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第九章 绿色建筑材料 传统建筑材料与环境的关系 生态建材的概念、内涵及其特点 生态建材的的类型 绿色涂料 新型建筑材料,2,9.1.1 常见的传统建材,11.1 传统建筑材料与环境,3,4,5,传统建材主要包括水泥、石材、混凝土、玻璃、修饰材料等。按其来源可分为人工建材与自然建材。结合环境效应介绍如下。人工建材:（1）钢铁(2)水泥 水泥是建筑物使用量最大的材料。,6,水泥生产线,混凝土,7,(3)陶瓷 用于建筑饰面或用作建筑构件的各种陶瓷制品统称建筑陶瓷,且制品绝大多数施釉。根据用途特征.建筑陶瓷可分为墙地砖、卫生陶瓷和管瓦3大品种。(4)耐火材料(5)玻璃(6)涂(料)层(7)强化地板,8,(8)石棉 石棉是硅酸盐类纤维状矿物，其化学成分是含有铁、镁、铝、钙、镍等元素。过去常被制成石棉瓦铺盖屋顶，现在也已用于室内，如在天花板、地面和墙壁上采用含有石棉的材料防火、隔音、绝热及装潢。石棉极易破碎成细微的纤维和粉尘，悬浮在空气中的时间可达数月之久，造成空气污染。长期吸入一定量的石棉纤维易引起石棉肺、肺癌、胃肠癌及胸膜间皮瘤等。石棉肺（asbestosis），是因长期吸入石棉粉尘而引起的以肺间质纤维化为主要病变的职业性尘肺。,9,天然建材大理石、花岗石(1)放射性污染 无色无味的“杀手”惰性气体氡,氡也是一种放射性元素，当被吸入人体它会使人们出现头晕、白血球降低等症状。假若室内通风不良，人体长期受到高浓度氡的辐射，可导致肺癌、白血病(2)防治放射性污染 传统建材其放射性物质的含量因种类及产地有很大差异。通常，花岗岩、页岩、浮岩等岩石类建材的放射性含量相对较高；砂子、水泥、混凝土、红砖次之；石灰石、大理石较低，天然石膏、木材最低。随着工业和“三废”治理的不断发展，许多工业废渣被用作建材，取得了明显的经济和社会效益。但由于工业废渣往往对放射性物质有不同程度的富集，因而使工业废渣建材如粉煤灰砖、磷石膏板等的放射性有所增高。,10,建材对环境的污染：在建筑材料生产和使用过程中，污染物一般来自六个方面：空气、水、固体废弃物、放射性、噪声和热等的污染。,9.1.2 建材与环境之间的关系,11,(1)废气、粉尘对大气的污染 建筑材料生产过程中大多伴有烧制过程。(2)废液造成的水体污染 在建材的选矿、冶炼、轧钢过程中会产生很多污水。在冶金涂料等行业会产生有毒污染物汞、镉、铅、砷等废液；在金属加工、制造业中产生酸、碱污染物；(3)固体废弃物 工业窑炉产生的炉渣、采矿和冶炼过程中产生的冶金渣、尾矿与碎石；建筑过程中产生的砂、碎石；金属、塑料、木材等行业加工产生的金属屑、木屑、碎塑料、碎玻璃等；卸老旧建筑物的碎砖、碎瓦等大大增加了固态废弃物排放量。,12,(4)原材料的开采占用大量的土地。(5)噪声污染 在建筑施工中,不同的机械会发出强烈的噪声，它是城市噪声的主要来源之一。(6)其他污染 家庭装修中所使用的各种装饰材料会释放如甲醛、苯系物、酮等有机物，可直接刺激人的眼睛、皮肤，或引发气管炎等；所使用的尾矿,天然石板材(如花岗岩石、大理岩石)瓷砖及沥青中，有时会含有过量的放射性元素如氡等。氡是一种气体元素,如果被人吸收，有可能会引起肺癌等。保温材料中大量使用的石棉，是一种纤维状的矿物，在开采和使用过程中被人体吸入后，可导致矽肺病。,13,环境对建材的破坏作用：我国目前每年生产各种建筑材料要消耗资源50亿t以上,全国建材工业每年排放的CO2达8亿多t以上。