建筑材料的可持续发展

建筑材料的可持续发展中国建筑材料科学研究院   冀志江  隋同波  王静  张连松编者按：建筑材料，是我市重要产业部门之一。在举国上下大力推行建设节约型社会、发展循环经济形势下，发展生态环境建材是必然趋势，为此，我们全文转载冀志江等同志此文，供业界同仁借鉴。摘要：回顾生态环境材料的发展历程，发展生态环境建筑材料，实现建材行业的可持续发展。发展生态环境建材应减少资源消耗、减少废弃物排放、建材使用时环境负荷最小、废弃物循环利用、发展有利于人体健康的环保建材产品。实现建筑材料的可持续发展应加强对民众响应的知识教育，加强科技{TodayHot}创新，建立新概念、发展新理论催生新产品。关键词：生态环境建筑材料；健康建筑材料；建筑材料可持续发展世界上，每秒钟有390000m3的CO2在排放出，710t的O2被消耗，1.3辆汽车和4.2台电视被生产出，2.4人出生，而同时由于气候变暖有1629 m3的冰河在消失。这些数据告诉我们为了人类能够健康地生存在这个地球上，必须认识到生态资源恶化的严重性。人类的生存和发展离不开材料科学的进步，从“秦砖汉瓦”到现在的“高楼大厦”正是建筑材料科学进步的具体体现。人口的急剧膨胀、土地的减少、矿物资源的破坏性开采、能源的匮乏、环境的恶化成为威胁和制约人类生存和发展的重要因素。本文讨论我国的建材如何可持续发展。1  生态环境材料概念的提出与发展1.1  国际上生态环境材料概念的发展历程上个世纪后期，人类开始认识到资源与环境问题成为威胁人类生存和发展的重要问题。生态环境材料是在人类认识到生态环境保护的重要战略意义和世界各国纷纷走可持续发展道路的背景下提出来的，是国内外材料科学与工程研究发展的必然趋势。国际上，1988年第一届国际材料科学研究会提出了Green materials，1990年日本山本良一提出Eco-materials，1992年联合国在巴西里约热内卢召开了“环境与发展世界首脑会议”，通过《21世纪议程》，学术界确定了“绿色材料概念”。1994年亚洲生产组织（APO）发起了“绿色生产计划（GP）”。以日本等国家为主要倡导者，在国际上已经召开了6届环境材料会议，2005年将在新加坡召开第7届环境材料学国际会议。今年4月在苏州召开的“中日环境材料、循环产业与环境经营研讨会”上，可以看出Eco-material的发展与延伸，工业产品、社会、经济的发展都应和生态环境的保护相联系，实现“可持续发展（Sustainable Develop-ment）”。1.2  我国生态环境材料的发展在我国，1988年召开生态环境材料战略研讨会，1994年通过了《中国21世纪议程》——21世纪中国人口、环境与发展白皮书，1996年提出863计划纲要新材料及制备技术领域——生态建材计划纲要，1998年科技部、863领域专家委员会、自然科学基金委员会在北京召开了一次中国生态环境材料战略研讨会，提出“生态环境材料”概念[2]。1999年首届全国绿色建材发展与应用研讨会上提出绿色建材的定义。2001年我国“十五”863项目首次将生态环境材料列入计划。在我国的一些大型学术会议上均设立“环境材料”主题，2004年成立了中国材料学会{HotTag}环境材料分会。发展生态环境材料的目的是人类的可持续发展。从生态环境材料学的发展过程可以看出材料研究认识上的进步与发展。2  发展生态环境建材实现可持续发展建材生产和消费是对生态环境的影响的主要因素之一。例如，传统建材每年排放的CO2占全国工业排放C02的35％~40％。传统建材的生产以巨大的能源、资源消耗为代价并造成严重的环境负荷，是实施可持续发展战略所必须解决的课题。除此之外，在建材的使用过程中，由于其保温性能差、室内环境健康性能差，也可能带来能源的过多消耗。美国加利福尼亚州的综合废弃物管理部指出“绿色建材（Green bui1ding materials）”提供给业主和居住者5个方面的益处：①减少建筑物终生的维持和废弃处置费用；②节约能源；③改善居住者健康和生产力；④降低空间结构改变带来的消耗；⑤较大的（房间）设计灵活性。应注意到它考虑了绿色建材的基本要求。但缺乏对建材生产对自然“生态”、“环境”的负面影响的考虑。建材的生产不仅要消耗大量矿物资源，矿物的开采可能会带来植被和耕地的破坏。所以，建筑材料的生产从开始就会对自然环境带负面的影响。而且在生产过程中还会消耗大量的能源，废渣废气的排放也会带来环境生态问题。所以，建材的发展应考虑“环境”、“生态”、“绿色”几个关键词。实现建材工业的可持续发展，除经济利益外，环境生态效益必须是其目标之一。对传统建材或是新型建材是否能够实现可持续发展，必须考虑下面几个关键环节：    ①原料的获取：原料(矿物)的开采是否影响矿区的自然生态环境。在我国由于无计划矿产开采带来的自然生态环境破坏的例子不少；    ②建材的生产过程：能源的消耗，废气(SO2、CO2)、废渣的产生量等带来的环境问题：    ③建材成为建筑物后，建筑物的使用应使环境负荷最小：节能、节水，使资源(水、电、燃气)消耗最少，甚至实现“零”消耗；    ④建筑物废弃后，废弃材料的循环利用，以及不可循环材料对环境的影响；    ⑤有利于居住者的身体健康，能够保持高质量的空气品质。    每种建材的环境性能的评价应该利用LCA方法，对材料进行环境行为评价。评价因子中应该考虑上面5个方面。