现代建材及城市建设与健康和生态环境保护

中国新型涂料网讯：       
        前 言：

        自从人类祖先学会使用工具、学会用火，人类有了很多新发明，并将这些发明进行工业化、商业化，广泛用于现代社会生活各个领域，这些发明给我们带来了生活、工作、学习上便利、舒适与享受的同时，也造成了越来越突出的政治、经济、社会、民生、环保、健康等矛盾，甚至让我们深受其危害（如火药技术、核能技术、纳米技术、电子、化学工业、食品添加剂、交通工具等）。

        随着工业化、城市化快速发展，能源消费需求不断增长，全世界广泛性的资源贫乏、能源短缺、环境污染、人类健康问题会越来越严重。在生态环境方面，由工业化、城市化引发的生态环境污染越来越严重，自然不平衡、自然灾害频频发生，生活垃圾越来越多，污染物排放量不断增加，横流的污水污染了江、海、河流和地下水，建筑室内和建筑外墙装饰大量使用非生态、甚至是具有灾害性的材料化学建材，产生大量的建筑垃圾，致使人居环境和城市生态环境状况不断恶化，我们的健康生活和生存问题已受到严重威胁。

        大自然气候的冷热变化，如风、雷电、雨、霜、雪、阳光、白昼、黑夜、春夏、秋、冬等，均属于自然现象，是按一定规律在不断地循环，一切动植物的生命及生命周期都是依赖于自然规律的循环而存在，源于自然，再回归自然，自然是无情的，人类无法抗拒。

        植物与动物对自然环境能够感知、领悟、适应（大象、大雁、蚂蚁、一草一木）；人类也不会例外，人在气候寒冷时穿上厚重的棉衣、活动少，休养生息，强壮身体，春暖以后，人就有精神气，不容易生病；夏天劳累多活动、锻炼身体、天热冒汗，可以排毒、除脂、通络、祛病，使肢体更强健。

        我们生活在温室里，冬天室内有暖气不会受冻，食物转化热能难以消耗，形成脂肪堆积，身体异常肥胖，出现高血压、高血脂、高血糖等“富贵病”；夏天室内有大功率空调，贪凉不出汗，不能排毒祛病，闹空调病，腰、肩、背、腿，筋骨疼痛，一副病弱的身躯，没有精神气。

        中华民族文明史表明，人的身体是离不开锻炼的（冬炼三九，夏炼三伏），人的健康生活是离不开自然环境的，大自然孕育人类，今天人类拥有的一切都源于大自然的恩赐，只有生态自然环境是有益于人的健康的，任何人工环境、人居环境都无法与自然环境相比，因此，我们理应更加珍惜自然、热爱自然和保护自然、才会有真正健康与和谐的生活。

水源、空气、食物、生活方式等已成为人类健康杀手。

        中国的城市化、城镇化发展速度惊人，目前全球超过50万人口的城市中，有四分之一在中国，这除了中国人口大国因素外，与国家经济社会发展方式有关，这是典型的经济、人口、社会、民生、环保难题，主要是人口过于集中，造成城市拥堵、农村土地闲置、城市供给紧张、就业困难、污染加剧、生态环境不断恶化。

        城市与市政建筑中大量使用化学建材，如石油沥青路面、化学防水材料、化学合成装饰材料、有机化学保温材料、瓷砖、玻璃幕墙、彩钢瓦等，这些材料封闭性强、不吸湿、不透气，不具有吸收雨水和释放水气的功能，造成宝贵的雨水瞬间从地下管道流走，地下水得不到有效补充，资源宝贵的雨水资源无法自然充分利用，城市空气如异常干燥，空气难以净化，出现了大量的浮尘和可吸入性颗粒物，城市空气环境质量很差。

        化学建材性能差、不耐老化、有效使用寿命短、难以循环利用，且不容易被水解、自然降解，无论堆积、焚烧、深埋、再生利用等，都将对于土壤、水源、空气造成污染，严重影响城市生态系统和整个世界。

