第十章 地球环境、资源、能源与建筑材料
10.1地球环境的恶化与新材料 10.1.1人类面临的主要环境问题
噪 音
恶 臭 地基下沉 大气污染
地球温暖化
水质污染
臭氧层破坏
土地沙漠化 海洋污染
10.1.2环境恶化对建筑物及其材料的影响
1、大气中CO2浓度增大
（1）大气中CO2浓度的增大，以及由此而引起的地球表面温度上升，即所谓的温室效应的共同作用，将加速混凝土材料的中性化速度。——会引起钢筋混凝土中的钢筋腐蚀生锈，混凝土保护层开裂，最好导致钢筋混凝土整体结构的破坏。 （2）提高混凝土抗碳化性能的对策
提高混凝土自身的密实度
其次，在混凝土表面涂刷高分子涂料，形成密实的膜层
或者在钢筋表面涂刷环氧树脂类的高耐久性涂料，直接起到保护钢筋的作用。
野生生物
种类减少 公 害
地球 环境问题 酸 雨
资源与能源枯 竭
热带雨林减少
染土壤污染
还有采用高耐蚀性的新型长纤维材料，代替钢筋，例如碳纤维增强塑料等。
2、酸雨对建筑物的影响
（1）正常雨水PH值为5.6，从20世纪70年代开始，世界各国陆续出现PH
（2）酸雨对植物的生成有不利影响；
（3）酸雨对建筑物也有不良影响，对大理石类的石造建筑物和雕刻品受到严重腐蚀。
3、臭氧层的破坏与有害紫外线的增强
（1）由于现代社会制冷设备、机械的大量使用，汽车数量的增加，向大气中排放的氟利昂有害物质逐年增加，使臭氧层受到严重破坏。
（2）臭氧层 是波长在300nm以下的紫外线照射的一道天然屏障。
（3）臭氧层浓度降低，地球上受紫外线照射量增大，对建筑物的破坏体现在有机建筑材料的老化速度加快。
4、工业生产对周围环境的污染
利用固体垃圾作为建筑材料的原材料，一方面能够减少固体垃圾对环境的污染，同时也为建筑材料的生产提供原材料资源。 （1）粒化高炉矿渣
水淬高炉矿渣，玻璃体的含量大于80％，主要化学成分为活性SiO
2、Al2O3和CaO 将矿渣单独磨细，细度达到400m2/kg以上，作为矿物细掺料直接用于混凝土中，最多可达到70％，对水泥的水化热、耐腐蚀性等性能具有改善作用，同时对混凝土的微观结构具有微填充作用
细度达到600m2/kg以上的磨细矿渣，作为高性能混凝土中的主要组分，或者作为第二胶凝材料已经是不可缺少的组分，其价格已经超过了普通的硅酸盐水泥。
（2）粉煤灰
燃烧前要将煤破碎成煤粉，在高温燃烧过程中形成玻璃微珠，其主要化学成分是活性SiO
2、Al2O3和少量的CaO；
掺入水泥或混凝土中可以发挥活性效应、形态效应和微粒填充作用，改善混凝土的工作性，使混凝土的微观结构更加密实。目前我国的粉煤灰绝大部分得到有效利用。
（3）城市垃圾及废弃混凝土
城市垃圾主要有下水道污泥、塑料、玻璃以及金属易拉罐等。
用于建筑材料的主要研究成果有利用下水道污泥作为生产水泥的原材料、或烧制混凝土的骨料，这些研究成果已经在日本达到了实用化生产程度。
10.2资源的枯竭与新材料开发
土木建筑工程是人类与自然界进行物质交换量最大的活动。因此，人类必须开发节省资源的建筑材料，同时要提高材料的耐久性，延长使用寿命，并且要实现资源的可循环利用性
10.2.1混凝土的骨料资源
硅酸盐水泥作为胶结材料的混凝土用量越来越大，大量开山、采石，挖河床取砂，许多国家和地区已经没有可取的碎石和砂子，混凝土的骨料资源出现了严重危机
1、海砂利用的可能性
资源很丰富，但含有盐分、氯离子和硫酸根离子对钢筋混凝土有很强的侵
蚀作用；海砂颗粒较细，且粒度分布均一，很难形成级配；有些海砂往往混入较多的贝壳类轻物质 对盐分的处理方法有： 散水自然清洗法 机械清洗法 自然放置法
2、废弃混凝土再生骨料
（1）废弃混凝土的再利用最早开始于欧洲，1976年，以当时的西德、比利时和荷兰为主成立了“混凝土解体与再利用委员会”，开始研究废弃混凝土的消化与再生利用，并且将废弃混凝土再生骨料用于高速道路等实际工程 （2）美国于1982年和日本建设省于1981年开始启动，废弃混凝土作为再生骨料的研究已经走向实用化阶段；
（3）我国混凝土结构物的废弃、解体处理的高峰时期还没有到来，废弃混凝土的再生利用，尤其在作为再生骨料方向的研究还没有正式启动。 废弃混凝土的再利用及需要解决的问题
最初主要用于填埋基础、路基等，还有许多问题没有得到圆满的解决：例如建筑物解体时钢筋与混凝土的分离技术，破碎后的混凝土中原有的骨料和硬化砂浆块的分离技术。
