建筑材料在建筑屋面中的生態運用探析

譚冰宇 莎 娜

（1.中國金茂北京公司 100070；2.北京維拓時代建筑設計股份有限公司 100025）

0 引言

建筑屋面工程具有較強的社會性、綜合性和藝術性，在人們追求舒適的建筑環境的歷程中發揮著重要的作用。然而我國的建筑當前總體存在能耗大生態性弱的特點。人類社會也同時面臨著資源短缺、環境污染、能源枯竭等問題。綠色生態環境的塑造越來越成為可持續發展的必然選擇。因而.通過減輕建筑材料的環境負荷.實現建筑材料的生態化，是當前對建筑生態改造的關鍵方向。

1 建筑材料與生態環境的關系

1.1 建筑材料與資源消耗的關系

我國每年在生產建筑材料上所需要消耗的礦產資源數額巨大。例如每年在水泥工業上需要消耗約6 億噸石灰石，1.2 億噸粘土類原料，由于燒磚而被摧毀的農田面積每年高達10 萬畝。當前的建筑材料較多使用砂石骨料和填充材料，這些材料的城市化建設必需的名頭之下不斷的進行大量采掘。但是實際卻在建設的過程中造成大量的浪費，結果卻對自然環境造成了不可逆的傷害。在造成礦石資源大量消耗的同時也使得如河床、植被、徑流、土壤資源等遭到破壞，城市化的進程中伴隨著沙塵暴、水土流失等環境問題的滋生。

1.2 建筑材料有可能造成的環境污染

建筑材料在原料采掘環節到生產環節到最后的廢棄能夠對環境造成大量的污染。在我國的建筑材料生產中，每一噸普通硅酸鹽水泥熟料被生產出來，便有一噸二氧化碳和0.74 千克二氧化硫氣體會北牌坊。同時在建筑材料的生產和使用中依舊伴隨著噪聲污染、水污染、土壤污染、光污染、礦渣巖石的放射性污染、化學污染、建筑垃圾污染等等多種環境污染。因此，建筑材料的選擇與環境保護問題和污染處理密切相關。

1.3 建筑材料與環境協調的關系

除了負面影響之外，建筑材料本質上與環境具有強烈的協調關系。一些建筑材料本身具有一定的生態環保性，應加大使用力度。例如抗菌建材、空氣凈化建材等都是生態建材的典型代表。同時建筑材料具有一項重要功能便是消納廢棄物。盡管在原材料的采掘中會造成大量的污染和能源的消耗，但是絕大部分的固體廢棄物能夠轉變成為建筑材料的一部分投入到建筑材料的生產之中。例如粉煤灰、礦渣等可以作為水泥混凝土的摻合料再次投入生產，煤矸石等已在燒結磚的制作中被廣泛使用。甚至在一些煅燒的工序中能夠使用有毒可燃廢棄物或者固體垃圾作為燃料。

2 建筑材料在建筑屋面應用中的生態策略

2.1 綠化功能

隨著我國的城市化進程，城市中的建筑面積增長迅速，建筑的能耗越來越大，城市熱島現象對生態環境造成了大量的不良影響。因此，加大對城市建筑屋面綠化的力度，是降低建筑能耗，減少溫室氣體排放，同時達到美化城市的目的，優化城市氣候的重要途徑。因此，對建筑屋面中建筑材料的生態選擇，要首要考慮綠化功能。屋面綠化能夠實現保溫隔熱的性能。尤其是夏季的隔熱效果更為顯著，能夠節省大量的空調使用。同時綠化能夠降低周圍建筑物的環境溫度。尤其對于大面積的建筑物，由于大面積的屋面面積，屋面能夠吸收大量的熱量，實現綠化能夠有效實現保溫功能，同時降低城市中的回程，吸收如二氧化硫等有害氣體和噪音。因此，建筑材料的綠化功能是在建筑屋面設計中的重要生態考慮因素。

2.2 防水蓄水功能

建筑屋面對雨水等自然降水有重要的吸納作用。因此屋頂的抗滲防漏功能至關重要。除了建筑層的防水防滲建設之外，加強屋面的蓄水功能，一方面能夠在水蒸發時帶走大量的熱量，降低輻射到屋面上的太陽輻射熱，又想降低屋面的傳熱能力和屋面溫度，較好的實現了隔熱功能。另一方面，在建筑材料做足蓄水處理時能夠吸納一部分的自然水源，后期通過技術轉變成為可被利用的水資源，加強對自然資源的利用，達到生態性。

