[摘 要] 本文分析了建筑材料工业对我国国民经济的重要性,讨论了建筑材料对人类生态环境造成的破坏,提出研究和发展绿色建材是实现建材工业可持续化发展的正确途径。
[关键词] 建筑材料;绿色建材;可持续发展
[中图分类号] TU51P59 ;TU504 [文献标识码] A
1 我国建材产业的现状和存在的问题
建筑材料作为建筑业的物质基础,在国民经济中占有重要地位。建筑材料生产和应用的各个过程都和人类的生活与工作息息相关;同时在它寿命周期的各个环节,从原材料的开采、选择,到产品的制备、使用、废弃和回收利用,无不显示出与资源、能源和环境之间有着密切而广泛的联系。
建筑材料作为我国的传统产业,在建国后得到了巨大的发展。其品种和数量日益增多,质量不断提高,其中许多产品,如水泥、玻璃、建筑陶瓷和卫生陶瓷等产量长期位居世界第一位。据统计,在房屋工程中建筑物成本的三分之二属于材料费。每年房屋建筑的材料消耗量占全国材料消耗量的比例大约为:钢材25 %、木材40 %、水泥70 %、运输量8 %。同时建材工业又是资源和能源消耗最高、对环境污染最严重的行业。长期以来,我国建材工业主要沿用大量消耗资源、能源和粗放型经营的传统发展战略,重发展的数量和速度,轻发展的效益和质量;对自然资源重开发,轻保护;对环境和生态重利用,轻改善和保护:结果造成资源的极大浪费和环境的极大破坏。建筑的不可持续发展很大程度上是因为建筑材料在生产和使用过程中的高能耗、严重的资源消耗和环境污染。建筑能耗(包括建材生产和建筑能耗) 大约为全国能耗总量的27 %。在我国建材工业中,大部分建筑材料的原料来自不可再生的天然矿物原料,部分来自工业固体废弃物。据估计,每年为生产建筑材料要消耗各种矿产资源70 多亿t ,其中大部分是不可再生矿石、化石类资源,全国人均年消耗量达513t 。建材工业每年利用的各类固体废弃物数量在4 亿t 左右,约占全国工业部门固体废弃物利用总量的80 %。据资料介绍,我国目前每生产1t 水泥熟料要排放1t CO2 ,0174kg SO2 ,130kg 粉尘,每生产1t 石灰要排放1118t CO2 。目前实心粘土砖在墙体材料中仍然占相当大的比重,而砖瓦行业是对土地资源消耗最大的行业,烧砖对土地资源的破坏非常严重,每生产1 亿块粘土砖就要用去20 万m3 粘土,以我国目前年生产7000 亿块标准砖计算,砖瓦行业需消耗粘土14 亿m3 ,特别在平原地区烧砖会大量毁坏农田。根据2003 年混凝土产量15 亿m3 ,估算用砂、石原材料年用量分别为107100 万t和172890 万t ,大量开采砂石,破坏了河道和植被,破坏自然景观。可以说,我国的建材工业是以资源和能源的过度消耗和环境的严重污染为代价的。
另一方面,近年来,我国化学材料的发展非常迅速,新产品层出不穷,主要有塑料管道、塑料门窗、建筑防水材料、建筑涂料、建筑壁纸、塑料地板、塑料装饰板、泡沫保温材料、建筑胶粘剂等。2004 年全国纸面石膏板销售量316 亿m2 ,轻钢龙骨60 万t ,塑料型材约150 万t ,建筑涂料165 万t ,防水材料达到1400 万m2 。但是,由于装修造成的室内环境污染也是严重的,主要污染物有甲醛、苯类物质、氨气、氡气、总挥发性有机物(TVOC) 等。中国标准化协会公布的一份调查指出,室内环境污染程度高于室外5～10 倍,近70 %的疾病与室内空气污染有关。
由上可知,我国建材产业的矿产资源消耗大,能源消耗高,环境污染大,废弃物再生利用程度低。虽然国家和社会对绿色建材越来越重视,但因缺乏全国统一的绿色建材评价体系,影响了绿色建材的推广应用,对绿色建材的核心———清洁生产往往缺少强制性措施。
我国是一个自然资源相对贫乏的国家[1 ] ,要保持建筑材料的可持续发展,就应该寻求新的发展道路,只有从产品设计、原材料替代、工艺革新和设备改造入手,提高技术水平,提高资源和能源的综合利用率,保护环境、减少污染,才能获得可持续发展;而开发和引进绿色建材技术,研究和开发绿色建材产品,是使建材工业走上这条健康发展之路的正确途径。
