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新型建筑材料杨巧艳 一、新型建筑材料发展现状与趋势分析 （一）新型建筑材料发展现状新型墙体材料发展状况新型墙体材料品种较多,主要包括砖、块、板,如粘土空心砖、掺废料的粘土砖、非粘土砖、建筑砌块、加气混凝土、轻质板材、复合板材等。我国新型墙体材料发展较快,1987年新型墙体材料产量为184.5亿块标准砖,到1997年增长到1849.88亿块标准砖,新型墙体材料在墙体材料总量中的比例由4.58%上升到25.2%。防水密封材料是建筑材料工业的一个重要组成部分。随着我国国民经济的快速发展,不仅工业建筑与民用建筑对防水材料提出了多品种高质量的要求,在桥梁、隧道、国防军工、农业水利和交通运输等行业和领域中也都需要高质量的防水密封材料。目前拥有包括沥青油毡(含改性沥青油毡)、合成高分子防水卷材、建筑防水涂料、密封材料、堵漏和刚性防水材料等类产品。防水材料基本上形成了品种门类齐全、产品规格、档次配套,工艺装备开发已初具规模的防水材料工业体系,国外有的品种我国基本上都有。目前我国防水材料与国外先进国家相比存在以下主要问题:一是产品结构不合理,目前新型防水密封材料的生产量和使用量都很小,制胎油毡仍占防水卷材的95%;二是产品质量普遍偏低,假冒产品充斥市场;三是设计施工应用技术有待提高,建筑渗漏还相当严重。防水材料工业亟待调整结构、规范市场。 保温隔热材料发展现状我国保温材料不少产品已从无到有,从单一到多样化,质量从低到高,形成以膨胀珍珠岩、矿物棉、玻璃棉、泡沫塑料、耐火纤维、硅酸钙绝热制品等为主的品种比较齐全的产业,技术、生产装备水平也有了较大提高。但总体技术和装备水平仍较低,在建筑领域的应用技术也还有待完善,在很大程度上制约了保温材料的推广应用。另外,保温材料工业重复建设现象严重,全国各地蜂拥而上,而在应用领域的开发上却投入不多,造成了目前投资效益低、供大于求的局面。目前,我国保温材料主要存在的问题为:市场应用率低、生产工艺整体水平和管理水平较低、产品质量不够稳定、科研投入不足。特别是保温材料在建筑中的应用技术研究与开发多年来进展缓慢,严重地影响了保温材料工业的健康发展。加强新型保温隔热材料和其他新型建材制品设计施工应用方面的工作,是发展新型建材工业的当务之急。 装饰装修材料发展现状与人民生活水平提高和居住条件改善密切相关,是极具发展潜力的建筑材料品种之一。它的品种、质量和配套水平的高低决定着建筑物装饰档次的高低,对美化城乡建筑、改善人民居住和工作环境。发展起步较晚,但起点较高。目前花色品种已达4000多种,已基本形成初具规模、产品门类较齐全的工业体系。目前,三星级宾馆的装饰装修材料基本可以由国内生产供货,四星级、五星级宾馆的装饰装修有30%～40%可以做到自给。建筑装饰装修材料产业存在的主要问题:一是生产企业规模偏小,产品质量不稳定,款色旧,档次低,配套性差,市场竞争能力弱;二是科研开发力量不足,产品更新换代能力弱,不能适应市场需求;三是产品结构不合理,中、低档产品比例大,高档材料比重低,不能满足高档建筑装饰装修的需求。 （二）新型建筑材料的发展趋势目前,主要的开发目标有高耐久性混凝土、钢骨混凝土、防锈钢筋、陶瓷质外壁胎面材料、弗素树脂涂料、防虫蛀材料、耐低温材料,以及在地下、海洋、高温等苛刻环境下能长久保持性能的材料。在大空间建筑中“第五代建材”膜材料也是一种广泛应用的新型材料,它是由高分子聚合物涂层与基材按照所需的厚度、宽度通过特定的加工工艺粘合而成。