建筑材料的未来发展趋势

建筑材料的未来发展趋势
摘 要:从科学技术和可持续发展两方面,论述了建筑材料发展的客观环境,并在此基础上总结了建筑材料发展的趋势,
即建筑材料追求功能多样性、全寿命周期经济性以及可循环再生利用性的发展趋势。
关键词:建筑材料,环境,发展趋势
随着科学技术的发展,学科的交叉及多元化产生了新的技术
和工艺。这些前沿的技术、工艺越来越多的应用于建筑材料的研
制开发,使得建筑材料的发展日新月异。不仅材料原有的性能,
如耐久性能、力学性能等得到了提高,而且实现了建筑材料在强
度、节能、隔音、防水、美观等方面多功能的综合。同时,社会发展
对建筑材料的发展提出了更高的要求,可持续发展理念已逐渐深
入到建筑材料之中,具有节能、环保、绿色和健康等特点的建筑材
料应运而生。建筑材料正向着追求功能多样性、全寿命周期经济
性以及可循环再生利用性等方向发展。
1 具有功能多样性和综合性的建筑材料
随着居住理念的改变,人们对建筑功能的要求日趋多样性。
建材作为建筑的基本元素,必须适应这一发展要求,除具备基本
性能之外,绿色健康、节能省耗、适宜舒适等多样性功能将被综合
其中。
1. 1 绿色健康建筑材料
绿色健康建材指的是具有对环境起到有益作用或对环境负
荷很小的情况下,在使用过程中能满足舒适、健康功能的建筑材
料。绿色健康材料首先要保证其在使用过程中是无害的,并在此
基础上实现其净化及改善环境的功能。根据其作用,绿色健康材
料可分为抗菌材料,净化空气材料,防噪音、防辐射材料和产生负
离子材料[1 ] 。
抗菌材料的机理是抑制微生物污染。目前研究抗菌的产品
类型包括抗菌材料和抗菌剂。我国在抗菌建筑材料领域已研制
开发了保健抗菌釉面砖、纳米复合耐高温抗菌材料、抗菌卫生瓷
和稀土激活保健抗菌净化功能材料等等;此外还制定出台了一系
列抗菌材料、抗菌行业标准,如《抗菌陶瓷制品抗菌性能标准》、
《建筑用抗细菌塑料管抗细菌性能标准》、《抗菌塑料标准》等等,
《抗菌剂标准》也即将出台。
净化空气材料主要是减少室内空气的化学污染。净化空气
材料主要包括吸附材料和纳米半导体光催化材料。室内空气的
污染以有机气体为主,所以氧化分解和吸附分解是净化空气材
料、治理室内空气污染的主要机理。利用TiO2 的光催化作用除
臭、抗

菌、净化空气,是净化室内空气污染,改
善环境质量的主要
科技方法。目前,无机材料TiO2 已开始应用于建筑材料。
防噪音、防辐射材料可以减少声波及其他物质波对环境污
染。住宅中采用隔音材料,对维护人的身心健康具有重要意义,
也是新型建筑材料发展的重点方向之一。目前采用多孔材料和
压电热电材料,能够吸收声波能量减小噪音,吸收电磁辐射减小
电磁污染的作用。
产生负离子材料又被称作森林功能材料,空气负离子可以促
进人体心脏细胞的繁殖。一些建筑材料,特别是涂料能够诱发空
气产生负离子,从而改善室内空气质量,提高人体的健康水平。
中国建筑材料科学研究院已成功开发了高效产生空气负离子粉
体,并与北京建筑涂料厂联合开发产生负离子内墙涂料。此外,
世界涂料56 强的台湾菲柯特公司在广东已建立负离子涂料基
地,美国花旗纳米负离子涂料也开始进入中国市场。
1. 2 节能建筑材料
建筑物的节能是世界各国建筑学、建筑技术、材料学和相应
空调技术研究的重点和方向。目前我国已经制定出台了相应的
建筑节能设计标准,并对建筑物的能耗作出了相应的规定。建筑
物的能耗是由室内环境所要求的温度与室外环境温度的差异造
成的,因此有效降低建筑物的能耗主要有两种途径:一是改善室
内采暖、空调设备的能耗效率;二是增强建筑物围护结构的保温
隔热性能。从而使建筑节能材料广泛应用于建筑物的围护结构
当中。
围护结构包括墙体、门窗及屋面。墙体节能保温材料种类比
较多,分为单一材料和复合材料。其材料包括加气混凝土砌块、
保温砂浆、聚氨酯泡沫塑料( PUF) 、聚苯乙烯泡沫板( PSF) 、聚乙
烯泡沫塑料(PEF) 、硬质聚氨酯防水保温材料、玻璃纤维增强水泥
制品( GRC) 、外挂保温复合墙、外保温聚苯板复合墙体、膨胀珍珠
岩、防水保温双功能板等。门窗节能材料以玻璃和塑铝材料为
主,如中空玻璃、塑铝窗、玻璃钢、真空玻璃等。屋面保温形式有
两种,一种是保温层位于防水层之下。保温材料可采用发泡式聚
苯乙烯板,发泡式聚苯乙烯导热系数和吸水率均较小,且价格便
宜,但密度小、强度低,不能经受自然界各种因素的长期作用,宜
位于屋顶防水层的下面。另一种是保温层位于防水层之上,又叫
倒置式保温屋顶。保温材料可采用挤塑式聚苯乙烯板,而挤塑式
聚苯乙烯板具有良好的低吸水性(几乎不