        在建筑设计、选址上，要避免在低洼、易积水地段建筑，建筑物及市政工程的排水设施、排涝设施、防火设施、救生通道，既要处理好建筑防渗漏水问题，又要确保建筑的生态系统。

        在选材上要力求利用材料的自然特性，熟悉材料与材料之间的关系、材料与工艺及系统的关系，材料及系统对人居环境及城市环境的影响，以及可持续利用问题，尽量减轻环境负荷。

        我们可以从北京故宫、福建土楼、山西乔家大院、河北赵洲桥、武汉长江大桥、南京长江大桥等古代遗留下来的建筑和近代建筑，历经数十年、数百年至今保存完好，充分展现了我国古代建筑及建筑防水技术的智慧与成就。而现代建筑，使用了很多科技含量很高的新型建材，其建筑物的使用寿命只有25~30年，这值得我们反思。

        2. 保温材料及系统
        全国90 %以上的建筑外墙外保温工程不能与建筑同寿命、存在安全与质量隐患和环保问题。在能效方面，以开展最早的北京市2008年上半年的统计数据显示，建筑能源消耗需求不但没有降下来，反而增长了约47 %，这说明目前我们现行的节能政策、措施、办法，所产生的实效很差。

当前主要问题是以下几个方面：
        一是建筑能耗要占总能耗30 %以上，而墙体只占建筑能耗约39 %，门窗能耗却高达约61 %，我们耗费了大量的人力、物力去搞墙体保温，即使墙体保温做的再好，不解决门窗的保温隔热问题，是难以实现节能降耗的。
        二是全国统一的材料与系统标准、同样的做法不对，全国大量采用的EPS、XPS、SPU等发泡塑料作为墙体保温材料，这不符合国情，若干年后，会产生非常严重的大量 “白色污染”， 这些材料的防火性、安全性、环保性和稳定性都很差，因此，对EPS、XPS、SPU等发泡塑料板材作为保温材料在使用上应有严格的限制，并尽早淘汰。对玻化微珠、相变材料、自保温砌块砖、反射隔热涂料等的推广应用应持谨慎态度，防止产生新的问题。特别是进行全国大面积强制性推广工作，必须慎之又慎！

        墙体保温层，墙体各方位、各部位，要视气候环境不同，采用合适的保温材料和相应的厚度；保温隔热措施，可以借鉴北京“平改坡”、屋顶绿化等，既可以解决保温问题，还可以解决防水问题。

        门窗的保温隔热问题，主要考虑材质和设计，特别是门窗，要有较好的隔热保温性能，又要有利于更大效率地利用自然能源。

        城市中有很多的空间可以利用起来，如可以开发具有冬暖夏凉的地下室、防空设施，作为群众纳凉、文化、娱乐活动场所。

        对陈旧的供暖设施进行技术改良，更换节能灯具，节能灶具，有条件的地方，强制性安装太阳能、风能设备等。

        三是节能降耗的理念问题。
        究竟是人在耗能？还是建筑在耗能，是人体保温、还是建筑保温？建筑保温，我们要把整个房间、整座建筑加温或致冷到18~26 ℃，而人体保温，只需增减衣物。所有应该提倡人体保温，既节能、又环保、还健康！

        由于温室效应，将来能源枯竭、环境气候温度达到达45 ℃、50 ℃、我们别无选择时，我们能否去面对、去适应呢？

        屋顶防水问题——人字形的坡屋顶比预制式混凝土楼板平面屋顶防水性更好。

        人字形的坡屋顶可使水向下流向通畅,不易造成积水、渗漏或水倒流现象。它至少有五大好处：一是取材经济简便，可以根据不同需求，采用水泥瓦、陶瓦、琉璃瓦、玻璃钢瓦，彩瓦等；二是保温隔热效果好，调湿、透气、节能环保；三是不用任何化学防水材料，省工、省时、省钱；四是透气调湿，居住舒适健康，五是防水功能与建筑同寿命，一劳永逸，很少或没有后期维修费。

