建筑材料在建筑屋面中的生态运用探析

谭冰宇 莎 娜

（1.中国金茂北京公司 100070；2.北京维拓时代建筑设计股份有限公司 100025）

0 引言

建筑屋面工程具有较强的社会性、综合性和艺术性，在人们追求舒适的建筑环境的历程中发挥着重要的作用。然而我国的建筑当前总体存在能耗大生态性弱的特点。人类社会也同时面临着资源短缺、环境污染、能源枯竭等问题。绿色生态环境的塑造越来越成为可持续发展的必然选择。因而.通过减轻建筑材料的环境负荷.实现建筑材料的生态化，是当前对建筑生态改造的关键方向。

1 建筑材料与生态环境的关系

1.1 建筑材料与资源消耗的关系

我国每年在生产建筑材料上所需要消耗的矿产资源数额巨大。例如每年在水泥工业上需要消耗约6 亿吨石灰石，1.2 亿吨粘土类原料，由于烧砖而被摧毁的农田面积每年高达10 万亩。当前的建筑材料较多使用砂石骨料和填充材料，这些材料的城市化建设必需的名头之下不断的进行大量采掘。但是实际却在建设的过程中造成大量的浪费，结果却对自然环境造成了不可逆的伤害。在造成矿石资源大量消耗的同时也使得如河床、植被、径流、土壤资源等遭到破坏，城市化的进程中伴随着沙尘暴、水土流失等环境问题的滋生。

1.2 建筑材料有可能造成的环境污染

建筑材料在原料采掘环节到生产环节到最后的废弃能够对环境造成大量的污染。在我国的建筑材料生产中，每一吨普通硅酸盐水泥熟料被生产出来，便有一吨二氧化碳和0.74 千克二氧化硫气体会北牌坊。同时在建筑材料的生产和使用中依旧伴随着噪声污染、水污染、土壤污染、光污染、矿渣岩石的放射性污染、化学污染、建筑垃圾污染等等多种环境污染。因此，建筑材料的选择与环境保护问题和污染处理密切相关。

1.3 建筑材料与环境协调的关系

除了负面影响之外，建筑材料本质上与环境具有强烈的协调关系。一些建筑材料本身具有一定的生态环保性，应加大使用力度。例如抗菌建材、空气净化建材等都是生态建材的典型代表。同时建筑材料具有一项重要功能便是消纳废弃物。尽管在原材料的采掘中会造成大量的污染和能源的消耗，但是绝大部分的固体废弃物能够转变成为建筑材料的一部分投入到建筑材料的生产之中。例如粉煤灰、矿渣等可以作为水泥混凝土的掺合料再次投入生产，煤矸石等已在烧结砖的制作中被广泛使用。甚至在一些煅烧的工序中能够使用有毒可燃废弃物或者固体垃圾作为燃料。

2 建筑材料在建筑屋面应用中的生态策略

2.1 绿化功能

随着我国的城市化进程，城市中的建筑面积增长迅速，建筑的能耗越来越大，城市热岛现象对生态环境造成了大量的不良影响。因此，加大对城市建筑屋面绿化的力度，是降低建筑能耗，减少温室气体排放，同时达到美化城市的目的，优化城市气候的重要途径。因此，对建筑屋面中建筑材料的生态选择，要首要考虑绿化功能。屋面绿化能够实现保温隔热的性能。尤其是夏季的隔热效果更为显著，能够节省大量的空调使用。同时绿化能够降低周围建筑物的环境温度。尤其对于大面积的建筑物，由于大面积的屋面面积，屋面能够吸收大量的热量，实现绿化能够有效实现保温功能，同时降低城市中的回程，吸收如二氧化硫等有害气体和噪音。因此，建筑材料的绿化功能是在建筑屋面设计中的重要生态考虑因素。

2.2 防水蓄水功能

建筑屋面对雨水等自然降水有重要的吸纳作用。因此屋顶的抗渗防漏功能至关重要。除了建筑层的防水防渗建设之外，加强屋面的蓄水功能，一方面能够在水蒸发时带走大量的热量，降低辐射到屋面上的太阳辐射热，又想降低屋面的传热能力和屋面温度，较好的实现了隔热功能。另一方面，在建筑材料做足蓄水处理时能够吸纳一部分的自然水源，后期通过技术转变成为可被利用的水资源，加强对自然资源的利用，达到生态性。

