玻璃復合，將金屬鍍層放置在中空隔層內，既保護了鍍層免受風吹雨淋的侵蝕，又降低了熱導率。吸收型玻璃與鍍膜的反射型玻璃不同，吸收型玻璃將金屬離子分散在內部，這些離子能強烈吸收特定波長的光，并再次輻射。其保溫效果與溫室效應類似，只不過此時“溫室”變成了室外環(huán)境。對光線的吸收率越高，返回環(huán)境中的二次輻射就越多，越能隔絕外界光輻射的進入。相關研究中，A.Seeboth等采用聚醚/聚羥基凝膠填充在玻璃夾層中制取了溫致透光率可逆變化材料，該材料透光率可由20℃以下的10％左右變化至30℃以上的90％左右，但其溫致變化方向性與建筑方面要求相反。Haruo Watanabe教授等采用一種水溶性聚合物與其他材料配合填充于玻璃夾層中，制取了溫致透光率可逆變化材料，該材料透光率可由28℃以下的90％左右變化至32℃以上的10％左右，結果表明基本符合建筑方面的需要。

③變色玻璃　為了解決反射型玻璃和吸收型玻璃光學特性單一，在日照狀況波動時不能自動調節(jié)的問題，人們又開發(fā)出了一系列變色玻璃，其在陽光強烈時顏色變深，提高吸收率或者反射率；采光不夠時顏色變淺，提高透過率。變色玻璃主要包括主動型與被動型兩種。主動型變色玻璃主要依靠人為地提供指令，改變玻璃的顏色，最常見的一種類型就是液晶調光玻璃。液晶調光玻璃又稱為電致變色玻璃、智能調光玻璃，它的中間夾有液晶膜，并經(jīng)過特殊工藝方法添加透明電極制作而成。當液晶分子取向與傳播光的光軸方向一致時，光線可以透過；當液晶分子混亂排列時，光線被強烈反射或者吸收。由于液晶分子不導電，電場改變其取向時耗能極低。合理的調節(jié)程序可以使室內保溫能耗下降約48％，大大低于其自身能耗。被動型變色玻璃主要依靠化學方法使玻璃根據(jù)室外光學或者溫度條件自行調節(jié)吸收率與反射率。

2.降低建材使用階段環(huán)境污染的研究

（1）室內污染及控制　建筑材料使用階段的污染主要是對人體健康的影響。人的居住環(huán)境是由建筑材料所圍成的與外環(huán)境隔開的微小環(huán)境，居室內空氣的污染物，除我們人體放出的CO₂和有機氨基酸等外，還有化學物質、細菌等生物物質，有時甚至有放射性物質。另外，還有穿墻而過的電子磁波輻射等。建筑材料特別是裝飾裝修材料對室內空氣質量有很大的影響。據(jù)美國環(huán)保局對各類建筑物室內空氣連續(xù)5年的監(jiān)測結果，發(fā)現(xiàn)室內空氣中某些有毒化學物質含量比室外綠化區(qū)高出20多倍。而新完工或新裝修的建筑物室內空氣中有害物質更是比室外含量高出100多倍。一項調查報告顯示，美國的120萬幢商業(yè)建筑中有2500萬名工作人員患“不良建筑物綜合征”，由此可見，室內空氣的污染對人體直接危害比室外大氣污染更大。

建筑材料引起室內污染，影響人的健康主要有三個方面：一是建材本身造成的污染，如混凝土中的外加劑，混凝土砌塊中含有氡，礦渣磚里含有放射性物質；二是裝飾材料帶來的污染，如花崗巖往往含有放射性元素，涂料、油漆中含有甲醛、苯、甲苯等，這些化合物對人體都是有害的，甚至會致癌；三是家具帶來的污染，如家具用各種板材、涂料、油漆同樣會釋放出甲醛等有害氣體，嚴重影響人的身體健康。