        平面屋顶（预制式混凝土楼板、整体现浇屋顶）在工程实践中已经证实，其防水能力很差。主要是因为水泥混凝土材质热胀冷缩产生内应力导致结构变化问题，一旦产生变化，就会出现板缝、结构断裂缝，而用于平面屋顶现有的防水涂料、防水卷材、化学灌浆料等，很难彻底解决板缝、结构断裂问题，因为板缝、结构断裂一旦产生，它会受温度、湿度的变化而不断收缩、膨胀变化，任何化学防水材料、灌浆材料想要彻底修复、改变它，几乎会徒劳无功。这也是很多建筑防水材料与工程技术误区之一。

        自然界可用于防水的材料有很多，几乎自然界中所有的物质，都可以用来防水、堵水、堵漏、止水等，只要我们懂得材料基本知识，正确合理地利用和发挥材料的特性，就可以满足我们建筑物的防渗漏需求。毛细孔相通、能吸水、吸潮、透气的材料，如果使用得当，也是很好的防渗、漏水材料，其有些性能是我们化学防水材料是根本无法相比的，如茅草、陶瓦、水泥瓦、甚至是粘土、石灰、石膏、水泥、混合灰浆等。

        现代城市建筑设计、施工工艺、材料与技术应用、相关标准与验收规范不合理，建筑施工与防水施工脱节、工艺不严谨、工序紊乱、材料不匹配，系统性不强等，导致很多建筑的防水工程达不到应有要求，造成诸多建筑防水难以解决的问题，甚至出现一些新的问题，如水气循环障碍、墙体结露、滋生霉菌等。

        4. 防火材料及系统

自央视新楼大火、上海、沈阳等几场特大火灾，建筑的防火灾问题已引起政府高层和社会关注。所有建筑材料及建筑的防火问题被摆在了重要位置。这不仅仅是保温材料的防火问题，还有装饰材料、家具、电器的防火等。一方面对材料及系统要有严格的防火要求，另一方面要严格的使用限制，还要有严格的管理法规。

        5. 装饰材料及系统

        随着人们的健康意识、环保意识的不断增强，对装饰材料的环保、健康要求会越来越高。绿色环保装饰材料的需求量在不断攀升。人们会谨慎使用化学油漆、乳胶漆、壁纸、釉面地砖、木地板、化学防水材料、化学密封胶等，会更多地偏爱原生态天然材料、低碳材料、任何人工合成材料的性能和价值，都无法与天然材料相比（例：一把土的价值几亿年、一部电脑顶多十年价值）。

        在人居环境、生态环境与健康生活的关系看，人们会更重视人居环境与周边自然环境品质，不再单纯追求房屋豪华气派、装修精美、社区人气等。因为任何人工环境都无法与自然环境相比（例：森林中一棵大树与实木家具）。

        自然界中有很丰富的物质条件，甚至是一些量大的废弃、废旧材料，为建材的科研生产提供了宝贵的资源的，比如粘土、活性矿物材料、农作物秸秆、植物粘液、彩色矿石、动物血浆，包括火山灰，我们生产的水泥、石膏、石灰、粉煤灰、尾矿、尾砂、工业废水、工业废料、污泥、生活垃圾、建筑垃圾等。

        可以充分发挥材料的特性，取长补短、优势互补，不用化学胶、不用煅烧、不用锅炉、不用水。可生产很多优质低碳产品，经磨细后，还可生产高性能材料、胶凝材料。

        粘土与矿物涂料与常规化学油漆、外墙乳胶涂料的技术路线不同。化学油漆、外墙乳胶是以化学乳液、助剂、化学色浆、填充料（填充料不参与反应）形成膜状涂层；而粘土与矿物涂料的材性则完全不同，它使用全部材料用物理方法、化学激化方法（主要是激发活性物质），让所有材料参与反应，生成新的凝胶物，其主要创新有以下几点：