建筑材料也有向细微发展的趋势。目前主要是纳米TiO2光催化生态建材。包括空气净化建材、抗菌灭菌建材、除臭和表面自洁建材等。随着人类智能化的发展,智能化材料也被人们重视和研发。所谓智能化材料,即材料本身具有自我诊断和预告破坏、自我调节和自我修复的功能,以及可重复利用性。生态建筑材料概念来自于生态环境材料。生态环境材料的主要特征是节约资源和能源;减少环境污染,避免温室效应与臭氧层的破坏;容易回收和循环利用。生态建筑材料应指在材料的生产、使用、废弃和再生循环过程中以与生态环境相协调,满足最少资源和能源消耗,最小或无环境污染,最佳使用性能,最高循环再利用率要求设计生产的建筑材料。 二、国内外绿色建材发展 绿色建材绿色建材的定义绿色建材是指那些采用清洁生产技术,无毒害、无污染、无放射性、有利于环境和保护人体健康的建筑材料。国际学术界于1992年提出绿色材料的定义:绿色材料是指在原料采取、产品制造、使用或者再循环以及废料处理等环节中对地球环境负荷为最小和有利于人类健康的材料,亦称之为“环境调和材料”。绿色建材的分类“环境材料”或“绿色材料”“保健环境材料”或“环保型材料” 绿色建材我国绿色建材的发展方向资源节约型绿色建材能源节约型绿色建材环境友好型绿色建材绿色建材的评价体系单因子评价体系国际公认的生命周期(LCA)评价体系建筑材料选用中应遵循两大原则提倡使用3R材料(可重复使用、可循环使用、可再生使用)选用无毒、无害、无污染,有利于人体健康的材料。 绿色建材结论从生产、土建和装修过程,均能够满足节约资源、保护环境的要求,并且还能做到充分利用各种废弃物,或能对废弃物作净化处理。在使用过程中将使用能耗和环境污染的指数降至最低,尽量减少“三废”排放量。尽可能提高住宅的舒适度,保证在使用过程中对人类健康和环境有益无害,并具有复合功能,如杀菌、调温、阻燃、调光、消声、防霉、防射线、防静电等。发展绿色建材不但是国际潮流,也是大势所趋。 三、新型节能型建筑材料的发展趋势 新型节能型建材发展新型节能型建材的必要性在建筑中使用各种节能建材,一方面可提高建筑物的隔热保温效果,降低采暖空调能源损耗;另一方面又可以极大地改善建筑使用者的生活、工作环境。因此,走环保节能建材之路,大力开发和利用各种高品质的节能建材,是节约能源,降低能耗,保护生态环境的迫切要求,同时又对实现我国21世纪经济和社会的可持续性发展有着现实和深远的意义。新型节能型建材的发展趋势新型墙体材料保温隔热材料目前我国保温材料的主要发展方向有:现有产品性能的提高和改进。研制开发复合型保温涂料。应向固化块、憎水、粘结强度高、密度小和成本低等方向发展。注重环保,充分利用三废开发保温涂料,并遵循涂料发展的潮流,向水性化、环保化的方向发展。 新型节能型建材防水密封材料目前我国防水材料行业主要存在以下问题:产品结构不合理,新型防水密封材料的产量不高,市场占有率不高;产品质量普遍偏低,假冒产品充斥市场;设计施工应用技术有待提高,工程建筑渗漏还相当严重。发展方向上,应重点发展新型防水材料,扩大新型防水材料(如SRS、APP、APO等改性沥青油毡和高分子防水卷材等)的市场份额。 新型节能型建材节能门窗和节能玻璃中空玻璃真空玻璃镀膜玻璃水泥的发展和粉煤灰的利用大力发展生态水泥。所谓生态水泥就是广泛利用各种废弃物,包括各种工业废料、废渣及城市垃圾为原料制造的一种生态建材。这种水泥能够降低废弃物处理的负荷,既解决了废弃物造成的污染,又把生活垃圾和工业废弃物作为原材料,变成了有用的建设资源,从而降低了生产成本。生态水泥的主要品种有:环保型高性能贝利特水泥,低钙型新型水硬性胶凝材料,碱矿渣水泥等。