為了改善居住環(huán)境，各國研究出無毒無污染的綠色建材。在結構建材方面，經(jīng)過處理的工業(yè)副產(chǎn)物石膏，在化學、物理性能方面可與天然石膏等效，不含放射性、不污染環(huán)境，是生產(chǎn)紙面石膏板、石膏木質纖維板、石膏紙質纖維板、石膏砌塊、石膏天花板、石膏人造火埋、粉制石膏等綠色建材制品的價廉物美的原材料；在裝飾材料中，現(xiàn)流行歐美的紙基壁紙、布基壁紙、石英纖維裝飾物則是綠色墻壁裝飾材料的典型代表。這些產(chǎn)品以天然植物石英纖維為基本原料，在防火、耐酸堿、抗沖擊、防開裂、抗靜電、透氣性等方便表現(xiàn)優(yōu)越，不會產(chǎn)生有毒物質，已在國內外高級建筑物廣泛應用；在涂料方面，建筑涂料的水性化是建筑涂料發(fā)展的必然方向。水性涂料的制備均選用水作為溶劑，代替了有害的有機溶劑，減少了有機溶劑對環(huán)境的污染。目前已開發(fā)的綠色涂料有有機硅丙烯酸樹脂、含氟樹脂、水乳型乳氨酯等，綠色地面涂料如水性環(huán)氧地坪、水性聚氨酯地坪等。

（2）噪聲污染及控制　噪聲對人的聽覺、神經(jīng)系統(tǒng)、心血管都造成損害。據(jù)測試有相當部分的施工現(xiàn)場的噪聲都在90～100dB，遠高于國家規(guī)定的噪聲控制標準。目前由于環(huán)境噪聲日益嚴重，已經(jīng)成為污染自然環(huán)境和人類社會環(huán)境的一大公害，消除噪聲一直以來是人們控制污染的重心之一。

選用適當?shù)牟牧蠈υ肼曉催M行吸聲和隔聲處理是噪聲控制工程中最常用、最基本的技術措施之一，早期的噪聲控制材料為植物纖維制品（棉麻纖維、毛氈等）、有機合成纖維材料（腈綸棉、滌綸棉等）和無機纖維（玻璃棉、礦渣棉和巖棉等）等纖維狀材料，主要利用它們膨松多孔、易于吸收噪聲的特點。磚、木材、石材等可以隔絕噪聲的材料在建筑領域中發(fā)展得比較早，例如隔聲墻等，主要利用此類材料厚實的特點來阻斷聲音的傳播，隔絕外界噪聲對室內的影響。隨著工業(yè)的發(fā)展，鋁質纖維和變截面金屬纖維等金屬吸聲材料，有機高分子材料與金屬基復合材料等隔聲材料迅速發(fā)展，目前已經(jīng)廣泛應用到音樂廳、展覽館、教室、高架公路底面中，適用于社會生活與生產(chǎn)的各個領域。

噪聲控制材料按照噪聲控制方式可以分為吸聲材料和隔聲材料。前者主要利用聲音傳播時與材料發(fā)生特定相互作用導致聲音能量的衰減而實現(xiàn)降低噪聲的目的，后者主要利用材料對噪聲的隔絕、隔斷、分離等作用而實現(xiàn)。在工程處理上，吸聲處理和隔聲處理所解決的目標和側重點也不盡相同，吸聲處理所解決的目標是減弱聲音在室內的反復反射，也即減弱室內的噪聲；在連續(xù)噪聲的情況下，這種減弱表現(xiàn)為室內噪聲級的降低，這一點是針對聲源與吸音材料同處一個建筑空間而言。隔聲處理則著眼于隔絕噪聲自聲源處向相鄰處的傳播，以使相鄰房間免受噪聲的干擾。在具體的工程應用中，兩種材料常常結合在一起，以發(fā)揮綜合降噪效果。

（3）噪光污染及控制　噪光是指對人體心理和生理健康產(chǎn)生一定影響及危害的光線，噪光污染主要指白光污染和人工白晝。近年來，我國許多城市大面積采用玻璃幕墻和白色瓷磚裝飾建筑外墻面，由此造成的白光污染是嚴重的。研究發(fā)現(xiàn)，長時間在白色光亮污染環(huán)境下工作和生活的人，易導致視力下降，同時還會產(chǎn)生神經(jīng)衰弱癥狀。因玻璃幕墻對周圍建筑和街景的折射而造成的錯覺，影響著車輛和行人的交通安全。

