1、深圳大学材料学院 1 环境友好材料 杨海朋 深圳大学材料学院 第 5章 绿色建筑材料 深圳大学材料学院 深圳大学材料学院 3 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。 深圳大学材料学院 4 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
2、保、安全”品性的评价，它代表建材工业的一次革命。 深圳大学材料学院 5 深圳大学材料学院 6 5.1 概述 5.1.1 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。 深圳大学材料学院 7 (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行染物汞、镉、铅、砷等废液；在金属加工、制造业中可产生酸、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
3、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 。 深圳大学材料学院 8 (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，这是建材对人体的直接危害作用。保温材料中大量使用
4、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。 深圳大学材料学院 9 实例：某部在新营房装修时用了市面上非常流行的材料，可官兵入住后总觉得不舒服，张指导员的房间里经常有股奇怪的香味，睡在里面会出现头晕、失眠等症状。 解析：出现上述症状，很有可能就是装修污染所致。室内空气污染的来源主要是人造板材、墙纸、涂料、油漆、胶、防冻剂、防水剂等不环保的建筑材料，长期接触会对人体的呼吸系统、血液系统、五官、皮肤造成损害，严重的还会致癌。比如：地板辐射污染一般来自含放射性元素的石材做成的地砖，其中花岗岩所含的放射性元素比较多，进入人体呼吸道后造成辐射，破坏人的呼吸系统，重者会导致肺
5、癌。 深圳大学材料学院 10 解决： 1、注重从源头抓起。部队在搞营房建设时，应计算好营房的污染承受力，计划好装修的用材，合理搭配和使用装饰材料，最好不要大面积使用一种装饰材料。在采购时，要购买达到国家标准的装修材料。 2、装修完毕不要急于入住。应先请专业机构到现场检测，如果污染指标过高，空气质量过差，必须立即采取措施进行改进。 深圳大学材料学院 11 3、采取相应的措施消除污染。常用的方法有以下几种：一是通风。通过室内空气的流通，可以降低室内空气中有害物质的含量，从而减少此类物质对人体的危害。同时，通风也是降低辐射的有效手段。二是活性炭吸附法。活性炭是国际公认的吸毒能手，当室内空气污浊时，可
6、以采用此法。室内放置一些活性炭可以有效吸附各种有害气体。三是植物去污法。吊兰、芦荟、虎尾兰能大量吸收室内甲醛等污染物质，减少甚至消除室内空气污染。 4、应多进行室外活动。官兵在搬入新房后，不要长时间呆在室内，切勿睡地板，因为离地表越近，地砖的辐射越强。 深圳大学材料学院 12 5.1.2 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
7、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。 22深圳大学材料学院 13 建筑瓷砖的环境影响评价 在环境影响评价过程中采用了输入输出法模型，其输入和输出参数见图 3.5所示。其中输入参数有能源和原料，输出参数包括产品、废水、废渣，以及由二氧化碳排放引起的全球温室效应。 图 某瓷砖生产线的输入输出法评价模型 深圳大学材料学院 14 建筑瓷砖的环境影响评价 通过输入输出法计算，得到该瓷砖生产过程对环境的影响结果见图 3.6，其中图 3.6(a)为能源和资源的消耗情况，图 3.6(b)为
8、对环境的影响。由图可见，该瓷砖生产过程的能耗和水的消耗较大。由于采用钢渣为主要原料，这是炼钢过程排放的固态废弃物，因此在资源消耗方面属于再循环利用，这对保护环境是有利的生产工艺。 深圳大学材料学院 15 图 3.6 某瓷砖生产过程的环境影响 LCA评价结果 建筑瓷砖的环境影响评价 深圳大学材料学院 16 建筑瓷砖的环境影响评价 另外，该工艺过程的废渣排放量较小，仅为 0.5 kg/m2。废水的排放量为 30 kg/m2，且可以循环再利用。相对而言，该工艺过程的温室气体效应较大，生产 l m2瓷砖要向大气层排放 19.8 kg二氧化碳，因此，年产量为 30万 m2的瓷砖向空中排放的二氧化碳总量是
9、相当可观的。 对 LCA评价结果的解释：除上述的环境影响数据外，通过对该瓷砖生产过程的 LCA评价，提出的改进工艺主要有降低能耗、降低废水排放量、减少温室气体效应影响等 深圳大学材料学院 17 5.1.3 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，大量使用废弃物用； (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
10、或作为能源、资源可加以利用，或能作净化处理。 深圳大学材料学院 18 5.2 常见的传统建材 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。 5.2.1 人工建材 （ 1）钢铁 (2) 水泥 水泥是建筑物使用量最大的材料。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。 深圳大学材料学院 19 (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
11、 (5)玻璃 (6)涂 (料 )层 (7)强化地板 深圳大学材料学院 20 (8)石棉 石棉是硅酸盐类纤维状矿物 .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、绝热及装横。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。 深圳大学材料学院 21 5.2.2 天然建材 大理石、花岗石 (1)放射性污染 无色无味的“杀手” 情性气体氡 ,氡也是一种放射性元素，当被吸人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
12、氡的辐射，可导致肺癌、白血病 (2)防治放射性污染 就传统建材而言，其放射性物质的含量因其中建材种类及产地不同而有很大差异。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。 深圳大学材料学院 22 5.3 绿色涂料 5.3.1 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
13、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 . 深圳大学材料学院 23 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
14、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 20一 25。 深圳大学材料学院 24 深圳大学材料学院 25 5.3.2 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。 (2)水基涂料 事实上，现在水基涂料使用量已占所有涂料的一半左右。水基涂料主要有水溶性、水分散性和乳胶性 3种类型。 水分散型涂料。水分散型涂料实际应用面相对大一些，是通过将高分子树脂溶解在有机溶剂
15、水混合溶剂中而形成。 乳胶型涂料，涂料使用过程中，高分子通过离子间的凝结成膜， 水溶性高分子涂料。 深圳大学材料学院 26 (3)粉末涂料 粉末涂料理论上是绝对的 voc为零的涂料； 制备工艺复杂，难以得到薄的涂层。 (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。 深圳大学材料学院 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
16、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、无溶剂涂料等可能成为将来涂料发展的主要方向。 深圳大学材料学院 28 5.4 新型生态建筑材料 据统计，目前发展的生态建材主要有绿色水泥及混凝土材料、建筑用钢、建筑饰面材料、建筑玻璃、建筑陶瓷等。 5.4.1 生态水泥 水泥是主要的建筑材料。生产 1t水泥熟料约需 1.1t石灰石，烧成、粉碎需约 105kg煤、与此同时，分解 1.1t石灰石 ,排放0.49tCO2。 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。 深圳大学材料学院 29 深圳大学材料学院 30 5.4.2 生态混凝土 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。 (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。 (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。