粉煤灰是燃煤发电场的废弃物,由于其具有轻质多孔的特点和潜在的水硬性,可以作为多种建材的生产原料。开发粉煤灰建材不仅可以解决能源和资源问题,同时解决了这种工业废弃物造成的污染问题。 建筑垃圾的综合利用建筑垃圾作为一种再生资源,对固体废弃物加以筛分、破碎后制成建筑垃圾砖或用作路基垫层及地基垫层;对不可处理垃圾则堆山造景加以利用。建筑垃圾砖取代传统粘土实心砖作为砌体材料,净化了环境,节约了能源,保护了土地资源,是一种具有经济效益和社会效益的产品,从而使建筑业走上了一条良性循环的经济模式,成为建筑业可持续发展的动力。其他节能建筑材料天津市奇信太阳能科技有限公司已成功研制建材化太阳能集热器,成为国内建材太阳能技术发展的先行者;而号称为中国太阳能第一楼建筑的北京北苑太阳能示范工程,其能源全部采用太阳能,已良好运转半年之久。可以预见,采用光能转换技术与建筑的屋顶、外墙、窗户等结合集结成复合产品,很可能成为21世纪一类重要的新型建材制品,既可作为建筑的制品或部品,又可以进行太阳能发电,将有极为广阔的发展前景。 新型节能型建材未来我国新型建材的发展大力发展资源节约型建材大力发展能源节约型建材大力发展环境友好型建材大力发展多功能型建材总之，节能环保型建材具有低物耗、低能耗、少污染、多功能、可循环再生利用等特征,集可持续发展、资源有效利用、环境保护、清洁生产等综合效益于一体,成为未来建筑材料发展的方向和趋势,符合人类的需求和时代发展的潮流。 高性能混凝土高性能混凝土产生的背景随着现代科学技术和生产的发展，各种超长、超高、超大型混凝土构筑物，以及在严酷环境下使用的重大混凝土结构,这些混凝土工程施工难度大，使用环境恶劣、维修困难，因此要求混凝土不但施工性能要好，尽量在浇筑时不产生缺陷，更要耐久性好，使用寿命长。进入20世纪70年代以来，不少工业发达国家正面临一些钢筋混凝土结构，特别是早年修建的桥梁等基础设施老化问题，需要投入巨资进行维修或更新。混凝土作为用量最大的人造材料，不能不考虑它的使用对生态环境的影响。 高性能混凝土的定义与性能我国著名的混凝土科学家吴中伟教授定义高性能混凝土为一种新型高技术混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基础上采用现代混凝土技术制作的混凝土，它以耐久性作为设计的主要指标，针对不同用途要求，对下列性能有重点的予以保证；耐久性、工作性、适用性、强度、体积稳定性以及经济合理性。高性能混凝土的研究开发现状高性能混凝土（HighPerformanceConcrete，HPC）是20世纪80年代末90年代初，一些发达国家基于混凝土结构耐久性设计提出的一种全新概念的混凝土，它以耐久性为首要设计指标，这种混凝土有可能为基础设施工程提供100年以上的使用寿命。区别于传统混凝土，高性能混凝土由于具有高耐久性、高工作性、高强度和高体积稳定性等许多优良特性，被认为是目前全世界性能最为全面的混凝土，至今已在不少重要工程中被采用，特别是在桥梁、高层建筑、海港建筑等工程中显示出其独特的优越性，在工程安全使用期、经济合理性、环境条件的适应性等方面产生了明显的效益，因此被各国学者所接受，被认为是今后混凝土技术的发展方向。 高性能混凝土发展中所面临的问题能不能对高性能混凝土下一个完整的定义高性能混凝土是否一定要高强高性能混凝土是否一定要高工作性高性能混凝土的开裂问题原材料的生产与选用混凝土的生产混凝土施工HPC的前景应用大掺量粉煤灰混凝土和大掺量矿渣混凝土发展HPC是最可行的途径，因为它不仅能够提高混凝土的品质，还能有效地降低生产成本。