2 绿色建材
211 绿色建材的含义
自从1992 年在里约热内卢召开的“世界环境与发展”会议后,绿色事业进一步得到全世界的重视,绿色的含义也随人们认识的提高而不断扩大。已故吴中伟教授将“绿色”的含义主要概括为:1) 节约资源、能源;2) 不破坏环境,更应该有利于环境;3) 可持续发展, 保证人类后代能够健康、幸福地生活下去[2 ] 。绿色一词现在已经成了十分通俗的用语,如:“绿色管理”、“绿色建筑”、“绿色建材”等。“绿色”一词已经成为环保、节能、健康、效率、技术进步、可持续发展等方面意义的综合。
1988 年“第一届国际材料科学研究会”上首次提出了“绿色材料”的概念。1992 年国际学术界定义绿色材料是指“在原料采用、产品制造、使用或者再生循环以及废料处理等环节中对地球负荷最小和最有利于人类健康的材料”。
“绿色建材”(Green Building Materials) 是指“健康型、环保型、安全型(消防) ”的建筑材料[3 ] ,国际上也有称之为“健康建材”、“环保建材”或“生态建材”。或者说“绿色建材”是指采用清洁生产技术,少占用天然资源和能源,大量使用工业或城市固态、液态废弃物生产的无毒害、无污染、有利于人体健康的建筑材料。绿色建材最基本的功能是在于维护人体健康和保护环境。“绿色建材”不是单独的建材品种,而是对建材“健康、环保、安全”品性的评价。严格而全面地讲,它要对生产原料、生产过程、施工过程、使用过程及废弃物处置这五大环节作分别评价和综合评价;评价的对象范围广义上包括现有的和将来出现的全部建材品种。绿色建材一般要求满足以下几个方面:1) 建筑材料在生产和使用过程中资源、能源消耗低、环境污染小;2) 可使废弃物再资源化,并能回收利用;3) 建筑材料在生产和使用过程中有利于保护自然环境或治理污染;4) 可改善生活环境,有利于人体健康;5) 具有良好的物理化学性能和施工性能。随着绿色建材的发展和绿色建材技术的进步,绿色建材的内涵也会进一步深化和完善。
2．2 绿色建材的特征
与传统建材相比,绿色建材具有以下五个基本特征:1) 其生产所用原料尽可能少用天然资源,大量使用尾矿、废渣、垃圾、废液等废弃物;2) 采用低能耗制造工艺和不污染环境的生产技术;3) 在产品配制和生产过程中,不使用对人体有害的物质,如甲醛、卤化物溶剂或者芳香族碳氢化合物,产品中不得含有汞及其化合物,不得使用铅、镉、铬及其化合物的颜料与添加剂;4) 产品的设计是以改善生产、居住和生活环境,提高生活质量为目的,即产品不仅不损害人体健康,而且有益于人体健康,产品具有多种功能,如抗菌、灭菌、防霉、除臭、隔热、阻燃、防火、调温、调湿、消磁、防射线、隔声和抗静电等;5) 产品可循环或回收再利用,不产生污染环境的废弃物[4 ] 。
由此可知,绿色建材既能满足现代人的需要,又不损害后代人更大的需求。1992 年国务院批准的“我国环境与发展十大支持政策”与《中国21 世纪议程》中把保护环境发展绿色产品,作为可持续发展战略的重要内容。
2．3 发展绿色建材的意义
随着物质生活水平的提高,人类对居住环境的要求越来越严格[5 ] 。早在70 年代末,科学家就已经着手研究建筑材料释放的气体对室内空气的影响及其对人体的危害程度。大量研究表明,除了人类活动的影响外,造成室内空气低劣的因素主要包括通风和建筑材料(包括装饰材料和家具等) 。由于挥发性有机物(VOC) 普遍存在于室内的建筑材料中,建筑材料可能是一种很严重的污染源。专家指出,长期处于含有VOC 气体的环境中,在感官方面会造成人体视觉、听觉受损;在感情方面造成神经质、应急症、忧郁症和冷淡症;在认识功能方面会造成长期和短期记忆混淆、迷向;在运动功能方面造成握力变弱、不协调和震颤。因此,对人类生存环境健康、安全、无害的建筑材料已经成为国内外人士的关注热点。发展绿色建材具有以下现实意义[6 ] :
