我国绿色建材市场发展现状及应用趋势
发布时间: 2016-06-12 16:36 查看: 2058次
1、绿色建材概念的历史沿革
相当一段时间内我国建材工业面对产能严重过剩、市场需求不旺、下行压力加大的严峻形势，如何尽快有效的改变这一不利局面早已是当务之急。在建材行业推广绿色建材成为社会普遍认同的良方之一。
1988年在“第一届国际材料研究会”上首次提出“绿色建材”的概念。第二次世界大战后，工业化国家经济的飞速发展造成臭氧层严重破坏，温室效应、酸雨、生态环境恶化等一系列全球环境问题日益突出。特别是两次石油危机，使人们逐步认识到保护人类生存环境的重要性，以及通过每一个人自身的参与，在经济可持续发展的条件下，保障人类生存空间的重要意义。绿色建材是指采用清洁生产技术，少用天然资源和能源，大量使用工业或城市固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，它是对人体、周边环境无害的健康、环保、安全（消防）型建筑材料，属“绿色产品”大概念中的一个分支，国际上也称之为生态建材（Eeological Building Materials）、健康建材（Healthy Building Materials）或环保建材（Recyclic Building Materials）。
1992年，国际学术界明确提出绿色材料的定义：“绿色材料是指在原材料获取、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，也称之为环境调和材料”。这个定义可以归纳为“四个环节、一个目的”，其中“环节”分别是“原材料获取”、“产品制造”、“使用”和“废弃循环”，这些环节基本涵盖了材料的全生命周期。“目的”简而言之就是“利于社会，利于人类”。
在我国绿色建材的概念最早在1999年召开的“首届全国绿色建材发展与应用研讨会”上提出的，即“绿色建材是指采用清洁生产技术，少用天然资源和能源，大量使用工业或城市固体废弃物生产的无毒害、无污染、无放射性，有利于环境保护和人体健康的建筑材料”。相比前述绿色材料关注全生命周期过程，这个绿色建材的概念侧重于从建材产品自身的属性。
随着研究应用的不断深入，绿色建材的内涵不断演变、丰富。随着我国建设工程规模的持续扩大，资源能源压力巨大，行业内节能减排的任务越来越重，相关各方面逐渐聚焦绿色建材的研发、生产与应用。高性能混凝土、高强钢筋、新型墙体材料等一系列代表性绿色建材产品不断发展，成功实现工程应用、推广。2013年初，国家发展和改革委员会、住房城乡建设部共同发布的《绿色建筑行动方案》中将大力发展绿色建材作为我国发展绿色建筑的十项任务之一。至2014年初，住房城乡建设部、工业和信息化部联合印发《绿色建材评价标识管理办法》，正式明确了绿色建材的定义：在全生命周期内可减少对天然资源消耗和减轻对生态环境影响，具有“节能、减排、安全、便利和可循环”特征的建材产品。由此，在我国“绿色建材”第一次有了明确了官方定义。同时，这也为我国开展绿色建材推广应用工作奠定了必要的基础前提。
2、绿色建材在我国研究应用情况
我国在上世纪90年代初开始着手绿色建材相关工作。在科研方面，国家、地方围绕绿色建筑这一主题开展实施了一系列的重点科研项目，取得了可喜的科研成果。典型的相关科研项目包括：国家“十五”科技攻关计划课题 “绿色建材技术及分析评价方法的研究”，国家“十一五”科技支撑计划项目“绿色建材产品标准、评价与认证技术与体系研究”，“十一五”科技支撑计划项目“建筑材料绿色制造共性技术研究”，“十二五”国家科技支撑计划项目“节能绿色建筑材料开发与集成应用示范”、“典型建材产品绿色生产工艺技术与应用示范”和“节能建材成套应用技术研究与示范”等。同时，还针对水泥、混凝土、玻璃等传统大宗建材产品的绿色升级进行一系列的专项研究，包括： “十二五”科技支撑计划项目“水泥窑炉粉尘及氮氧化物减排关键材料及技术开发”，“十一五”国家科技支撑计划重点项目“高强钢筋和高强高性能混凝土应用关键技术研究”，“十二五”科技支撑计划项目“典型高性能特种玻璃关键技术研发与示范” 等。丰硕的科研成果有利引导、支撑了我国绿色建材产业的发展进步。一系列传统建材产品被赋予新的产品内涵，实现了产品的绿色化。