在人们对发展HPC取得共识的基础上，注重骨料品质的提高，并将大掺量粉煤灰混凝土和大掺量矿渣混凝土恰当地用于我国的基础设施建设，这不仅有利于混凝土业的可持续发展，同时对整个国民经济建设的可持续发展都会发挥一定的促进作用。 高性能混凝土的工作性控制要点及方法高性能混凝土工作性的内涵高性能混凝土具有拌合料易于运输、浇筑和密实成型而不产生离析的性能。一般来说，工作性包括流动性、充填性、粘聚性致密性和可泵性等内涵，又称和易性。不同的结构、施工条件操作方法对工作性的要求也不同。高性能混凝土拌合物的工作性是保证混凝土浇筑质量的关键，高性能混凝土拌合物要求具有高流动性、可泵性，要求坍落度大于120mm。若有免振要求的，坍落度应满足180mm，同时该拌合物应具有体积稳定、不离析、不泌水等条件。 高性能混凝土工作性的意义高性能混凝土具有优良的工作性，工作性的优劣与工程质量、施工进度、工程造价和劳动条件密切相关。工作性差的混凝土容易造成施工困难，影响施工进度，浇捣不密实，出现露筋露骨、空洞、蜂窝、麻面以及混凝土结构内疏松等缺陷；工作性好的混凝土可节省劳动力，减少振捣用电，降低环境噪声等，改善工人劳动条件。 高性能混凝土工作性的影响因素高性能混凝土必须要求原材料颗粒级配良好、配合比合理加水量适中，使用一定量的高效减水剂，并保证凝结时间适当，坍落度损失小等，同时掺入适量的矿物掺合料以改善拌合物的流动性、粘聚性和可泵性。单位用水量 集料砂率掺合料 外加剂 结语高性能混凝土除了能满足工程力学的要求外，还必须具有优良的工作性能，以利于运输和浇筑，而且要求有良好的充填性，能够充填密布的钢筋间隙和模板的角隅，还要有很好的粘聚性，使各组分不分离、不泌水，并能粘裹钢筋和预埋件。配置具有良好工作性的混凝土，必须根据要求选择合适的配合比，集料具有良好的级配，选择优良的复合高效减水剂和矿物细集料。 客运专线耐久性混凝土施工技术探讨工程概况耐久性混凝土的特点使用的原材料为水泥、砂、石、外加剂;生产工艺过程在宏观上与普通混凝土一致;掺入大量活性混合材料(粉煤灰、磨细矿渣粉)和专用复合外加剂;养护要求高;对施工单位的管理水平要求高。耐久性混凝土既是以耐久性为基本要求,在采用常规材料和工艺制造的水泥混凝土中掺入一定量的矿物掺和料和专用复合外加剂,取用较低的水胶比和较少的水泥用量,并在施工时采取严格的质量控制措施制备的满足力学性能要求并具有较高的耐久性能和良好的工作性能的混凝土。 高性能混凝土的质量控制原材料选择水泥细骨料的主要品质指标粗骨料耐久性原材料配合比设计一般地区,对不同部位混凝土的耐久性有不同要求:基础、承台、墩台、涵洞、支承垫石、梁面纤维混凝土等重点是考虑其抗碳化、抗氯离子渗透性能、体积稳定性能、抗渗性能、耐腐蚀性能、抗碱—骨料反应性和抗裂性能;预应力梁除上述要求外,还考虑了徐变性能和抗压疲劳性能。为确保混凝土的耐久性能,对工程所在地区进行了原材料调查,并对质量进行了比选,选用了质量稳定并有利于改善混凝土耐久性的要求的各种原材料。混凝土配合比设计要求在混凝土浇筑前至少90d完成。当混凝土的原材料有改变时,须重新设计配合比。 高性能混凝土施工控制原材料控制拌合过程控制运输及泵送过程控制浇筑过程控制振捣过程控制 裂纹控制配制高性能混凝土,选择合理浇筑工艺控制温差裂纹,加强混凝土养护控制入模温度,实施测温方案加强养护控制如：在路桥施工中，高性能混凝土的养护要注意哪些细节？ 在路桥施工中，高性能混凝土的养护要注意细节高性能混凝土的养护要把握三个环节。