使建材的在矿物开采、生产、使用和循环使用等方面环境负荷最小。    3 发展室内环境健康产品    当建材成为建筑物后，健康性能是建筑物使用价值的一个重要因素，当一个居室不利于人体健康时，它的价值会大打折扣。无论国内外在绿色建材的要求中均要求材料对人体健康性能。健康住宅的建筑材料应包括调温隔热材料、空气湿度调节材料、抗菌材料、空气净化材料、防噪音和电磁辐射材料以及产生空气负离子材料等等[4]。      3.1节能保温维持室内温度舒适  为了实现建筑的节能保温，必须发展隔热调温建材。传统的保温材料有珍珠岩保温板、聚苯乙烯材料、岩棉，以及这些材料的复合夹芯板等，还有现在的低辐射玻璃(LOW—Emissivitv Glass)、低辐射—热反射中空玻璃等。外墙保温隔热涂料也推向市场。国家863项目室内调温材料的研究也进行了非常有意义的工作。目前，应该发展以纳米技术、光电技术为主的新型保温、节能材料，如太阳能光电屋顶、太阳能电力墙和太阳能光电玻璃等，这些材料目前已经在日本、德国和瑞士等国得到应用。保温节能，除了具有能源上的节约，还具有很强的室内环境舒适特性。    3.2 湿度智能调节维持一定湿度    WHO对健康住宅的15条标准规定室内相对湿度应在40％-70％范围内，日本是岛国，湿度较高，空气湿度调节材料发展比较迅速。在我国内陆地区，例如，北京一年湿度差别较大，发展智能型湿度调节材料也具有较大的现实意义。湿度过低装修材料会开裂，湿度过高会导致材料霉菌现象。室内维持适当的湿度。具有减少空气尘埃、增加空气离子浓度等作用，有利于呼吸健康。    3.3 抗菌空气净化维持室内清洁空气    抗菌材料、空气净化材料是室内环境健康所必须。以纳米材料技术为代表的光催化技术是解决室内空气污染的关键技术。目前具有空气净化作用的涂料、地板、壁纸等开始在市场上出现。虽然性能不一，有待于靠建立标准来规范，但它们代表了室内装饰建材的发展方向。目前中国建筑材料科学研究院利用纳米微米复合技术开发的空气净化材料，申报了国家发明专利，开辟了新的净化材料发展思路，其净化效果进一步提高，已被列为国家“十五”攻关计划的部分内容。此外，利用纳米微米复合技术制备的空气净化材料和无机矿物为主研制的粉体刮涂涂料，具有空气净化、抗菌、调节湿度等功能，实现真正无甲醛、VOCs污染的健康功能。中国建筑材料科学研究院有较强的研究基础，愿和各界同仁合作共同发展室内环保事业，实现建材室内建材的可持续发展。以纳米光催化技术为主的利用环境能量净化空气的技术是当前和以后的主要技术。空气净化的目标，已经不能只为解决建筑装饰装修带来的甲醛、VOC等空气污染，而应该瞄准解决人体自身的排泄和分泌物(如NH3、H2S、H3C—CHO)带来的室内环境问题。4 加强教育引导与科技创新实现可持续发展    4.1 发挥教育引导的作用提高建材使用者和消费者对发展生态建材的重要作用和意义的认识，对推动我国生态环境建材的发展，最终实现可持续发展具有现实的和长远的意义。如果每一个建材的生产者和消费者都意识到自己使用建材的行为不仅会影响到个人和社会的利益，还会影响到我们的后代能否健康舒适地生活在这个地球上这样一个重大的问题，那么发展生态建材实现社会的可持续发展将是一件容易的事情。所以，加强教育引导和舆论宣传是非常必要的和重要的。4.2 加强科技创新不仅要实现全社会重视发展生态环境建材，还要加强科技创新。实现建材工业的可持续发展，关键是解决如何减少、甚至不消耗化石能源资源，一方面解决化石能源资源日益匮乏，同时也解决了温室气体的排放，减轻环境恶化。加强自然能(太阳能、风能、水能、地热、核能等等)的利用，是解决能源环境问题的可行途径。建筑物的节能保温要靠材料的新设计和新技术。加强废弃物的循环利用是解决资源匮乏和环境污染的主要途径。  4.2.1 用新的评价理论、方法和标准体系指导和影响建材的生产与消费建立建材领域的LCA评价体系，建立严格的生态建材生产、使用和废弃对环境的影响的评价指标。建立生态绿色建材的新标准，利用标准来规范和引导企业向生态建材发展。4.2.2  加强科技创新利用新技术、新工艺解决材料的环境协调问题科技创新是解决生态环境建材发展实现人类社会的可持续发展的根本途径。例如，日本太平洋水泥公司2001年以城市垃圾灰为原料开始发展生态水泥(我国的部分高校也进行了这方面的工作研究)，国内外利用废弃混凝土进行了再生混凝土的研究，利用玄武岩代替粘土作水泥原料。澳大利亚开发出新新型含稀土的红外吸收玻璃等。4.2.3 建立新概念、发展新理论使新型建材问世产生建材不仅要进行科技创新，还要进行观念、理念创新。利用新兴的纳米材料科学、功能材料科学理论和技术解决材料的环境协调问题；研究动、植物的环境协调理论，将仿生科学应用到建材领域。例如德国科学家通过研究荷花的“出污泥而不染”的原理，研制出自清洁外墙涂料。如果，能够将动物的变色、调温适应环境的功能应用到建筑物外表，将又是建材发展的重大进步。5 结束语建材的生产不仅以资源和能源的消耗为代价，还对自然生态环境带来较大的破坏作用。发展绿色生态建材是实现建材行业的可持续发展，乃至整个社会的可持续发展所必须。发展绿色生态建材要靠教育引导、生产者和消费者的环境意识的提高，要靠科技的创新和新理论、新技术、新材料的问世。

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