2.1 生态水泥
生态水泥（Ecological Cement），又称绿色水泥（Green Cement）、健康水泥（Healthy Cement） 和环保水泥（Recyclic Cement），是指以城市垃圾焚烧灰和下水道污泥等废弃物为主要原料，再添加其他辅助材料，经过煅烧、粉磨形成的新型水硬性胶凝材料。与以石灰石为主要原料生产出的传统水泥相比较，生态水泥的生产可以节约石灰石和粘土等天然原料，同时更有效且合理的处理了污染环境的城市垃圾和工业废弃物（500kg 的废弃物约可生产1t的生态水泥），而生产过程中废气和粉尘排放更少。另外，生态水泥产品还可再生循环利用，达到与环境共生的目标，符合可持续发展的方向。
普通硅酸盐水泥的生产需要高品位的石灰石经过高温煅烧才可制成，这一过程还排放与水泥熟料相同重量的CO2、SO2和NOX等有害气体。采用新工艺新技术生产的生态水泥（C2S 大于60%） 烧制温度相比传统水泥产品可下降200℃，预计每年节省近千万吨标准煤，每年可利用工业废渣约1 亿吨左右，CO2的总排放量至少会减少25%。新型生态水泥具有良好的强度、高耐久性和抗化学侵蚀，适用的范围更广，经济和社会效益显著。
2.2 高性能混凝土
我国正处于工业化和城镇化快速发展的时期，各种建筑和基础设施建设工程量巨大。现代混凝土结构也向着高层、大跨、超深、特种结构等方向发展。国内许多标志性建筑物都采用了高性能混凝土，如上海环球金融中心、广州国际金融中心、天津117大厦等。同时，市政工程建筑对混凝土性能提出了更高的要求，如须具有更大的承载力以及能够抵御严寒、炎热、雨雪等较严酷的使用环境。高性能混凝土以其优越的性能广泛应用于道路桥梁等公共设施，已在市政工程领域获得了业界的广泛关注。此外，高性能混凝土也在其它建设行业实现了相当规模的成功应用，其中典型应用工程实例包括三峡工程、青藏铁路、南水北调工程、田湾核电站等。
在已经发布的行业标准《高性能混凝土评价标准》（JGJ/T 385-2015）中首次提出了高性能混凝土的标准定义，即“以建设工程设计、施工和使用对混凝土性能特定要求为总体目标，选用优质常规原材料，合理掺加外加剂和矿物掺合料，采用较低水胶比并优化配合比，通过预拌和绿色生产方式以及严格的施工措施，制成具有优异的拌合物性能、力学性能、耐久性能和长期性能的混凝土。”从中不难看出，高性能混凝土是从原材料，到制备，最后再到施工应用，整个全过程都体现绿色化的新型建材。今后，高性能混凝土将作为传统混凝土朝着绿色建材方向发展形成的必然产物，在更广阔的行业范围内获得应用，特别是对于工程质量、应用环境和使用性能有更高、更具体要求的建设工程。
2.2.1海洋工程
中国有18000公里海岸线，沿海城市一直是中国改革开放的重点和经济最发达地区。在《“十二五”海洋科学技术发展规划》中明确支持地区沿海经济发展，这为高耐久性的海工混凝土材料和结构的规模化应用提供了契机。
在海洋工程中，高性能混凝土用于大跨桥梁的建造，有利于延长桥梁的使用年限和获得更好的经济效益。在海港工程中，采用高性能混凝土建造码头、防波堤、护岸、海上钻井平台等，对保证结构安全性和耐久性可发挥重要作用。为了我国海港工程建设发展需要，交通运输部组织制定了《海港工程高性能混凝土质量控制标准》（JTS 257-2-2012），为进一步在海洋工程中推广高性能混凝土应用提供了必要的技术支撑；
2.2.2交通工程
预计到2020年，我国要投入20000亿人民币用于铁路建设，其中建设12000公里的高铁客运专线，为了满足高铁工程对混凝土耐久性的特殊要求，将大量适用高性能混凝土。同时，我国道路桥涵工程的耐久性也格外受到重视，高性能混凝土非常适合这类工程采用。这些实际需求为高性能混凝土在交通行业领域的进一步应用创造了有利条件；
2.2.3水电工程
国家政府大力发展可再生能源，水电工程建设持续保持高速发展，继三峡大坝之后，类似规模的水电工程都在相继规划、设计或已开工建设。水工混凝土的耐久性和安全性长期以来一直受到高度重视，高性能混凝土有良好的应用基础；
2.2.4核电工程