2.3 自然光的能源考虑

当前的大部分建筑物采用平屋面的形式，而屋面在建筑体中吸纳最多的太阳辐射。因此，建筑材料的色彩能够对自然光的反射和能源利用率产生重要的决定作用。例如深色的平屋面仅仅能够反射不到百分之三十的日照，而金属材质浅色材料的坡度屋面能够反射至少百分之六十五的日照。越高的反射率能够为屋面节约更高的能源消耗。在建筑材料的不断发展中，加大了对日照能源利用的可能性，在生态上实现了可再生能源的利用，具有重大意义。

3 建筑材料的生态化选择

建筑物的核心构成要素首先是建筑材料，加强建筑屋面的生态性，应该注意对建筑材料本身的选择和使用方式的生态化建设。

3.1 选择生态建筑材料

生态建筑材也属于绿色建筑材料和环保建筑材料的范畴。主要使用清洁生产技术生产，具有对自然资源能源消耗减少，废弃物污染程度低等特点。其主要具有空气净化、保健抗菌等功效。常见的材料有 化学生态材料、纳米材料、高分子材料、玻璃材料、陶瓷材料等等。

3.2 在建筑过程中减少对材料的消耗

除了建筑材料选择的生态化，建筑过程中对材料的使用方式也应该想着生态化的方向发展。主要要求不盲目求高求大，将环境与建筑充分融合。充分考虑建筑的耐受性和使用寿命，选择寿命长久的建筑材料并且在使用中避免不必要的浪费。在建筑完成之后，主要是注重对建筑材料的无公害销毁和循环利用的处理。

4 有效实现建筑材料生态化的途径

在屋面的建筑材料的选择中通常混合材料，主要包括般包含砼现浇楼面、水泥砂浆找平层、保温隔热层、防水层、水泥砂浆保护层、排水系统、女儿墙及避雷措施等几个环节的铸造。为在未来的建造中实现对建筑材料生态化的转变主要有两个途径，意识对传统建材进行生态化的改变和转化，减少原有的对环境的负面影响。其次是可以借助新的技术，开发具有生态化的新型建材，增强建筑屋面与环境的协调性

4.1 传统建材的生态化转变

4.1.1 水泥材料的生态化转变

（1）对新型水泥生产技术的研究。

上世纪末的国际水泥工业一直以来以悬浮预热和预分解技术为工业核心，具有一套具有高度现代化和优质高效节能效果的新型干法水泥生产法。许多发达国家的水泥厂已经基本实现了零污染的绿色化生产，而我国目前在干法水泥生产上能力较弱，依旧存在很多不足。新型干法窖产能还没有水泥总生产能力的百分之十。因此，作为建筑屋面绝大部分的主要建设材料，加强对新型水泥生产技术的研究和开发，并大量投入实施生产中是实现建筑材料生态化的重要途径之一。

（2）对新品种水泥以及水泥的应用范围和使用功能的研究创新。

为推进建筑材料生态化的发展，新品种水泥的研发被日益提上日程。其中日本研制出的陶瓷石能够在常温下被固化，是一种能够免除煅烧工艺的水泥材料。除此之外，新品种的水泥开发方向也向着智能化的方向发展。即能够根据环境的变化进行一定的感知和响应。高掺量混合材水泥也是生态化发展的方向之一，其首要特征便是能够满足不同工程的需求，兼具经济建设和环境保护的功能。

4.1.2 混凝土材料的生态化转变

（1）在高性能混凝土上的研发投入和后续推广。

在研发设计的过程中，高性能混凝土的耐久性是首要的考量指标。大幅度的提高普通混凝土的性能基础上能够对现代化混凝土技术加以利用。高性能混凝土的主要特点是能够在百年的时间甚至更长的时间内不出现材料的劣化，以延长使用寿命实现环保和生态的保护目的。同时在生产的过程中加入以工业废渣为主的细掺料，减少了熟料水泥的使用量，进而减少了生产熟料水泥对环境造成的破坏。例如加拿大先前研发的高掺量粉煤灰混凝土，粉煤灰在凝胶材料中总体占比在55%-60%之间，极大的减少了熟料水泥的投入。除此之外，高性能混凝土的高性能优势能够代替降低水泥和混凝土的部分功能，从而降低其用量。例如，超高性能的混凝土具有突出的强度和耐久性，能够在建筑屋面的建筑材料使用时，减少74%的混凝土以及32%的水泥使用量。建筑屋面在自然环境中具有较大的暴露性，因此强化其建筑材料的性能以此延长寿命，是实现建筑材料生态性的重要措施。