这些气体不但成为地球温室效应的主要因素之一，同时又对建筑材料产生影响作用。大气中CO2浓度的增加，会加速混凝土碳化过程，从而影响了混凝土构件的特性，缩短了建筑物的使用寿命。大气中SO2浓度的增加也会导致酸雨，酸雨会增加对建筑物、栏杆、扶手、建筑物表面材料的腐蚀老化，降低抗风化能力，同时酸雨也会使涂料、墙漆等大分子材料老化。,14,15,绿色建筑材料,又称生态建材、环保建材和健康建材，它是指采用清洁生产技术、少用天然资源和能源，大量使用工业或城市固态废弃物生产出的无毒、无污染、无放射性、有利于环境保护和人体健康的建筑材料。,9.2 生态建材的概念、内涵及其特点,16,这里所说的“绿色”除指城市立体绿化、屋顶花园等特征外，而更主要的应是指对环境无污染危害的一种标志，是指这种建材能在不损害生态环境的前提下，提高人们的生活质量以及当代人与后代子孙的生活环境质量。因此绿色建材有时不单是指单独的建材产品，它更多地意味着对建材的“健康、环保、安全”品性的评价，它代表建材工业的一次革命。,17,生态建材的特点:生态建筑材料一般是指有利于保护生态环境,是一类对人体、周边环境无害的健康型、环保型、安全型的建筑材料。生态材料应具有以下主要特点：(1)具有优异的使用性能；(2)生产时少用或不用天然资源，大量使用废弃物；(3)采用清洁的生产技术,废气、废渣和废水的排放量相对较少;(4)使用过程中有益于人体健康、有利于生态环境改善及与环境相和谐;(5)废弃后使之作为再生资源或作为能源、资源可加以利用，或能作净化处理。,18,9.3.1 绿色涂料,9.3 生态建材的类型,19,研究绿色涂料的意义：大多数建筑物都需要用涂料进行装修，一方面起到装饰作用，另一方面起到保护建筑物的作用。涂料按用途分为内墙涂料系列、外墙涂料系列及浮雕涂层系列；按类型分为面漆、中层漆、底漆等。涂料的主要成分为树脂类有机高分子化合物，在使用时(刷或喷涂)需用稀释剂调成合适黏度以方便施工。,20,涂料的化学成分,21,这些稀释剂挥发性强,大量弥散于空气中,是引起人中毒的罪魁祸首。各类“稀料”是由一些酯类、酮类、醚类、醇类及苯、甲苯、二甲苯等芳香烃配制而成。其中危害最大的是苯，它不仅能引起麻醉和刺激呼吸道，而且能在体内神经组织及骨髓中积蓄，破坏造血功能(红、白血球和血小板减少)，长期接触能造成严重后果。传统的低固含量溶剂型涂料约含50的有机溶剂。涂料的加工和生产产生的有机化合物在人类活动所产生的有机挥发组分(VOC)总量中仅次于交通，居第二位，约占20-25。,22,23,绿色涂料的类型：所谓“绿色涂料”是指节能、低污染的水性涂料、粉末涂料、高固体含量涂料(或称无溶剂涂料)和辐射固化涂料等.(1)高固含量溶剂型涂料 其主要特点是，在可利用原有的生产方法、涂料工艺的前提下，降低有机溶剂用量，从而提高固体组分。,24,(2)水基涂料 水基涂料主要有水溶性、水分散性和乳胶性3种。水分散型涂料，是通过将高分子树脂溶解在有机溶剂水混合溶剂中而形成的。乳胶型涂料，又称乳胶漆，它是将合成树脂以1.10.5um的极细颗粒分散于水中形成乳液，并以乳液为主要成膜物质，加入适当的颜料、填料及辅助材料后，经研磨而成的。乳胶漆主要有聚醋酸乙烯乳胶漆、乙丙乳胶漆、纯丙烯酸乳胶漆、苯丙乳胶漆等品种 水溶性高分子涂料。,25,(3)粉末涂料 粉末涂料理论上是绝对的voc为零的涂料，包括热固性和热塑性两类（环氧、尼龙、氟树脂等）,(4)液体无溶剂涂料 能量束固化型涂料。这类涂料之中多数含有不饱和基团或其他反应性基团，在紫外线、电子束的辐射下，可在很短的时间内固化成膜。