為了降低噪光污染，目前研究認為應避免使用反射系數(shù)較大的裝飾材料。據(jù)報道，一般白粉墻的光反射系數(shù)為69％～80％，鏡面環(huán)境的光反射系數(shù)為82％～88％，而白色瓷磚裝修的光滑墻壁、地面和潔白紙張的反射系數(shù)高達90％，這個數(shù)值大大超過人體所能承受的生理適應范圍。因此，家庭裝修使用的瓷磚最好選擇亞光磚，書房和兒童間最好用地板代替地磚。

六、建材廢棄階段的“綠色化”研究

建筑廢物也是建筑施工階段的主要污染形式。由于相應的法律法規(guī)不完善，目前我國建筑廢物數(shù)量增長迅速，已占到城市垃圾總量的30％～40％，堆存侵占土地面積達5億平方米，全國有200多座城市陷入垃圾包圍之中。據(jù)統(tǒng)計，廢棄混凝土是建筑業(yè)排出量最大的廢棄物，但廢棄混凝土用于回填或路基材料是極其有限的。作為再生集料用于制造混凝土、實現(xiàn)混凝土材料的自己循環(huán)利用是混凝土廢物回收利用的重要發(fā)展方向。

再生集料混凝土是指利用廢棄混凝土破碎加工而成的再生集料，部分或全部代替天然集料配制而成的新混凝土。再生集料是指廢棄混凝土經(jīng)特定處理、破碎、分級并按一定的比例混合后形成的以滿足不同使用要求的、粒徑在40mm以下的集料。其中粒徑在0.5～5mm的集料為再生細集料，粒徑在5～40mm的集料為再生粗集料。再生集料混凝土一般為表面包裹著部分水泥砂漿的石子，小部分是與砂漿完全脫離的石子，還有極少一部分為水泥石顆粒，RFA主要由砂漿體破碎后形成的表面附著水泥漿的砂粒、表面無水泥漿的砂粒、水泥石顆粒及少量破碎石塊所組成。目前相關研究集中于對再生集料混凝土制備工藝、力學性能和耐久性方面。

1.再生集料混凝土制備工藝研究

廢棄混凝土塊的回收、破碎和再生集料生產(chǎn)工藝是廢棄混凝土再生利用的前提。廢棄混凝土經(jīng)破碎加工后，集料表面粗糙度加大，棱角效應增加，集料表面包裹著相當數(shù)量的水泥砂漿，混凝土塊解體過程中的損傷積累導致再生集料內部形成大量微裂紋。上述因素使得再生集料與天然集料相比，壓碎指標及孔隙率較高，密度較小，吸水性強，黏結力弱，集料強度較低，所以再生集料主要用來配制中低強度的混凝土，道路建設中用于路基、路面、路面磚、馬牙磚等工程，建筑工程中用于基礎墊層、底板、填充墻、非結構構件等部位。再生集料的加工方法是將各種破碎設備、傳送機械、篩分設備、清除雜質設備一體化，經(jīng)破碎、篩分、去除雜質等工序，獲得符合質量要求的再生集料。日本采用加熱碾磨法、螺旋粉碎法、機械粉碎法、重力浮選法等先進工藝改善了再生集料的品質，其性能與天然集料相當，可用以配制高強度混凝土。加熱碾磨法是指將廢棄混凝土加熱至約300℃，包裹于再生集料表面硬化的舊水泥漿逐漸軟化，然后通過碾磨工序將其與廢棄混凝土分離，獲得清潔的原生集料。螺旋粉碎法是指利用螺桿軸去除再生集料表面的水泥漿。機械粉碎法的主要裝置是以鋼球為媒介物、內部設有隔板的轉筒。它在轉動時，鋼球沿水平、豎直方向移動，混凝土塊在轉筒內旋轉，相互碰撞、摩擦、碾磨，利用隔板去除附著于集料表面的水泥漿和砂漿。