        1. 材性：不用水泥、不使用乳胶、化学合成色浆、化学助剂，以粘土、活性矿物材料和价格低廉的工业废料为主要原材料，符合优质、生态、健康、环保的要求，其定位就是低碳或者说是无碳产品。
        2. 技术：是采用生态功能树脂型可分散胶粉与矿物材料通过化学激发反应，生成网状型胶凝性硬膜(也就是我们常说的“凝胶反应原理”)，采用封闭式粉磨进行机械力改性和表面包覆改性，使其细度比表面积达到≥ 500 m²/kg，本涂料兼有有机材料、陶瓷、水泥和玻璃的特性，但又不同于这些材料。改变了常规涂料不与填料起化学反应的做法。

        3. 性 能：

        （1）本涂料具有高粘附性、抗老化、耐酸碱、耐洗刷、耐水耐潮湿性、墙体不结露、不长霉、防火不燃、防渗漏、呼吸透气性、调湿能力、性价比均优于常规外墙乳胶涂料。

        （2）涂层表面不反光、涂料的遮盖能力强，对墙基层平整度、光滑度要求不高，用普通砂浆抹平墙面、表硬后，可直接涂饰，一遍成活，省工、省时、省钱。

        粘土与矿物涂料主要性能指标：

测试项目	实测技术指标
耐洗刷	≥ 20000次
耐酸碱浸泡	≥ 4300次
耐温变	≥ 10次
耐人工老化	≥ 800小时
粘结强度	1.14 MPa
表干时间	1 h
热贮存稳定性	30 d
低温贮存稳定性	3次
每平米用量	约0.25~0.3 kg

        北京环益美高分子聚合物研究所采用多种天然高分子材料，经过洗涤，在一定温度条件下接枝共聚，再进行干燥、粉末化的一种多功能树脂型系列可分散胶粉（23种产品），该系列胶粉能在0 ℃~40 ℃温度环境中成膜，其膜为网状结构，离子型、带正电荷，性能十分稳定，应用范围也很广泛，可以单独使用，也可与合成树脂乳液、乳胶粉、聚乙烯醇、HPMC、CMC等共聚、产生胶联反应，生成新的凝胶物质。

        该系列胶粉水泥、石膏、氢氧化钙、重碳酸钙、粘土、粉煤灰、废钢渣等发生胶联化学反应，可以充分激活矿物材料中的一些活性物质和高分子材料中的一些极性基团，产生新的凝胶物质，这种新的凝胶体具有机材料、水泥、陶瓷、玻璃等的一些特性（参考文献《新型功能树脂型可分散胶粉的作用机理与适用范围》。
        2. 无机胶凝材料

        选用活性矿物材料，用物理化学方法进行改性，产生比水泥性能更好、应用范围更广泛的无机胶凝材料。这种新型凝胶材料的用途如下：

        （1）墙面、路面修补。

        （2）相变材料密封。

        （3）岩棉块、发泡混凝土成型块、酚醛泡沫板的表面强化处理。

        （4）膨胀珍珠岩颗粒表面增强、密封，取代闭孔珍珠岩、玻化微珠、膨胀珍珠岩保温砖。

        （5）其它方面如防火保温、防水材料。
        3. 可自调温相变材料

        材料遇冷、遇热会产生相变反应，反应过程可以吸收热能和放出热能，以前北方的冰窖、现在的冷饮就是例子。

        相变材料的吸热与放热是一个自然过程，它随环境温度的变化而变化，吸热反应是主动的，放热反应则是被动的，通过这种变化来自动调节温度。自然界中，所有物质都有不同程度的相变储能功能，我们所居住的地球、石油沥青路、建筑物本身也有这种相变储能功能，人体的机能中也有相变功能。