双液型涂料。双液型涂料贮存时低粘度树脂和固化剂分开包装，使用前混合，涂装时固化。,26,粉末涂料,利用高压静电电晕电场的原理，在喷枪头部金属导流标上接上高压负极，被喷涂工件接地形成正极，使喷枪和工件之间形成一个较强的静电电场。在静电力和运载气体的双重作用下，粉末均匀地飞向接地工件表面形成厚薄均匀的粉层，再加热固化转化为耐久的涂膜。优点：不含溶剂和不含挥发有毒性的物质 原料可回收利用 缺点：边角上粉不均一、固化后涂膜缺陷难掩盖、固化条 件高。,27,(5)弹性涂料 所谓弹性涂料，即形成的涂膜不仅具有普通涂膜的耐水、耐候性.而且能在较大的温度范围内,保持一定的弹性韧性及优良的伸长率。从而可以适应建筑物表面产生的裂纹而使涂膜保持完好(6)杀虫内墙装饰乳胶漆 涂料的研究和发展方向越来越明确，就是寻求voc不断降低、直至为零的涂料，而且其使用范围要尽可能宽、使用性能优越、设备投资适当等。因而水基涂料、粉末涂料、无溶剂涂料等成为涂料发展的主要方向。,28,9.3.2 生态水泥 水泥是主要的建筑材料。生产 1 t 水泥熟料约需1.1 t石灰石，烧成、粉碎需约105 kg 煤、与此同时，分解1.1t石灰石,排放0.49 t CO2。水泥的生产包括矿山开采，生料制备(原材料混合粉磨)、熟料煅烧、粉磨等组成。其主要的环境问题是能耗、粉尘污染、噪声等。,29,生态水泥主要是指在生产和使用过程中尽量减少对环境影响的水泥。如利用生活垃圾的焚烧灰和下水道污泥的脱水干粉作为原料生产水泥是一种典型的生态水泥。(1)粉煤灰硅酸盐水泥 粉煤灰是火力发电厂燃煤粉锅炉排出的废渣。粉煤灰掺加量按质量百分比计为20%-40%。优点：1、早期强度低，但后期可明显地超过硅酸盐水泥。2、干缩小，抗裂性高。,30,我国部分电厂粉煤灰的化学成分,31,(2)矿渣硅酸盐水泥 凡由硅酸盐水泥熟料和粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料称为矿渣硅酸盐水泥。,矿渣水泥和普硅水泥最大的区别：1、掺料：矿渣水泥石灰石或粒化高炉矿渣产量6%15%，而普硅水泥掺量为5%以内。2、性能：普硅水泥早期强度和后期强度增长都比较快，水化热高，抗冻、耐磨性好，但抗腐蚀性能比较差；矿渣水泥早期和低温环境下强度增长较慢，后期增长速度较快，水化热较低，抗腐蚀性、耐热性较好，但干缩变形大，析水性大，耐磨性差。厚大体积混凝土和在高湿环境或永远处在水下的混凝土优先选用矿渣水泥。,32,9.3.4 生态混凝土(Eco-concrete)生态混凝土是一种特种混凝土，具有特殊的结构和表面特性，能够减少环境负荷，与生态环境相协调，并能为环保作出贡献。生态混凝土可分为环境负荷降低型生态混凝土和生物对应型生态混凝土。,33,(1)环境负荷降低型生态混凝土 主要技术途径：降低制造时的环境负荷。这种技术主要通过固体废弃物的再生利用来实现 降低使用时的环境负荷。如通过提高混凝土的耐性来提高建筑物的寿命；或者通过加强设计，搞好管理来提高建筑物的寿命，混凝土延长了寿命相当于节省了资源、能量等。利用混凝土本身特性降低环境负荷，如多孔混凝土，减少了原料用量。,34,多孔混凝土,采用特定粒径骨料作为骨架，胶粘材料包裹在骨料表面，形成骨架空隙结构的多孔混凝土材料。特点：透水、透气、消声；适用范围：停车场、低交通量通道 优点：可使雨水快速下渗，减少路滑情况；可降低交通噪声；缺点：抗压、抗折强度偏低；实施工艺较为复杂，维护较为困难。,35,(2)生物对应型生态混凝土指能与动植物和谐共生的混凝土。