第四节 建筑材料

一、开发新型建筑材料

1．新型水泥的研制成果

（1）研制出塑性变形能力强的可弯曲水泥。

2007年5月，有关媒体报道，美国密歇根大学研制出一种特殊的水泥，它具有类似金属材料的拉伸强化性能，极限拉伸应变可达5%～6%，几乎相当于钢材的塑性变形能力。由于它是一种具有像金属一样可变形的混凝土材料，因此，被俗称为可弯曲水泥。

研究人员表示，这种水泥是一种具有高韧性的延性混凝土，它具有很强的吸收能量的能力，因此可以显著改善混凝土结构的抗震性能，可用于抗震结构、抗冲击结构、结构裂缝控制和耐损伤工程结构。

研究人员指出，由于这种水泥具有相当于钢材的变形能力，因此可用于混凝土结构中一些塑性变形较大的构件和部位，如在塑性铰区使用它，可在很大的塑性变形阶段，保持塑性铰的完整性。

此外，这种水泥的抗压强度类似于混凝土，抗压弹性模量较低，但受压变形能力，比普通混凝土大很多。此外，它的耐火性和耐久性，也被证明超过普通混凝土。

美国密歇根州一座桥梁的延伸工程，就使用了这种水泥；日本横滨在一次大地震后，用于加固1座41层楼的支柱，也采用了这种水泥。但专家认为，这种水泥用于普通建筑工程，估计还需要数年时间。

（2）制成能让墙体透光的透明水泥。

2011年1月，有关媒体报道，意大利水泥集团的研究人员，把特殊树脂与一种新混合物结合在一起，制成透明水泥。采用这种水泥建成的建筑物，整面墙就像个巨大的窗户，阳光能穿透墙体射进室内，这样就可减少室内灯光使用量，从而节省能源。

据介绍，透明水泥里面有很多小孔。它们可在不损伤建筑物整体结构的前提下，让阳光投射进来。靠近看，这些宽度接近2～3毫米的缝隙组成令人难以置信的图案。从远处看，它们跟普通混凝土没有什么不同。但是在阳光明媚的日子，利用这种材料建成的建筑物内会有另外一番景象，阳光穿透墙上的光孔射进室内，整个墙面看起来就像个大窗户。

上海世博会的意大利馆使用了透明水泥，已经证明它能省电。使用这种材料的建筑物，白天室内不用开灯。18米高的意大利馆，大约40%的墙面，采用了意大利水泥集团的透明水泥产品。该公司用189公吨新材料制成3774块透明板和半透明板。每块透明板大约有50个孔，透明度接近20%。半透明板的透明度大约是10%。以前在这方面进行的类似尝试，是把光纤加入混泥土中，不过意大利水泥集团表示，这种方法没有使用特殊树脂效果好。该集团的创意总监恩里克·伯尔嘉勒罗说：“用可塑树脂制成的‘透明水泥’，比用光纤制成的透明水泥成本更低。而且前者‘捕获’光的能力也更强，因为树脂比光纤的视角更宽。这些特点使这种新型材料的透明性更好，用它建成的建筑物的透光效果更强。”

2．新型混凝土的研发成果

（1）推出纸模装饰的混凝土。

2005年6月，总部位于悉尼的澳大利亚华特尔公司，推出一种类似于广场砖铺设效果的，纸模装饰混凝土建筑材料。使用这种纸模在浇注混凝土的同时，同步浇注上色彩和图案，从而，以较低的造价，获得多种不同的广场砖块和石块的铺设效果。由于纸模图案和固化剂颜色，可以自由组合搭配，因此可以提供比其他装饰材料，更加丰富多样的效果选择，并且图形美观、整体性好、耐久坚固。同时，这种新型建筑装饰材料，克服了传统的铺设地砖，经常出现的容易褪色、凹凸不平、易于松动、雨天积水、缝隙长草等缺陷。