即：保证湿度、调控温度、控制养护期限。1．养护要及时。在混凝土浇筑过程中，为减少混凝土表面曝晒时间，防止混凝土表面水分蒸发，可用塑料薄膜等不吸水的材料，一边浇筑、一边覆盖，待初凝抹面收浆后，再正式进入养护工序；2．如采用人工洒水、或自动喷淋、自动喷雾保湿养护，混凝土表面可用土工布、麻袋、棉毡等吸水材料覆盖（包裹）严实，不露边露角、不透风，洒水喷淋的间隔时间要短，喷雾要不间断进行。覆盖物内外自始自终要保持水分，防止干湿循环。一般来说养护水温不宜低于15℃，且养护水温与混凝土的表面温度相差不宜高于15℃，以防混凝土表面裂纹。3．如采用养护剂保湿养护，养护剂应符合水泥混凝土养护剂标准（JC901-2002附录F）。在使用以前，要结合工程实际，进行喷涂试验，检测养护剂的成膜时间、成膜厚度、涂膜与混凝土的粘结力及涂膜保水性等项目。混凝土表面收浆抹面后（或脱模后），要立即在潮湿的混凝土表面上，按照产品说明书的使用方法进行喷涂。一般竖、横方向各喷涂一遍，不得漏喷漏涂，在养护期限内，自始自终要保持涂膜的完整无损。如发现涂膜有开裂起皮现象，要立即补喷补涂； 4．如采用混凝土表面包裹塑料薄膜保湿养护，塑料薄膜应具有一定的抗裂、抗拉强度，与柔韧性。混凝土脱模后，应先在混凝土表面洒水湿润，立即包裹严实，塑料薄膜要紧贴混凝土表面，不漏缝、不透风。在养护期限内，混凝土表面自始自终要出现水珠水印。为使混凝土表面保持湿润状态，可向塑料薄膜内喷淋洒水，要经常检查薄膜的完整性。如发现有塑膜开脱破裂等现象，要及时修补完整；5．在有条件的结构部位（如承台），可采用蓄水养护，散热保湿及降低大体积混凝土内外温差的效果更佳。6．在养护期间，要密切注意大气与混凝土表面的温度变化。当气温低于＋5℃时，应覆盖保温，不可洒水养护。当气温骤然变化时，要采取保温和降温等措施。使混凝土的表面温度与大气温度之差不得超过20℃。大体积混凝土施工时，要制定周密的温控方案，作好温控测试。保证混凝土的内外温差控制在设计要求范围之内；7．根据不同的气象、气温条件与不同的结构特征，高性能混凝土的养护期限一般应控制在14～28天之内。在此养护期间内，要采用保温（冬季）隔热（夏季）的养护措施。保证混凝土的养护湿度满足要求，使混凝土的水化顺利进行。8．高性能混凝土的养护要有专人负责，建立专责制。在养护期限内，要及时巡视检查，发现问题，及时解决。注意细节，作好记录，全面落实养护措施。 高性能混凝土控制要点 高性能混凝土的特点高性能混凝土是一种新型的高技术混凝土，是在大幅度提高普通混凝土的基础上采用现代混凝土技术制作的混凝土，是以耐久性作为设计的主要指标。针对不同用途的要求，对下列性能有重点的加以保证：耐久性、施工性、适用性、强度、体积稳定性和经济性。——吴中伟 高性能混凝土的特点共性：高性能混凝土本质上与普通混凝土没有很大差别使用的原材料仍然为水泥、砂、石、外加剂生产工艺过程在宏观上与普通混凝土一致不同点：掺加大量活性混合材，养护要求高对施工单位的管理水平要求高许多对普通混凝土不敏感的因素变得敏感了 高性能混凝土的特点因此，高性能混凝土的特点主要表现在以下特点：1、施工性：新拌状态有良好的工作性，即高流动性而不离析、不泌水，以便成型均匀、易于浇注、捣实2、耐久性电通量、抗冻性、抗渗性、耐蚀系数、抗碱骨料反应5、低温升：可有效消除温度效应造成的初始裂纹3、强度4、经济性 高性能混凝土的配制要点选用优质的原材料掺加优质外加剂掺加矿物掺合料－－粉煤灰、矿粉低水胶比（<0.45）限制胶凝材料总量和水泥用量 高性能混凝土的重要要求钢筋混凝土中由水泥、矿物掺合料、骨料、外加剂和拌合用水等引入的氯离子总量不得超过胶凝材料总量的0.10%,预应力混凝土的氯离子总含量不应超过胶凝材料总量的0.06%。