2.再生集料混凝土力學性能研究

對再生混凝土主要力學性能的研究，大多側重于抗壓性能和彈性模量。巴西S.C.An-gulo等人研究了混凝土再生集料的孔隙率對混凝土力學性能的影響，結果表明：混凝土的抗壓強度和彈性模量與再生集料的孔隙率成指數(shù)關系；使用特定功率的機械分離機足可以生產(chǎn)出孔隙率平均值為6.7％的再生集料，此種再生集料可以配制出性能良好的混凝土制品；李俊、尹健等采用三因素、三水平的正交試驗設計方法，建立了再生混凝土強度與水膠比、再生集料摻量、超細粉煤灰摻量的經(jīng)驗公式。結果表明水膠比是影響再生混凝土強度的最主要因素，也是最顯著因素；陳兵研究表明，與天然集料混凝土相比，部分再生集料混凝土后期抗壓強度較高。全部使用再生集料的混凝土抗壓強度比天然集料混凝土下降約8％。摻加微細硅粉與高效減水劑后，再生集料混凝土抗壓強度及劈裂抗拉強度顯著提高；夏琴對再生混凝土與普通混凝土的單軸受壓性能進行了對比試驗，發(fā)現(xiàn)在相同配合比條件下，再生混凝土彈性模量比普通混凝土降低8％～15％；石建光在水灰比0.55，水泥、細集料、粗集料的配合比為1:2:2.75時，測試了不同粗集料級配情況下的再生混凝土工作性能和抗壓強度，結果表明采用再生集料自然級配制備的混凝土盡管γ值較小，但工作性能差，抗壓強度低；鄧旭華結合超聲和回彈的測試方法，探討了水灰比對再生混凝土抗壓強度的影響，結果表明：當水灰比大于0.57時，再生混凝土的抗壓強度隨著水灰比的增大而減??；當水灰比小于0.57時，再生混凝土的抗壓強度隨著水灰比的增大而增大?；鶞驶炷梁驮偕炷脸暵曀俸突貜椫惦S水灰比的變化規(guī)律與其實際抗壓強度值的變化規(guī)律基本一致。

3.再生集料混凝土耐久性能研究

對再生混凝土的研究大多集中在物理性能與力學性能方面，而對其耐久性方面的研究相對較少，尤其對于多因素復雜環(huán)境條件下再生混凝土耐久行為與特性的研究尚顯薄弱。對再生混凝土在多種破壞因素作用下的耐久性能進行研究，可為再生混凝土耐久性評估體系的建立提供科學的理論依據(jù)。

崔正龍研究表明隨著水灰比的增加，全再生混凝土抗凍融循環(huán)的耐久性指數(shù)及抗碳化能力均有所降低；水灰比分別為0.45、0.55時，全再生混凝土的耐久性指數(shù)比普通混凝土分別降低6％和9％，抗碳化能力差，碳化速度比普通混凝土幾乎快3倍。張雷順發(fā)現(xiàn)，加入引氣劑后再生混凝土能達到甚至超過普通混凝土的抗凍融性能；降低水灰比，再生混凝土抗凍性能提高；宜于采用強度損失表征再生混凝土抗凍性能。宋少民研究表明再生混凝土收縮較大，抗碳化和抗氯離子滲透性能中等，抗凍融性較差。摻加粉煤灰和高效減水劑、降低水膠比可以提高再生混凝土耐久性。摻加粉煤灰后，再生混凝土密實度增大，抗氯離子擴散性能增大，碳化深度稍有增大，深度為10mm，可以滿足工程需要。孫家瑛研究表明：再生混凝土坍落度隨再生集料的增加而降低，抗?jié)B性和抗碳化能力較普通混凝土差；摻加活性摻和料后，再生混凝土工作性可有效改善，抗氣滲性和抗碳化能力大幅度提高。朱崇績研究了顆粒整形對再生集料混凝土耐久性的影響，結果表明顆粒整形去除了集料表面黏附的水泥石，再生集料變得圓滑，混凝土需水量減小，顯著改善了混凝土收縮性、抗氯離子滲透性、抗碳化性能和抗凍性能。陳愛玖發(fā)現(xiàn)：隨著再生粗集料摻量的增加，再生混凝土抗凍融能力減弱，但較普通混凝土的抗凍性降低不多；引氣減水劑摻量是影響再生混凝土抗凍性的主要因素，再生粗集料摻量為70％、聚丙烯纖維摻量為0.7kg/m³、引氣減水劑摻量為0.6％的配合比拌制的再生混凝土抗凍耐久性較好，抗凍等級可達到F250以上；提出將飽和面干吸水增長率作為評判再生混凝土抗凍性能的技術指標?？紤]再生混凝土的強度和耐久性，吳紅利建議再生混凝土水膠比不高于0.36，在不影響早期強度的情況下盡量摻加30％左右粉煤灰，再生集料的最大粒徑建議使用16mm。