华特尔公司在建筑材料的生产中，一直坚持环保理念，不使用重金属、卤素等有害物质，是2000年悉尼奥运会的指定供应商。

（2）研制出超高强度混凝土。

2006年5月12日，《韩国经济新闻》报道，韩国三星物产公司，开发出一种强度与花岗岩相当的超高强度混凝土，能够用于建造高度达千米的大厦。

超高强度混凝土，在水泥和沙石等原材料的选材及其混合比例上，技术独特。三星物产公司，对这种混凝土进行的浇注试验证明，其施工适应性良好，能节省工时和建筑成本。

（3）开发出低碳沥青混凝土。

2009年9月22日，韩国建设技术研究院宣布，他们成功开发一种新技术，从而生产出低碳沥青混凝土。这项技术，使用一种新开发的特殊添加剂和新工艺，在较低温度下实现沥青和骨料的良好混合。它能够减少32%的能源消耗，降低碳排放88%。

传统的沥青路面，铺装技术使用c级重油，把沥青和骨料加热到160℃～170℃以制造适合道路铺装的沥青混凝土。而新技术只需将物料加热至120℃～130℃。

据该研究院测算，使用新技术生产沥青混凝土位，每吨可减少3升重油的使用量，减排二氧化碳10公斤。由于加热温度降低，施工中排放的重油馏分等有害气体也大幅减少。特别是其中二氧化硫、一氧化碳，以及环境荷尔蒙物质排放大幅降低，保障了施工现场的周边环境。

（4）用纳米技术提高混凝土的强度和密度。

2009年11月，国外媒体报道，水化硅酸钙是一种在水泥中自然产生的材料，由纳米级粒子构成。据加拿大国家研究委员会建筑研究所专家拉吉介绍，他们最近开发出一种在纳米级操控水化硅酸钙的工具，采用这种方法，可提高混凝土的强度和密度。同时，研究所还在试验使用其他纳米材料作为添加物，目的也是生产出强度更高、寿命更长的混凝土。

目前，碳纳米管已应用到钢材中，以提高其强度。钢的强度越高，意味着建筑的高度可以升高。纳米材料还可提高钢的柔韧性，使高层建筑提高抗风性能和抗其他应力的性能。

美国密歇根大学的研究人员，也正在开发一种碳纳米管和聚合体的混合物，预计将在一年内投入使用。这种混合物强度高，而且具有电学性质，因此可将其用作传感器“皮肤”，它可向人们提供关于结构的多维状况的细节信息。在应用中，它可用作涂料，既起到保护作用，又可以全面探测和传递结构状况信息，且不像上述的普通传感器那样只能够探测个别点上的信息。

纳米技术在建筑材料中的应用，无疑可让新桥梁、新大厦更牢固、更安全、更长寿，外观也会显得更加美丽。

3．新型石材及其黏结剂的研制进展

（1）研制性能更好的人造花岗石。

2004年6月，俄罗斯媒体报道，天然花岗石经久耐用，是良好的建筑材料，但其开采和加工成本较高，石材内还含有有害放射性元素。为了扬长避短，俄罗斯“超级步伐”公司研究人员，采用俄科学院高温研究所提供的技术，开发出物理性质比天然花岗石更佳，且表面“绘”有图形的人造花岗石。

据报道，研究人员把白云石粉末、长石、沙子等原料放入玻璃熔炉，并提取其熔融物制成颗粒。接着，再根据严格的温度、时间规程，把这些颗粒与催化剂、加速结晶的物质熔合成形态与天然花岗石相似的晶体。最后，操作人员须加热晶体，使其形成表面平滑的石板。这一过程中，可向材料中加入各种颜料，描绘成图形。

研究人员介绍说，这种人造花岗石不含铀、钍等放射性元素，耐热和耐化学物质侵蚀的性能，优于天然花岗石。为了便于使用，可把人造花岗石石板表面制作得致密而光滑，其背面则致密性较低并较为粗糙。这样的石板，可借助水泥砂浆更牢固地黏合在混凝土建筑物表面。此外，由于这种人造石的温度膨胀系数与混凝土基本相同，因此，它比天然花岗石更不容易开裂和剥落。而人造花岗石表面的图形，在正常气候条件下可保留数百年。