吸水) 、低导热系数、高
抗压性和抗老化性,其优良的保温性具有明显有效的
节约能源作
用,是符合环保节能的新型保温材料。
1. 3 舒适性建筑材料
舒适性建材指能够利用材料自身的性能自动调节室内温度
和湿度来提高室内舒适度的建筑材料。室内温度是衡量舒适程
度的指标之一。调温材料是利用相变材料在相变点附近低于相
变点吸热,高于相变点放热的性质,将能量储存起来,达到节能调
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2 0 0 5 年6 月 山西建筑
SHANXI ARCHITECTURE
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J un. 2005
温的目的。我国“十五”期间“863”课题已启动了调温隔热建筑材
料的研究。湿度是衡量舒适程度的另一个重要指标。调湿材料
的研究是舒适建筑材料研究的课题之一。调湿材料首先在日本
发展和应用起来,我国目前尚未形成产品,调湿材料主要有木纤
维、天然吸湿性材料(如石膏) 、天然多孔矿物材料(如硅藻土、蛭
石、海泡石等) 和其他非晶多孔材料等[2 ] 。
2 具有全寿命周期经济性的建筑材料
建筑材料全寿命周期经济性就是指建筑材料从生产加工、运
输、施工、使用到回收全寿命过程的总体经济效益,用最低的经济
成本达到预期的功能。自重轻材料、高性能材料以及地产材料等
是目前的发展趋势。
2. 1 自重轻材料
自重轻材料优点很多,由于其自重轻使得材料生产工厂化程
度高,并且运输成本低、建造速度快、清洁施工,从全寿命期角度
来看具有很高的经济效益。例如,轻钢建筑结构材料具有如下特
点:
1) 构造简单,材料单一。容易做到设计标准化、定型化,构件
加工制作工业化,现场安装预制装配化程度高。销售、设计、生产
可以全部采用计算机控制,产品质量好,生产效率高。
2) 自重轻。降低了基础材料用量,减少构件运输、安装工作
量,并且有利于结构抗震。
3) 工期短。构件标准定型装配化程度高,现场安装简单快
速,一般厂房仓库签定合同后2～3 个月内可以交付使用。因为
没有湿作业,现场安装不受气候影响。
4) 可以满足多种生产工艺和使用功能的要求。轻钢建筑结
构体系在建筑造型、色彩以及结构跨度、柱距等方面的选择上灵
活多样,给设计者提供了充分展示才能的条件。
5) 绿色环保轻钢建筑结构属于环保性、节能性产品,厂房可
以搬迁,材料可以回收。
2. 2 高性能材料
高性能材料的特点是

在多种材料性能方面更为优越,使用时
间更长,功能更为强大,大幅度提高了材料的综合经济效益。比
如高性能混
凝土,其满足的性能包括易灌注,易密实,不离析,能
长期保持优越的力学性质,早期强度强,韧性好,体积稳定,在恶
劣环境下使用寿命长等。
高性能材料可通过使用性能优良的高级材料复合在建筑材料
上实现,如碳纤维复合材料在建筑结构材料智能化技术上的应用。
2. 3 地产材料
地产材料是考虑到经济性要求,各地方根据自身实际资源情
况选择适合的建筑材料。例如,竹材就是一种好的地产材料,它
是速生的森林资源,且地域性较强。以竹材为原料结合先进的加
工工艺可制成各种不同性能的板材、方材、型材。竹纤维模压板、
竹塑复合材料已在建筑工程及装饰工程中得到应用。竹材制成
的新型建筑材料,作为房屋建筑材料及装饰材料具有广阔的应用
前景[3 ] 。
3 具有可循环再生利用性的建筑材料
追求建筑材料的可循环再生利用性是根据可持续发展要求、
新型建筑材料的生产、使用及回收全过程都要考虑其对环境和资
源的影响,实现材料的可循环再生利用。建筑材料的可循环再生
利用包括建筑废料及工业废料的利用,它将成为建筑材料发展的
重要方向。
建筑废料的回收利用可分为产品回收和材料回收两大类。
未破损烧结砖瓦产品在拆下并清理后直接利用是最简便的回收
利用。在我国广大农村地区对未破损烧结砖瓦产品的回收利用
是非常普遍的,这主要是由于烧结砖瓦产品优异的耐久性,以及
其与其他材料容易分离的特性有关。城市中由于拆除方法等原
因,还没有形成大规模回收的利用。未破损烧结砖瓦产品的回收
对需要保护的历史建筑及其修缮有着特别重要的意义,如其他地
方旧建筑物拆除下的砖瓦可回收后用于需要保护的古建筑物的
修复。普通建筑拆下的整砖及半砖还可以用于人行道、庭院、公
园等地面的铺砌。要充分利用未破损烧结砖瓦产品的关键是在
于城市建筑的拆除程序和方法[4 ] 。
建筑废料中最主要的回收颗粒状材料是拆毁的混凝土和拆
毁的墙体材料,这两种材料一般不能直接使用,需经加工处理,其
用途非常广泛。
大量无毒的工业废料可用于制造建筑产品,既节约了建筑消
耗的巨大的原生性物质资源,又回收了固定废弃物,减少了环境
污染。我国已开发利用粉煤灰、钢渣、矿渣等生产各种

砌块,但工
业废弃物的回收利用率和再生资源利用率远远低于日本和欧洲
国家。例如,日本开发一种新型环保砖瓦是以下水道污泥、粉煤
灰、矿渣
、烧窑业杂土、玻璃渣、保温材料弃渣、废塑料、建筑废渣
土、河沟淤泥为原料,采用日本传统的烧制技术和新开发的水泥
固化技术,生产出了具备烧结砖瓦特征的新型墙材,适用于墙壁、
地面铺设和园艺。其最大优点是再生资源的利用率可达
90 %以上,不使用任何会导致大气污染和地球温室效应的燃料。
因此,在我国利用工业废料生产建筑材料有着很大的潜力,并有
着广阔的市场前景