2.3 自然光的能源考慮

當前的大部分建筑物采用平屋面的形式，而屋面在建筑體中吸納最多的太陽輻射。因此，建筑材料的色彩能夠對自然光的反射和能源利用率產生重要的決定作用。例如深色的平屋面僅僅能夠反射不到百分之三十的日照，而金屬材質淺色材料的坡度屋面能夠反射至少百分之六十五的日照。越高的反射率能夠為屋面節約更高的能源消耗。在建筑材料的不斷發展中，加大了對日照能源利用的可能性，在生態上實現了可再生能源的利用，具有重大意義。

3 建筑材料的生態化選擇

建筑物的核心構成要素首先是建筑材料，加強建筑屋面的生態性，應該注意對建筑材料本身的選擇和使用方式的生態化建設。

3.1 選擇生態建筑材料

生態建筑材也屬于綠色建筑材料和環保建筑材料的范疇。主要使用清潔生產技術生產，具有對自然資源能源消耗減少，廢棄物污染程度低等特點。其主要具有空氣凈化、保健抗菌等功效。常見的材料有 化學生態材料、納米材料、高分子材料、玻璃材料、陶瓷材料等等。

3.2 在建筑過程中減少對材料的消耗

除了建筑材料選擇的生態化，建筑過程中對材料的使用方式也應該想著生態化的方向發展。主要要求不盲目求高求大，將環境與建筑充分融合。充分考慮建筑的耐受性和使用壽命，選擇壽命長久的建筑材料并且在使用中避免不必要的浪費。在建筑完成之后，主要是注重對建筑材料的無公害銷毀和循環利用的處理。

4 有效實現建筑材料生態化的途徑

在屋面的建筑材料的選擇中通常混合材料，主要包括般包含砼現澆樓面、水泥砂漿找平層、保溫隔熱層、防水層、水泥砂漿保護層、排水系統、女兒墻及避雷措施等幾個環節的鑄造。為在未來的建造中實現對建筑材料生態化的轉變主要有兩個途徑，意識對傳統建材進行生態化的改變和轉化，減少原有的對環境的負面影響。其次是可以借助新的技術，開發具有生態化的新型建材，增強建筑屋面與環境的協調性

4.1 傳統建材的生態化轉變

4.1.1 水泥材料的生態化轉變

（1）對新型水泥生產技術的研究。

上世紀末的國際水泥工業一直以來以懸浮預熱和預分解技術為工業核心，具有一套具有高度現代化和優質高效節能效果的新型干法水泥生產法。許多發達國家的水泥廠已經基本實現了零污染的綠色化生產，而我國目前在干法水泥生產上能力較弱，依舊存在很多不足。新型干法窖產能還沒有水泥總生產能力的百分之十。因此，作為建筑屋面絕大部分的主要建設材料，加強對新型水泥生產技術的研究和開發，并大量投入實施生產中是實現建筑材料生態化的重要途徑之一。

（2）對新品種水泥以及水泥的應用范圍和使用功能的研究創新。

為推進建筑材料生態化的發展，新品種水泥的研發被日益提上日程。其中日本研制出的陶瓷石能夠在常溫下被固化，是一種能夠免除煅燒工藝的水泥材料。除此之外，新品種的水泥開發方向也向著智能化的方向發展。即能夠根據環境的變化進行一定的感知和響應。高摻量混合材水泥也是生態化發展的方向之一，其首要特征便是能夠滿足不同工程的需求，兼具經濟建設和環境保護的功能。

4.1.2 混凝土材料的生態化轉變

（1）在高性能混凝土上的研發投入和后續推廣。

在研發設計的過程中，高性能混凝土的耐久性是首要的考量指標。大幅度的提高普通混凝土的性能基礎上能夠對現代化混凝土技術加以利用。高性能混凝土的主要特點是能夠在百年的時間甚至更長的時間內不出現材料的劣化，以延長使用壽命實現環保和生態的保護目的。同時在生產的過程中加入以工業廢渣為主的細摻料，減少了熟料水泥的使用量，進而減少了生產熟料水泥對環境造成的破壞。例如加拿大先前研發的高摻量粉煤灰混凝土，粉煤灰在凝膠材料中總體占比在55%-60%之間，極大的減少了熟料水泥的投入。除此之外，高性能混凝土的高性能優勢能夠代替降低水泥和混凝土的部分功能，從而降低其用量。例如，超高性能的混凝土具有突出的強度和耐久性，能夠在建筑屋面的建筑材料使用時，減少74%的混凝土以及32%的水泥使用量。建筑屋面在自然環境中具有較大的暴露性，因此強化其建筑材料的性能以此延長壽命，是實現建筑材料生態性的重要措施。