由于核电工程自身的特殊性，对混凝土结构设施的安全性具有更加具体、更加严苛的要求，高性能混凝土因其自身优异的性能在核电工程中也有应用需求，如用于屏蔽结构的防辐射重混凝土以及用于对安全性和耐久性要求高的安全壳等重要结构。
2.3 节能玻璃
当前，节能已经成为建材产品首要考虑的要素之一，玻璃作为大宗建材产品之一，如何减少透过玻璃的能量损失已经成为玻璃产品升级换代的关键。据统计，在建筑中门窗玻璃的能耗约占建筑总能耗的35%左右，因此节能玻璃的应用在建筑节能中具有重要意义。节能玻璃区别于传统玻璃最突出的特点在于，更加优异的保温性和隔热性。门窗用玻璃既要通风换气，又要采光透视，还要密封、保温隔热、节能，借鉴国外发达国家的先进经验，我国近年来研究开发出一批节能玻璃，并实现了成功的工程应用，其中主要产品形式包括中空玻璃、吸热玻璃、低辐射膜玻璃等。
2.3.1中空玻璃
由美国人于1865年发明，是一种良好的隔热、隔音、美观适用、并可降低建筑物自重的新型建筑材料，它是用两片（或三片）玻璃之间（称之为玻璃基片）进行有效支撑，四周采用胶接法进行密封保证始终充满干燥气体，使用高强度高气密性复合粘结剂，将玻璃片与内含干燥剂的铝合金框架粘结，制成的高效节能建筑玻璃，使其具有节能、隔热、防结露等三大基本功能的制品。中空玻璃主要用于需要采暖、空调、防止噪音或结露以及需要无直射阳光和特殊光的建筑物上。广泛应用于住宅、饭店、宾馆、办公楼、学校、医院、商店等需要室内空调的场合
2.3.2吸热玻璃
是指能吸收大量红外线辐射能而又保持良好的可见光透过率的玻璃。它是在普通钠钙玻璃中引入起着色作用的氧化物，使玻璃着色而具有较高的吸热性能。吸热玻璃与普通平板玻璃相比具有如下特点：一是吸收太阳辐射热；二是吸收太阳可见光；三是具有一定的透明度，能吸收一定的紫外线；四是具有一定的透明度，能清晰地观察室外景物；五是色泽经久不变。鉴于上述特点，吸热玻璃已广泛用于建筑物的门窗。
2.3.3低辐射玻璃
又称“Low-E 玻璃”，是通过在玻璃表面涂敷低辐射涂层使表面的辐射率低于普通玻璃从而减少热量的损失来达到降低采暖费用实现节能目的。Low-E玻璃又可以分为高透型Low-E玻璃，遮阳型Low-E玻璃和双银Low-E玻璃等。
高透型Low-E玻璃有较高的可见光透射率，采光自然，效果通透，适用于外观设计透明、通透、采光自然的建筑物，有效避免“光污染”危害，制作成中空玻璃使用节能效果更加优良。遮阳型Low-E玻璃适宜的可见光透过率，对室外的强光具有一定的遮蔽性。从节能效果看，遮阳型不低于高透型，其丰富的装饰性能起到一定的室外实现的遮蔽作用，适用于各类型建筑物；制作成中空玻璃节能效果更加明显。双银Low-E玻璃因其膜层中有双层银层面而得名，其属于Low-E玻璃膜系结构中较复杂的一种，是高级Low-E玻璃。它突出了玻璃对太阳热辐射的遮蔽效果，将玻璃的高透光性与太阳热辐射的低透过性巧妙地结合在一起。因此与普通Low-E玻璃比较，在可见光透射率相同的情况下具有更低太阳能透过率。不受地区限制，适合于不同气候特点的广大地区。
2.4 新型保温材料
从当前来看，我国的建筑保温材料及相应的标准历经了二三十年的发展，截至到现在已形成多样化、系列化、标准化的墙体保温材料体系，并且通过多样化的保温材料也演化出多样化保温体系，相应的标准规范也逐渐成熟，从材料到体系都融合体现了利废、高效、节能等典型的绿色化特征，为我国的建筑节能事业做出了重大的贡献。
我国墙体材料应用技术主要还是以外墙外保温系统为主，即由以下构造组成：粘结层、保温层、保护层、饰面层，其主要的结构构造如图2.1。
图2.1 典型的外墙外保温系统构造
2.4.1新型有机保温材料
有机保温板外保温系统主要包括膨胀聚苯板外保温系统、挤塑板外保温系统、酚醛板外保温系统、聚氨酯板外保温系统。其中，聚氨酯外保温系统作为新型保温材料系统优势明显，聚氨酯硬泡（简称PU）属于新型的保温材料，其导热系数不大于0.023W/m2K，保温性能优异，其材料属于热固性，近年来随着节能目标的提高， PU板材在墙体保温行业中的平均使用增长速度10%以上。我国PU墙体保温技术基本形成了以现场喷涂PU复合保温浆料技术系统、现场喷涂幕墙技术系统、现场浇注PU技术系统、PU板薄抹灰技术系统、保温装饰复合板技术系统为基础技术的PU墙体保温技术体系。具有涂料饰面、面砖饰面、仿幕墙饰面、幕墙饰面等多种饰面技术形式，全面适应房地产行业发展需求。这种增长势头仍将持续发展。该类材料行业发展主要以硬质聚氨酯板材为主，其他的喷涂、浇注等使用范围渐渐变小，已逐渐退出市场。