植生型生态混凝土是利用多孔混凝土的空隙透水、透气并能渗透植物所需营养，生长植物根系这一特点来种植小草、低灌木等植物，用于河川护堤的绿化、美化环境。海洋生物、淡水生物对应型混凝土是将多孔混凝土设置在河川、湖沼和海滨等水域，让陆生和水生小动物附着栖息在其凹凸不平的表面或空隙中，通过相互作用或共生作用，形成食物链，为海洋生物和淡水生物生长提供良好的条件，保护生态环境。,36,孢子呈圆形，直径在1m左右，具有厚厚的细胞壁（催化剂）是强有力的球形细胞，这些细胞能够抵抗很高的化学和机械压力。实验室试验表明，在经过数周的样本固化后，活细胞仍然可从混凝土岩石中分离出来,自愈剂是细菌孢子和有机化合物结合体，它可以改变水泥石的孔隙率，即微结构。,细菌修复混凝土的前沿研究Henk M.Jonkers and Erik Schlangen，et al.Ecological Engineering 36(2010)230235,37,试验样本准备 用水泥浆样本进行检测细菌和前体矿物添加剂对自愈能力的影响以及微结构。把普通的波特兰水泥（CEMI 32.5R,ENCI,The Netherlands）、细菌(1-10 x108bacterial spores cm-3cement stone)或前体矿物（水泥重量的1%）和水混合，水灰比，制成4x4x4 cm的水泥石。样本养护一天后去下模具，继续置于水中养护。为了检验自愈剂的自愈潜力，加自愈剂（细菌和乳酸钙）样本和空白样本在8天氧养护后切成块，然后进一步在浸没在水中养护。,38,Figure 6A:ESEM image crack-surface of 8 days cured control specimen.500 magnification.CSH-like fibers and small clustered precipitates are visible.,39,ESEM images of crack-surfaces of 8 days cured healing agent(B.cohnii plus calcium lactate)-incorporated specimens.800 and 500 magnification.Larger,20-100 m-sized calcium carbonate-like precipitates are visible.,40,9.3.5 生态玻璃(1)类型 玻璃工业也是一个高能耗、污染大、环境负荷高的产业。平板玻璃生产时对环境的污染主要是粉尘烟尘和SO2等。随着建筑业、交通业的发展，平板玻璃已不仅仅是用作采光和结构材料，而是向着控制光线、调节温度、节约能源，安全可靠、减少噪声等多功能方向发展。,41,热反射玻璃。热反射玻璃是用喷雾法、溅射法在玻璃表面上涂上金属膜、金属氮化物膜或金属氧化物膜面制成的。这种玻璃能反射太阳光，可创造一个舒适的室内环境,同时在夏季能起到降低空调能耗的作用。高性能隔热玻璃。高性能隔热玻璃是在夹层内的一面涂上一层特殊的金属膜，由于该膜的作用，太阳光能照射进入室内，而室外的冷空气被阻止在外，室内的热量不会流失。,42,保温膜材料,组分：以高分子材料PET作为基材，经过金属化镀层、磁控溅射、夹层合成等工艺复合膜体。隔热原理：利用膜体内的金属层或陶瓷层进行吸收和反射来阻隔紫外线和红外线功能特点：隔热效果，相当于30cm砖墙的隔热效果，阻隔高达50-90%热量；阻隔太阳光源中有害光线；可视光透过率：透过率72-80%；应用领域：居民住宅、商务办公楼宇及其他公共建筑、汽车防护、电脑防辐、手机美容装饰等领域。