        相变材料除本身的功能特性外，气候环境是一个重要条件，也就是说相变材料的相变储能，是需要相应的环境温度场的作用，利用温度场不断频繁的变化才能发挥其作用，如果用于墙体的技术不成熟，就会像石油沥青路一样，产生“热岛”效应。

        以石腊为主的化学相变材料本身的毒理性、衰减性、以及对环境与健康的影响等，如果在全国大面积推广，势必产生新的资源与环保问题，建筑物四个方位的墙体受热温度是不一致的，因此，对于建筑墙体保温节能的相变材料，不会有多大意义，应该更谨慎对待，还需要我们做进一步研究。

        常用相变材料的相变温度与相变能

样品名称	相变温度/℃	相变能/（KJ/Kg）
水	0	333.6
石 蜡	12~24	200~300
十二醇	17~24	188
十八烷	22~27	205
硬脂酸丁酯	18~23	140
硬脂酸甲酯	23~27	188
棕榈酸丙酯	16~19	186
棕榈酸丁酯	17~21	138

        （1）HYM-21功能型树脂在JS聚合物水泥基防水涂料的应用

HYM-21功能型可分散树脂胶粉为低碳环保产品，是一种网络状大分子结构产品，能与丙烯酸乳液在常温条件下产生胶联共聚反应，不用加温。

        JS聚合物水泥基防水涂料技术性能

测试项目	标准值	测试结果
固含量/%	≥ 70	74.2~77.9
拉伸强/mpa	≥ 1.2~1.8	1.55~2.0
断裂延伸率/%	≥ 30~200	136~320.75
低温柔性（半径10 mm棒）		-15 ℃无裂痕
不透水性（0.3 mpa，30 min）		不透水

        HYM-21功能型可分散树脂胶粉中的极性基团与丙烯乳液中的极性基团共聚反应后成膜，集物理、化学方法于一体，增粘增稠，其成膜性好，膜性柔韧，耐水性好，且有较高强度。粘附能力强。在玻璃板上进行涂膜对比实验，其粘附力及粘结强度要明显优于丙烯酸乳液，提高涂料的抗冻、防腐、防霉、抗菌能力，大幅度降低JS防水涂料成本。

        （2）水泥基渗透结晶型防水材料

水泥基渗透结晶型防水材料的特性是，与水作用后，材料中含有的活性化学物质（包含有加快结晶形成的催化剂和减小表面张力、增加渗透能力的表面活性剂），通过水为载体向混凝土内部渗透，并在混凝土中形成不溶于水的结晶体，填塞混凝土中的毛细孔道及微裂缝，从而使混凝土致密、防水。该产品的渗透能力强,即使磨掉和破坏表层防水层界面,其基底仍具有良好的二次抗渗性，

        在水泥基渗透结晶型防水材料的研究上，使用我所独家研制生产的专用网状性功能型树脂、活性矿物材料等与水泥凝胶反应，网状性功能型树脂可以保持水泥砂浆毛细孔通畅，一方面有利于活性矿物材料中的晶体在砂浆毛细孔中分布、当水分子进入砂浆毛细孔时会很快产生结晶体，堵塞或封闭砂浆毛细孔，修复微裂缝，达到防止渗漏水的功效；另一方面可以保持砂浆毛细孔的调湿透气能力、自动平衡砂浆中的水气含量，控制与降低砂浆的干缩性、提高砂浆的稳定性、增加砂浆的后期强度等。在干燥无水时，毛细孔张开能透气，可以防止墙体基层结露。这些，也是我们的产品及技术与国内外同类产品的区别。