1) 改善人类生存的大环境。现代社会,人们越来越关注人类生存的大环境,寻求良好的生态环境,保护好大自然,期望自己和后代能够很好地生活在共同的地球上。“绿色建材”的发展,将有助于大环境的改善,防止大环境的破坏。
2) 保障居住小环境。我国传统的居住建筑是用木料、泥土、石块、石灰、黄砂、稻草、高粱杆等自然材料和粘土加工物砖、瓦组成的,它们与大自然能较好地协调,而且对人体健康是无害的。现代建筑采用大量现代建筑材料,其中有许多是对人体健康有害的。因此有必要发展对人体健康无害或符合卫生标准的“绿色建材”。
3) 改善公共场所、公共设施对公众的健康安全影响。车站、码头、机场、学校、幼儿园、商店、办公楼、会议厅、饭店、娱乐场所等是大量人群聚集、流动的场所。这些建筑物中如果有损害公众健康安全的建筑材料,将会造成对人体的损害。
4) 限制国外有害健康安全的建筑材料和技术设备流入我国。国外有一百多个国家和地区,生产出上万种建筑材料,尤其是以化学建材居多。好的建筑和装饰材料可丰富我国的建材市场,但也要防止有害健康安全的建材和技术设备流入。如果没有“绿色建材”标准和管理措施,有害的建材就会不断流入我国市场,将会加重损害我国的环境。
5) 扶助我国高附加值“绿色建材”进入西方工业国家。新型建材往往有高附加值,“绿色建材”也可以有高附加值。如果能扶助和促进我国的高附加值的“绿色建材”进入西方国家,将会显著提高经济效益。
2．4 绿色建材在国内外的发展[324 ,728 ]
2．4．1 绿色建材在国外的发展
绿色建材在一些发达国家早已得到研制开发。近20 年来,国际上主要工业发达国家和地区对绿色建材发展非常重视,已就建筑材料对室内空气的影响进行了全面、系统的基础研究工作,并制订了严格的法规。
德国是世界上最早推行环境标志的国家,1978年发布了第一个环境标志———“蓝天使”后,至今实施“蓝天使”的产品已达7500 多种,占全国商品的30 %。美国是较早提出环境标志的国家,美国环保局(EPA) 设置了室内空气部,正在开展应用于室内的空气质量控制的研究计划。加州大学设置了室内空气系,研究和制订了评价建筑材料释放VOC 的理论基础,确定了测试建筑材料释放VOC 的体系和方法,提出了预测建筑材料影响室内空气质量的数学模型。在一些州,规定了一些环境保护标准:如洛杉矶市早在1966 年就提出了限制有机溶剂排放量的“66 法规”,并于1967 年开始实施;华盛顿州、加利福尼亚州、明尼苏达和斯康星州都对有关污染物质规定了环保标准。加拿大也是积极推动和发展绿色建材的北美国家,于1988 年开始环境标志计划,至今已经有14 个类别的800 多种产品被授予环境标志。丹麦、挪威为了促进绿色建材的发展,推出了“健康
建材”(HMB) 标准,国家法律规定,对于所出售的涂料等建材产品,在使用说明书上除了标出产品质量标准外,还必须标出健康指标。瑞典也积极推动和发展绿色建材,并已正式实施新的建筑法规,规定用于室内的建筑材料必须实行安全标签制,并制订了有机化合物室内空气浓度指标限值。另外,芬兰、冰岛等国家于1989 年实施了统一的北欧环境标志。日本对绿色建材的发展也非常重视,于1988 年开展环境标志工作,至今已经有2500 多种环保产品。
2．4．2 我国的绿色建材发展情况
近年来,绿色建材在国内得到了大力开发,从国内一些室内装饰产品展览会所展示的一批新型产品看“, 绿色”概念在一些厂家已经有了深化和发展,国内产品悄然投入“绿色”行列,并有了一些长足的进步。但从总体上看,发展还不平衡,在推广应用上还没有得到广大消费者足够的重视,因此,出现了发达地区与发展地区在开发、应用上的差距。
我国的环境标志是于1993 年10 月公布的。1994 年5 月17 日中国环境标志产品认证委员会在北京宣告成立。1994 年在6 类18 种产品中首先实行环境标志,水性涂料是建材第一批实行环境标志的产品。1998 年5 月,国家科技部、自然基金委员会和863 计划新材料专家组联合召开了“生态环境材料讨论会”,确定“生态环境材料”应是同时具有满意的使用性能和优良的环境协调性,并能够改善环境的材料。