,43,调光玻璃。自动调光玻璃有两种，一种是电致色调玻璃。另一种是液晶调光玻璃。前者有两片相对透明的电玻璃,一片涂有还原状态变色的WO3层，另一片为涂有氧化状态下变色的普鲁士蓝层，两层同时着色、消色，通过改变电流方向可自由调节光的透过率，调节范围达15-75。后者属于透视性可变型。其结构为,在两片相对透明的玻璃之间夹有一层分散有液晶的聚合物，通常聚合物中的液晶分子处于无序状态，入射光被折射，玻璃为不透明，加上电场后，液晶分子按电场方向排布、结果得到透明的视野。,44,光致变色玻璃,光致变色玻璃：通过激活材料中混合的光致变色物质的分子，在紫外线辐射的影响下颜色变深，以及在周围高温的影响下颜色变淡，这两个过程是可逆。如：在没有光线的条件下，氯化银呈离子态，因银离子是透明的，所以镜片也是透明的；而在紫外线辐射下，不稳定电子离开了氯离子，与银离子结合为金属银并吸收光，镜片则变深。当紫外线辐射减弱，移动电子离开银原子返回氯原子，镜片逐渐恢复了原先的清澈状态。,45,46,隔音玻璃。隔音玻璃是将隔热玻璃夹层中的空气换成氦、氩或六氮化硫等气体并用不同厚度的玻璃制成,可在很宽的频率范围内有优异的隔音性能。抗菌自洁玻璃。抗菌自洁玻璃是采用目前成熟的镀膜玻璃技术(如磁控浇注、溶胶-凝胶法等)在玻璃表面涂盖一层二氧化钛薄膜。电磁屏蔽玻璃。光致变色玻璃。,47,隔音玻璃,隔音玻璃是一种对声音起到一定屏蔽作用的玻璃产品，通常是双层或多层复合结构的夹层玻璃，夹层玻璃中间的玻璃膜(Interlayer)对声音传播的弱化起到关键作用,具有隔音功能的玻璃产品包括夹层玻璃.分类：中空玻璃；真空玻璃；夹层玻璃。中空玻璃：由两层玻璃构成，四周用高强度、高气密性复合粘结剂将玻璃与密封条、玻璃条粘接密封。隔音效果一般。真空玻璃：由两层4mm厚的平板玻璃构成，两层玻璃中间留1.5mm空间厚度用来抽真空，两层玻璃之间垫衬一定密度的柔性支撑点或条型支撑架。隔音效果显著。夹层玻璃：称为层压玻璃，有些夹层玻璃太阳晒久以后会起泡，不错的隔音效果。,48,真空玻璃,夹层玻璃,49,ETFE膜,乙烯一四氟乙烯共聚物 气垫：增加隔热、透光、抗震、吸声性能。作用：1.保温隔热、节能；2.摩擦系数很小，自洁性好；3.透光率可调；4.使用寿命至少为25-35年；5.良好的防火、抗滴落功能；6.超轻重量；缺点：怕尖锐物品刮擦；安装成本高。,50,(2)窗户节能材料和技术 窗户是建筑的重要组成部分，但窗户是建筑绝热的薄弱环节，据一般统计,夏季通过玻璃窗入射的热量占制冷机的最大负荷的2030%。冬季通过玻璃窗的热损失约占供热负荷的3050，所以应重视建筑窗户的节能研究。,我国现实的情况与国家标准现定值还有很大的差距，与先进国家相比差距更大。我国的外墙传热系数比国外高4-5倍，屋顶高倍，窗户高倍，节能任务非常艰巨。中空玻璃、玻璃百叶窗、节能窗帘、玻璃幕墙和透明反射膜,51,9.4 绿色住宅与建筑 所谓绿色住宅是指能充分利用自然环境资源、并以基本上不影响生态平衡为目的而建造的一种住宅。“绿色”建筑，并非是一般意义上的立体绿化、如房前屋后种花种草、屋顶花园等，而是对环境无害的一种标志；其“绿色”的本质,是使物质循环系统的首尾相接、无废无污、高效和谐、开放式闭合型良性循环。,52,太阳能光伏建筑玻璃，该玻璃将太阳能电池与各类普通建筑玻璃结合在一起制成可以发电的建筑材料。该产品集发电、隔音、隔热、安全、装饰于一体，体现节能减排思想。,53,54,日本太阳能住宅,德国节能住宅,