（2）对商品混凝土的推广使用。

传统的建筑工程中常常采取现场拌制混凝土的模式，对人力物力的消耗大，并且质量常常难以得到良好的控制。同时产生大量的噪音污染、粉尘污染，破坏周边生态，商品混凝土的使用能够有效解决以上问题。在诸多发达国家的发展案例中，美国和日本是商品混凝土的主要生产过，年均产量在2亿平方米左右，占有本国建筑中混凝土使用量的八成以上。2004年以来，我国在建筑工程中使用预拌混凝土数量超出100 万吨的城市总共有28 个，但是分布具有不均衡、地区差异化大的特点。并且商品混凝土高昂的成本和售卖价格是推广不足的主要原因，因此，为了促进建筑中生态化的建设，在材料上应加大创新力度和研发力度，降低生产成本，在建筑屋面的建造过程中，使混凝土的使用方式也实现生态化。

（3）对废弃的混凝土材料加以循环利用

在混凝土的使用过程中普遍存在天然骨料匮乏和混凝土废弃物数量大而造成的生态破坏行为出现。再生混凝土的开发能够有效解决这个问题。我国每年能够从旧有的建筑物上得到废弃混凝土约1370 万吨，新建房屋时产生的废弃混凝土约4100 万吨，数量巨大，可循环利用空间广阔。再生骨料与天然骨料向对比具有孔隙率高、吸水性大、强度较低的缺点，因此，只有加大研发力度，解决再生骨料中的强度、孔隙、吸水等问题才能从根本上扩大废弃混凝土的循环使用率，为建筑材料的可持续发展提供可靠的技术支持。

4.2 新生态化建材的开发与研究

除了对传统材料的革新之外，对新生态化材料的研发也至关重要。

4.2.1 功能性生态建筑材料的研发、

传统的建筑材料在悠久的建筑历史中主要属于资源粗放型的增长方式，对能源和自然资源有较大的消耗量。在新技术发展的历程中，能够开发新型功能性生态建筑材料，推动建筑材料想着科技密集型和资源集约型的方向转变。其中在建筑屋面的应用中，高质量档次的改性沥青防水卷材和高分子防水卷材是发展的方向之一。如上所属，屋面具有防水排水和蓄水的重要功能，这项功能与环境生态密切相连。因此，可以对水资源处理上的功能性材料进行研发。此外，纳米材料也是未来建筑材料新的发展方向之一。如纳米涂料、纳米陶瓷等，能够有效实现防霉抗菌，消除化学粉尘实现空气净化的功效。随着科技的发展，高分子材料和纳米材料的研发将成为建筑材料实现生态化的重要途径。

4.2.2 加强材料对太阳能的利用能力，加强建材的能源利用能力

建筑屋面是建筑体中与受太阳辐射数量最多的部分。在能源危机的威胁下，加强建筑屋面的建筑材料对太阳能的利用能力，是提高能源利用率，实现生态化的关键。太阳能光电板是实现建筑屋面生态化的重要材料，并以得到广泛的利用。太阳能始终是人类巨大的一个能源库，加强对生态建筑材料对太阳能的转化利用已至关重要。

5 结束语

我国建筑行业在城市化和城镇化的进程中得到了飞速的发展。同时基于生态化建设的需求，建筑材料的生态应用越来越得以重视。建筑屋面最为建筑物中关键的构成部分，起生态性对于环境的可持续化发展具有重要的意义。开发建筑屋面的生态性功能也由来已久，例如传统文化中对屋顶花园的建造是建筑屋面中融入生态化理念的开端。但是，在传统的建筑材料和方式仍然占据主流的当下，建筑材料的生态化转变和在建筑屋面中的生态运用仍有很长的道路需要走。无论如何，以生态为主要理念并积极落实，是在建筑建设的过程中将人与自然融合的必经之路。