        水泥基渗透结晶型防水砂浆技术性能

检验项目		标准值	实测值
含水量/%			0.7
氯离子含量/%			未检出
细度/%			16.0
安定性		合 格	合 格
初凝时间/min		≥ 20	347
终凝时间/h		≤ 24	6.8
抗折强度（7d）/Mpa		≥ 2.80	4.50
抗压强度（28d）/Mpa		≥ 18.0	29.5
湿基面粘结强度/Mpa		≥1.0	1.6
抗渗压力（28d）/Mpa		≥ 1.2	1.4
二次抗渗压力（56d）/MPa		≥ 0.8	1.2
渗透压力比（28d）/%		≥ 300	350
碱含量/%	Na2O		0.39
	K2O		0.42
	总碱量（Na2O+0.658K2O）		0.67

        4. 空气净化材料

        由于大气环境被污染、水源酸化、膳食不合理等因素，导致人体酸碱不平衡，所以，碱性环境、碱性材料对健康和环境都是有益的。

        以硅澡泥、电气石、沸石、粘土与活性矿物材料研制的空气净化材料，主要特征是能呼吸透气，能吸湿放湿、调节空气湿度、减少尘埃，能吸附空气中的一定有害成分（如游离甲醛、VOC、二氧化碳、甚至是空气中的尘埃），来提高人居环境与城市自然环境的舒适度，有利于人们的健康生活。

        从生态环境意义上，这些材料的功能和性能是极其有限的，其性能发挥仍离不开良好的自然环境，人工环境基本上属惰性环境，只有大自然环境才是生态的，有不少人企图超越自然，对人工环境进行生存试验，目前为止，没有人能够试验成功。

目前，一些企业对空气净化材料过分炒作，言过其实，误导消耗，甚至将空气净化材料变成暴利工具，每公斤卖好几十元，每平米装修开价200多元。其实，这是我们老祖宗早就做到的事情。

        5. HYM-20树脂与苯丙乳液胶联共聚技术

        用HYM-20功能型可分散树脂胶粉与苯丙乳液在常温条件下进行自胶联共聚反应,制成一种合成树脂，可以节省涂料使用乳液及助剂成本约40 %以上，减少涂料中50 %以上的VOC含量。提高乳胶漆的粘附力，增加涂料的抗老化及稳定性等。

        新型合成树脂用途：优质内墙乳胶漆；功能性涂料；优质水性木器漆；优质界面处理剂；纸制品粘合；木制品粘合；防水涂料等。

        HYM-20功能型可分散树脂胶粉技术性能：

检验项目	标准值	实测值
粘结强度/Mpa	≥ 0.5	0.6
低温稳定性	室温下恢复到流动状态	室温下恢复到流动状态
外 观		白色粉末
粘度/Pa·s		22

        HYM-20与苯丙乳液合成树脂技术性能

检验项目	指标要求	检验结果
容器中状态	乳白色均匀流体，无杂质，无沉淀，不分层	乳白色均匀流体，无杂质，无沉淀，不分层
不挥发物的质量分数/%	≥ 45	50
黏度（23 ℃±2 ℃）/mpa.s		6000
最低成膜温度/℃		1.7
冻融稳定性（3次）	无异常	无异常
贮存稳定性	无硬块，无絮凝，无明显分层和结皮	无硬块，无絮凝，无明显分层和结皮
稀释稳定性	上层清液≥ 5% 下层沉淀≥ 5%	上层清液≥ 4 % 下层沉淀≥ 5 %
机械稳定性	不破乳，无明显絮凝物	不破乳，无明显絮凝物
钙离子稳定性（0.5 %CaCl2)	48h无分层，无沉淀，无絮凝	48h无分层，无沉淀，无絮凝
挥发性有机化合物/（g/L）	≤ 30	15

        低碳建筑、低能耗建筑、更多地关注环保与健康是今后建筑的发展方向，优质、低碳、节能、安全、健康、环保是建材业必然选择的发展道路，改进现有材料性能、提高材料的效能与应用水平，用好材料，是我们研究开发的重点工作。

   现代建材及城市建设与健康和生态环境保护.ppt