1999 年5 月,在“首届全国绿色建材应用研讨会”上提出了绿色建材的定义和内涵。随着我国加入WTO、北京申奥成功以来,我国抓紧了绿色建材研究开发的步伐,绿色建材的产品种类、产品质量开始与国际接轨,用高新技术改造传统建材产业,大力发展节能降耗、无毒、无害、无污染、无潜在隐患(如不含气体缓释物、阻燃、低燃烟指数) ,废弃物可循环再生使用的绿色建材。
目前在建筑工程领域的绿色建材产品和技术主要有:
1) 绿色高性能混凝土技术在城市建设中,钢筋混凝土结构占我国建筑结构形式的大多数,因国情所限,在今后相当长的一段时间内,钢筋混凝土结构仍将占主导地位。
绿色高性能混凝土是指所采用原材料符合绿色环保要求,能消耗大量工业废料,对大量拆除废弃的混凝土进行再生利用,采用集中搅拌,使混凝土具有优良的施工性能,硬化后的混凝土具有较好的物理性能和耐久性等。发展绿色高性能混凝土将大大减少因生产混凝土而造成的自然资源消耗和环境负荷。在我国的预拌混凝土中,矿物掺合料的掺量普遍达到了25 %～50 %;城市的中水已开始应用于混凝土工程;2003 年我国预拌混凝土产量达到了21亿m3 ,混凝土强度等级最高达到了C110 ;通过提高混凝土强度,减小结构截面积或结构体积,减少混凝土用量,从而节约水泥、砂、石的用量,通过大幅度提高混凝土耐久性,延长结构物的使用寿命,进一步节约了维修和重建费用。中国建筑科学研究院在国家科技部的支持下正开展绿色高性能混凝土的研究和工程应用,取得了阶段性成果。
2) 墙体材料的绿色化我国建筑物围护结构的保温性能较差,单位建筑面积采暖能耗高出发达国家的2～3 倍。既有住宅能耗高也是造成我国能源紧张的一个重要因数。我国既有城乡住宅建筑总量约330 亿m2 ,而节能型住宅还不足2 %。
我国传统的墙体材料仍以小块实心粘土砖为主,为改变这种现状,政府在大中城市开始禁止生产和使用实心粘土砖(简称“禁实”) ,并取得了很好的成效。截止到2003 年6 月30 日,全国累计实现“禁实”的城市(区) 已达229 个“, 禁实”工作推动了新型墙体材料的迅速发展,促进了住宅建设现代化水平的提高,取得了显著的经济效益和社会效益。据不完全统计,2002 年170 个城市实心粘土砖产量为860 亿块标准砖, 比1999 年的1228 亿块下降了30 %;新型墙材产量达950 亿块标准砖,比1999 年的815 亿块标准砖增长了16 %。全国新型墙材产量占墙材总量的比例由1999 年的26 %上升到35 %。“禁实”和推广新型墙材改变了传统施工工艺,提高了施工效率,改善了建筑功能,增加了使用面积,加速了住宅产业现代化步伐。北京、上海等地开展研究“禁实”后的新型墙体材料施工现场装配工艺提高了施工现代化水平和建筑质量,节约了土地和能源资源。据不完全统计,三年来全国共关停小砖瓦企业6000 多家,淘汰落后生产能力410 多亿块标准砖,节约土地90 多万亩,节约能源1600 多万t 标准煤,利用工业废渣213 亿t 。
我国大力发展新型墙体材料,如在砖制品方面,首先发展煤矸石砖、页岩砖以及粉煤灰砖、灰砂砖。在砌块方面,加强天然轻集料混凝土砌块的生产,同时发展粉煤灰、混凝土小型砌块、加气混凝土砌块、石膏砌块的生产,适当进行陶粒混凝土砌块的生产,着重进行工业及生活垃圾物的处理研究。
在行业标准《民用建筑节能设计标准》(采暖居住建筑部分) (J GJ 26295) 、《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》(J GJ 13422001) 、《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》(J GJ 7522003) 、《既有采暖居住建筑节能改造技术规程》(J GJ 12922000) 等标准颁布实施后,建筑节能达到了普遍重视,政府制订具体的节能目标,以强制措施推行建筑节能,各种具有保温隔热功能的墙体和复合墙体得到了较大的发展,以聚苯板和聚苯颗粒为主的外墙外保温体系得到了广泛的应用。