与普通混凝土相比，使用再生骨料的混凝土需水量增大，强度、弹性模量降低，收缩增大，抗冻性等性能也有所降低。再生骨料替代率控制在30％以下，则混凝土的性能没有明显降低。
2、人造骨料
（1）一般以天然的膨胀页岩或工业废渣、城市垃圾、下水道污泥为原材料，对环境保护有积极的作用；
（2）工业废渣有高炉水淬矿渣、电炉氧化矿渣、铜渣、粉煤灰等为原材料，经高温煅烧而成。
（3）以水淬矿渣为原料制造的骨料和以下水道污泥为原材料生产的轻骨料，还有粉煤灰陶粒、粘土页岩陶粒等人造轻骨料。 10.2.2木材与森林资源
1、木质复合板材
型压板是由松散材料用胶粘剂粘合成型的板材；纤维板,木丝板、木屑板、刨花板；
层压板是用相同或不同的薄板材料，分层用胶接剂粘接压合成；胶合板,三合板、五合板等；
夹芯板是以碎木块拼接作为芯材，两面用其他材料做面层。大芯板、细木工板；
装饰板材：印刷木纹板、微薄木贴面板。
2、非木质板材
代替天然木材大量用于建筑物的内外装修和构件: (1) 轻质加气混凝土板； (2)石膏板；
(3)塑料板材与门窗制品； (4)无机纤维板；
(5) 蜂窝夹芯板。 10.2.3粘土砖与土地资源
1、新型块体材料 (1)粘土空心砖
(2)其它粘土质砖 粉煤灰或煤矸石为原料再加入适当量粘土
(3)硅酸盐类砌块 以石灰、硅质材料和水拌合，成型后经高温蒸养或蒸压养护 (4)“垃圾砖” 将城市固体垃圾捣碎，加水与石灰、水泥等胶凝材料搅拌后，干燥并硬化后形成颗粒状
(5)泡沫砖 以轻质的聚苯乙烯泡沫珠为主要材料，加入适量的水泥、矿粉、细骨料和少量的水
2、新型墙体结构的开发
传统的墙体以砌筑结构为主，以粘土砖、各种砌块为基本单元材料，并且砌筑时需要用砂浆等胶结材料将块体材料粘结，形成砌筑整体。 墙体结构自重大，消耗大量自然资源、能源，施工速度慢，而且墙体内部没有设置保温层，保温隔热性能较差
建筑物的主体骨架大多采取框架结构，墙体采用由外墙板、保温层和内墙板复合而成的板材，从根本上取代粘土砖墙体。
10.3节省能源与新型建筑材料
1、绝热保温材料
在建筑上每使用1t矿棉保温材料，一年可节省1t石油，我国也对使用建筑保温材料的节能效果进行过测算，每使用1t矿棉一年可节省2.5-3.7t标准煤，可见建筑节能的重要性。
矿物棉绝热制品 玻璃棉及其制品 膨胀珍珠岩及其制品 泡沫塑料
还有膨胀蛭石及其绝热制品、微孔硅酸钙绝热制品、多孔混凝土、保温砂浆等
2、高效保温墙体材料及墙体结构 （1）材料节能墙体：
在我国的北方寒冷地区，传统上采用370-490mm厚的实心粘土砖墙体，其传热系数为1.5-2.0W/(m·K)的范围
而390mm厚的水泥混凝土空心砌块墙体、250mm厚的加气混凝土砌块墙体其传热系数可以降低到0.64-0.83W/(m·K)，具有较好的保温性能。
（2）复合节能墙体
由保温绝热材料与传统的墙体材料(例如实心粘土砖、混凝土等)或新型墙体材料(例如空心砖、中心砌块等)复合而成的墙体。
常用的绝热材料有矿物棉、玻璃棉、泡沫塑料、膨胀珍珠岩、加气混凝土等材料。
但是绝热材料价格较高，墙体的成本提高，同时需要与之相配合的建筑主体结构形式，最好采用框架结构、墙体不承重的结构形式。
复合墙体按照绝热材料在墙体中的位置与建筑的关系，可分为内保温、外保温和中间保温三种形式。
（3）新型节能复合墙板
由高效绝热保温材料、外墙板、内墙板复合而成，按照标准尺寸或模数在
工厂实现工业化生产，包括门、窗等构件均可和墙板一体化制造，运送到施工现场安装在结构框架上 钢丝网岩棉夹芯复合板 GRC夹芯复合板 钢板岩棉夹芯复合板
硅钙板、保温层、石膏板复合板材
3、门窗的保温性能
（1）常用门窗材料及热工性质比较
木材容易吸水或吸潮变形。
钢窗容易生锈变形，同时保温隔热性能很差。
铝合金窗，其耐腐蚀性、变形性优于钢窗，但是其保温隔热性能仍然没有得到改善。 塑料门窗
（2）塑料门窗的技术经济性能
节能、隔热保温性能好；耐化学腐蚀性能好；造型美观、装饰效果好；性能稳定。 （3）窗体节能综合措施
窗用玻璃的种类、窗与物体之间的密封、玻璃与窗框之间的密封、窗的结构形式以及形状、朝向等因素都将影响建筑物的热量损失 而且热量通过围护结构传递的速度，取决于最薄弱的环节。
因此，要考虑玻璃、密封、窗框材料以及窗体结构等因素，采取综合措施实现门窗节能。