2.4.2新型无机保温材料
对于无机保温系统，我国正在使用的保温材料和系统包括：泡沫混凝土板保温系统、岩棉保温系统、玻化微珠保温浆料保温系统、泡沫玻璃板外保温系统等，针对无机保温材料，由于其本身的材料局限性，存在着一些天然的缺点，例如导热系数高、吸水率大、密度大、耐冻融性能差等，虽然存在以上缺点但在形成系统后有些区域也可以使用（要保证系统的整体性能符合标准规定的前提下），但近年来随着保温材料防火的重要性，一些诸如泡沫玻璃、发泡陶瓷等新型无机保温材料应运而生，并在国内部分地区试点生产应用，取得了可喜的成效。
2.4.3新型有机－无机复合材料
该类保温材料主要是胶粉聚苯颗粒保温系统，胶粉聚苯颗粒外保温系统在我国实行节能政策的初期，起到了很好的作用，它的优势包括材料适应性好、吸纳废弃物等，但随着节能技术的发展和节能目标的提高，该系统已经不能完全适应我国的节能要求，但由于其良好的性能在我国南方还有部分使用。
除此之外，随着建筑节能与防火开始并重，各种有机高效保温材料和无机保温材料的复合也开始发展，现在处于研究阶段的主要有：聚氨酯硬泡与玻化微珠的复合、聚氨酯硬泡与泡沫混凝土的复合等，这种材料充分利用有机保温材料的保温性能和防水性能，以及无机保温材料的防火特性和成本低廉的特点，这些复合材料已有部分试点生产应用。
3、绿色建材发展面临问题
应客观承认，我国绿色建材产业仍出于起步阶段，发展相对滞后。从宏观层面分析，制约我国绿色建材产业发展的主要问题包括：
3.1我国绿色建材市场整体发展较慢，绿色建材市场仍处在市场导入期，生产供货能力不足，地区发展不平衡
一方面，绿色建材产品品种、规格、功能还不能满足消费者需求，供使用者选择的余地较小。另一方面，绿色建材产品推广应用还未完全获得使用者的认同，同时出现了发达地区与欠发达地区在开发、应用上的差距。另外，绿色建材市场还未形成生产－销售－服务一条龙配套市场体系。
3.2绿色建材产品在整个建材市场中所占的比重很小
相关资料显示，我国的绿色建材产品占建材产品的比重不到5%，而欧美发达国家的建材产品达到“绿色”标准的已超过90%。就涂料生产来说，我国是拥有几千个生产厂家和数百万吨年产量的涂料大国，但因大部分企业属于技术薄弱、装备简陋、管理落后的小型企业，其中80%的产品仍然是性能差、消耗高、污染重、毒性大的聚乙烯醇及缩甲醛类涂料。这就决定了我国涂料工业与国际先进水平之间必然存在着很大差距。
3.3从事绿色建材产品生产的企业相对较少
虽然绿色建材市场潜在需求巨大，社会各方都积极呼唤建材工业要走绿色建材的发展道路，广大消费者也企盼着绿色建材产品能进入家庭，但事实上，真正投身到绿色建材产品生产中去的生产企业并不多。究其原因，一是企业自身把握市场机会和开发生产绿色建材产品的技术能力不强；二是企业筹资能力有限，难以在资本市场上筹集到企业开发生产绿色建材产品所需的必要资金；三是绿色建材给生产企业带来的吸引力和“诱惑力”不足。
3.4推广应用方面的问题较突出
最突出的矛盾在于缺乏具有公信力的、科学的绿色建材评价制度。以往建材产品绿色不绿色多是有生产方自行宣传，使用者很难鉴别其是否“绿色”，而市场上的“绿色建材产品”鱼目混珠，“假绿色建材”或“伪绿色建材”挫伤了用户对绿色建材产品的信心，导致绿色建材产业发展受阻。由此可见，建立一套科学可信的绿色建材评价制度体系，为生产、应用双方提供一条统一的准绳，已成为我国绿色建材推广应用的当务之急。
再者，因相关标准规范滞后，导致绿色建材发展与应用推广力度不够。科学地确立绿色建材标准体系有利于规范绿色建材发展、引领建材企业转型升级、引领行业进步。可以优先选取技术发展较为成熟、创新水平较高的建材产品和设备开展绿色建材标准化建设，随着研究的开展和市场的完善，逐步扩展到其他产品。
来源：九正建材
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