（2）對商品混凝土的推廣使用。

傳統的建筑工程中常常采取現場拌制混凝土的模式，對人力物力的消耗大，并且質量常常難以得到良好的控制。同時產生大量的噪音污染、粉塵污染，破壞周邊生態，商品混凝土的使用能夠有效解決以上問題。在諸多發達國家的發展案例中，美國和日本是商品混凝土的主要生產過，年均產量在2億平方米左右，占有本國建筑中混凝土使用量的八成以上。2004年以來，我國在建筑工程中使用預拌混凝土數量超出100 萬噸的城市總共有28 個，但是分布具有不均衡、地區差異化大的特點。并且商品混凝土高昂的成本和售賣價格是推廣不足的主要原因，因此，為了促進建筑中生態化的建設，在材料上應加大創新力度和研發力度，降低生產成本，在建筑屋面的建造過程中，使混凝土的使用方式也實現生態化。

（3）對廢棄的混凝土材料加以循環利用

在混凝土的使用過程中普遍存在天然骨料匱乏和混凝土廢棄物數量大而造成的生態破壞行為出現。再生混凝土的開發能夠有效解決這個問題。我國每年能夠從舊有的建筑物上得到廢棄混凝土約1370 萬噸，新建房屋時產生的廢棄混凝土約4100 萬噸，數量巨大，可循環利用空間廣闊。再生骨料與天然骨料向對比具有孔隙率高、吸水性大、強度較低的缺點，因此，只有加大研發力度，解決再生骨料中的強度、孔隙、吸水等問題才能從根本上擴大廢棄混凝土的循環使用率，為建筑材料的可持續發展提供可靠的技術支持。

4.2 新生態化建材的開發與研究

除了對傳統材料的革新之外，對新生態化材料的研發也至關重要。

4.2.1 功能性生態建筑材料的研發、

傳統的建筑材料在悠久的建筑歷史中主要屬于資源粗放型的增長方式，對能源和自然資源有較大的消耗量。在新技術發展的歷程中，能夠開發新型功能性生態建筑材料，推動建筑材料想著科技密集型和資源集約型的方向轉變。其中在建筑屋面的應用中，高質量檔次的改性瀝青防水卷材和高分子防水卷材是發展的方向之一。如上所屬，屋面具有防水排水和蓄水的重要功能，這項功能與環境生態密切相連。因此，可以對水資源處理上的功能性材料進行研發。此外，納米材料也是未來建筑材料新的發展方向之一。如納米涂料、納米陶瓷等，能夠有效實現防霉抗菌，消除化學粉塵實現空氣凈化的功效。隨著科技的發展，高分子材料和納米材料的研發將成為建筑材料實現生態化的重要途徑。

4.2.2 加強材料對太陽能的利用能力，加強建材的能源利用能力

建筑屋面是建筑體中與受太陽輻射數量最多的部分。在能源危機的威脅下，加強建筑屋面的建筑材料對太陽能的利用能力，是提高能源利用率，實現生態化的關鍵。太陽能光電板是實現建筑屋面生態化的重要材料，并以得到廣泛的利用。太陽能始終是人類巨大的一個能源庫，加強對生態建筑材料對太陽能的轉化利用已至關重要。

5 結束語

我國建筑行業在城市化和城鎮化的進程中得到了飛速的發展。同時基于生態化建設的需求，建筑材料的生態應用越來越得以重視。建筑屋面最為建筑物中關鍵的構成部分，起生態性對于環境的可持續化發展具有重要的意義。開發建筑屋面的生態性功能也由來已久，例如傳統文化中對屋頂花園的建造是建筑屋面中融入生態化理念的開端。但是，在傳統的建筑材料和方式仍然占據主流的當下，建筑材料的生態化轉變和在建筑屋面中的生態運用仍有很長的道路需要走。無論如何，以生態為主要理念并積極落實，是在建筑建設的過程中將人與自然融合的必經之路。