3) 装修材料的绿色化20 世纪90 年代以来,装修材料的绿色化越来越得到人们重视,一些污染大的材料被淘汰,如纸胎油毡、PVC 塑料油膏、107 胶、106 涂料、油性内墙涂料、焦油型聚氨酯防水涂料、甲醛含量高的各种胶粘剂和木制板材等。同时,国家相关部门出台了一系列有利于环境保护、发展绿色建材的政策和法规。为了限制装修材料中有害物质含量,国家质检总局和国家标准委负责组织制P修订了10 项强制性国家标准《: 室内装修材料人造板及其制品中甲醛释放限量》(GB 868022001) 、《室内装修材料溶剂型木器涂料中有害物质限量》(GB 1868122001) 、《室内装修材料内墙涂料中有害物质限量》(GB 1868222001) 、《室内装修材料胶粘剂中有害物质限量》( GB 1868322001) 、《室内装修材料木家具中有害物质限量》(GB1868422001) 、《室内装修材料壁纸中有害物质限量》(GB 1868522001) 、《室内装修材料聚氯乙烯卷材地板中有害物质限量》(GB 1868622001) 、《室内装修材料地毯、地毯衬垫及地毯用胶粘剂中有害物质限量》
(GB 1868722001) 、《混凝土外加剂中释放氨限量》(GB 1868822001) 、《建筑材料放射性核素限量》( GB656622001) 以及《民用建筑工程室内环境污染控制规范》(GB 5032522001) 等。上述标准的制订和修订,使装修材料的产品逐步符合环保要求,绿色化程度越来越高。作为单个产品,绝大部分装修材料往往符合有关标准的规定。但是,在装修时由于使用量大、材料品种多、大部分为现场作业,使装修后的房间有时仍会出现环保指标不合格的现象。
2．4．3 绿色建材的发展方向
绿色建材代表了建筑材料的未来发展方向,符合世界发展趋势和人类发展的需要。国家发展绿色建材产业将有助于环境保护,节约资源,提高人类的居住环境水平。
作为建筑工程材料,绿色建材的主要发展方向应该是材料的无害化和更加节能,增加建材的部品率,减少现场施工,打击假冒伪劣产品,提高优良绿色建材在工程中的使用率;对于化学建材,其有害物质含量应该越来越低直至为零,逐步减少化学建材的使用,增加木材的使用量;要将墙体作为一个系统来研究和应用,并与结构体系进行配套,避免出现单个材料的节能性能好,但在工程上使用后,由于配套措施不完善而对墙体的节能性能和使用性能产生影响。因此,应研制推广新型节能型墙体材料,提高建筑物的节能水平和墙体材料的工厂化生产比率。
3 结 语
传统的建筑材料对环境造成严重的破坏,不符合可持续发展的要求,只有加强开发和应用绿色建材,才能实现建筑材料工业的可持续发展。
[参考文献]
[ 1 ] 陈小佳. 开发应用绿色建材促进建材工业技术进步[J ] . 科技进步与对,1999 ,16(3) .
[ 2 ] 吴中伟. 绿色高性能混凝土———混凝土的发展方向[J ] . 混凝土与水泥制,1998 ,25(1) .
[ 3 ] 上海市绿色建材展示中心. 积极发展绿色建材[J ] . 上海建材,1995 ,14 (4) .
[ 4 ] 王少南. 绿色建材在国内外的发展[J ] . 新型建筑材料,1999 ,26(7) .
[ 5 ] 王新友. 环境材料和绿色建材[J ] . 建筑材料学报,1998 ,1(1) .
[ 6 ] 刘瑞栋,黄玉英. 绿色建材对人类环境影响和评价系统的探讨[J ] . 上海建材,1995 ,14(4) .
[ 7 ] 李兴隆. 绿色建材与环境优化[J ] . 上海建材,1996 ,15(1) .
[ 8 ] 李兴隆. 绿色建材与智能产品的开发与应用[J ] . 建材工业信息,1997 ,24(6) .