混凝土中的最大碱含量不得大于3.0kg/m3。当骨料的碱－硅酸盐反应砂浆棒膨胀率在0.2～0.3％时，除满足上述要求外，还应在混凝土中掺加具有明显抑制效能的矿物掺合料和复合外加剂，并应进行抑制效能试验证明抑制有效。 原材料的选择水泥：应选用低C3A含量、低Cl-含量的水泥，避免选用早强和高碱水泥，水泥的碱含量应控制在≤0.80%。必须是稳定的产品。矿物掺合料：粉煤灰和矿渣是我们目前使用最多的掺合料，在选用时，应注意与混凝土其它材料的相容性。粉煤灰一般应选用Ⅰ级粉煤灰，矿渣优先选用S95以上的。烧失量和细度、比表面积是施工中重点加以控制的。 原材料的选择外加剂：是高性能混凝土的重要组成部分，应具有减水率高、坍落度损失小、适量引气、能明显提高混凝土耐久性且质量稳定的产品。外加剂应与水泥有良好的相容性。骨料：在施工生产中，其骨料的形状、砂石间的掺合比例（砂率与多级配碎石的组成）所反映的紧密空隙率和吸水率、含泥量、泥块含量等是控制的重点。我们希望在以后的规范修订中能将砂石的级配曲线作一个混合曲线进行控制。 配合比的设计高性能配合比的设计目前来说，还没有一个统一的经验计算方法（水胶比的确定），采用体积法相对比假设容重法有更好的适用性。由于耐久性的要求，其胶凝材料的用量与水胶比都有对应的要求,且水胶比都较小，同时组成混凝土的各组分增多，需要大量的试验才能确定一最佳的配合比。对于外加剂来说，不同材料的组成，外加剂的各组分也应有相应的改变，可以说，在配合比设计中，是通过外加剂的调整来达到工作性要求的。 高性能混凝土的生产均采用了集中拌合的方式进行，对拌合站的建设按商砼站的要求进行验收，各种原材料的计量误差得到有效控制，保证了高性能砼生产的匀质性。原材料进场的严格控制。制定了严格的原材料进场检验程序，层层把关，落实到人，保证合格的原材料用于工程。混凝土生产的控制。施工配料单的下发、混凝土的流转、出厂混凝土的质量检验，都制定严格的可执行的程序进行控制。特别是对混凝土的温度控制措施有严格的要求。 高性能混凝土的养护对高性能的混凝土的养护提出了更高的要求。夏季施工的混凝土结构物早期养生采用补水养生，即表面包裹，再用塑料薄膜包裹封闭。养生期内，需对蓄水物质定时注水,养生时间最少不得少于7天。在有条件时应尽可能延长。低温条件下施工的混凝土结构保温保湿养生时间不少于28天。在任意养生期间内，淋注于混凝土表面的养护水温度低于混凝土表面温度时，二者间温差不得大于15℃。 高性能混凝土配合比调整在施工中，由于原材料的波动，从而引起理论配合比达不到最佳的施工性能时，应对理论配合比进行有限的调整。调整时保证胶凝材料不变的原则：水胶比最大的原则：配比设计时按能达到耐久性和强度等要求时的最低极限进行设计，因此，在施工时，只能将水胶比向低的方向调整，严禁增加用水量。骨料定量的原则：将混凝土中的砂石料作为一个整体看待。当混凝土产生不良现象时，可以通过调整多组配的碎石组成、砂率的变化进行调整。外加剂限量调整的原则： 耐久性控制对高性能的耐久性控制贯穿整个施工过程，从原材料的进行检验、施工过程的质量控制和施工后的检验三个部分。在施工中，严格控制拌合物的拌合性能，应及时检测混凝土的含气量、坍落度、扩展度、温度及泌水率；并按要求制作相应的检测试件，从而对混凝土的耐久性和强度进行判断。对混凝土的耐久性检测主要有：电通量、抗冻性、抗渗性、耐腐蚀性、抗碱骨料反应等。