（2）研发出石材饰面砖强力黏结剂。

2007年5月，有关媒体报道，长期以来，水泥砂浆一直是墙面粘贴花岗岩、大理石最传统的黏结剂。由于水泥砂浆黏结力差，面材脱落现象特别严重，用砂浆粘贴已不宜采用。

为了改善大规格石材与墙面的黏结，防止其脱落，现主要采用两种贴面施工方法：一种是用环氧树脂或聚合物水泥作黏结剂的贴面施工法；另一种是使用环氧树脂或聚合物水泥，再加金属挂件的贴面施工法。虽然后种施工法优于前种施工法，能进一步增强砖与墙面的黏结力，极适用于尺寸在300毫米×10毫米以上板材，但除需要黏结施工外，还要进行金属挂件施工，工序复杂，而且黏结剂遇水后，其黏结力会减弱，金属挂件经长期使用也会被腐蚀，有可能导致砖脱落。另外，从安全性考虑，大规格石材一般仅用于高层建筑的低层墙面。

近来，海外某公司，针对上述存在的问题，研发成功一种供大规格石材黏贴用的强力黏结剂。这种黏结剂的研发成功，弥补了聚合物水泥黏结剂的不足，其黏结力大幅提高，尤为吸引人的是它不需要挂金属挂件。

据介绍，这种黏结剂，是在以丙烯酸酯共聚合物为主要成分的复合物乳液中，配合水泥、硅砂、铁粉等填充料面组成的高黏性防水聚合物，水泥中还要加入一种以钙为主要成分的快硬剂。快硬剂在黏结剂中起着重要作用，在温度为20℃，相对湿度为50%的条件下混合15分钟，即可使黏结剂充分凝结。正是由于黏结剂中含有这种快硬剂，标准黏结强度达27.9千克/立方厘米。

因此，用这种强力黏结剂黏贴在规格石材，可快速固化，防止面材滑移，固化后充分发挥黏结力的作用，长期而稳定地保持足够的黏结力。据悉，这种粘结剂已获发明专利。

4．其他新型建材的开发成果

（1）发明有望使建筑物隐形的可透视固体材料。

2006年2月19日，英国伦敦帝国理工学院，与瑞士纳沙泰尔州大学联合组成的一个国际研究小组，发表题为“开发可透视固体新材料”的简报称，他们已经创造了一种新的光学效应新材料，也就是说，诸如墙壁这样的固体物质在将来是可以透视的。对此，有关媒体报道说，超人凭借眼中发射的X光射线与罪恶周旋，令世人拍案叫绝，自那以后，拥有可以穿透墙壁的“透视眼”就成为人们的一个梦想。科学家现在相信他们可能已经迈出了达到这一目标的第一步，在不远的将来，“透视眼”有望变成现实。

研究人员表示，最近几年，科技界对微小晶体的研究取得长足发展，促使这样一种理论问世：如果建筑物的墙壁使用了这种材料，住房者就可以随意炫耀自己的“透视眼”了。这一发现，将革新21世纪的建筑工艺。房产承包业，将更便于检查砖结构后面或里面的管线；警察和士兵也将有能力窥视潜伏在墙壁之后的威胁。

报道称，研究小组决定公布他们实现“透视眼”的最新尝试结果时，已对这项研究的详细内容作出严密封锁。然而，研究部门向记者们发出的，现场聆听研究最新进展情况的邀请函，还是透露了不少非常令人兴奋的线索。据信，这种光学效应与一种新材料的开发有关，其原理是利用物质内的原子运动。帝国理工学院研究人员在前一天证实，实验室已经取得了虽然很小但是胜利的第一步，把人类像超人一样拥有“透视眼”的距离拉近。

需要解释的是，他们的研究不是让人类的双眼像超人一样放射X光射线，而是建筑物本身可以用肉眼透视，从而达到建筑物隐形的效果。帝国理工学院一名发言人表示：“利用微小的，在特殊情况下肉眼看不见的水晶体研究，已经取得了突破。这种新材料，潜在的使用价值令人兴奋，对人类的生活将产生影响深远，但就目前来说，利用这种新材料为时尚早。”

美国军方科学家，也正致力于可以透视现今建筑的装置的开发。国防先进研究项目局，正在开发一种名为“可视建筑”的系统。研究人员希望，这个系统可以透视整座建筑。利用这一系统，研究人员可以看到士兵和飞行员穿过或飞跃一座建筑，从而获得类似于X照片的图片。

（2）研制出新型建筑用玻璃硅膜。

2006年3月，有关媒体报道，法国法拉利（FERRARI）公司，是欧洲工业纺织品开发方面的领先者。近日，该公司开发的新一代玻璃硅膜，使建筑进入了一个光线充盈的时代。

法拉利公司的产品，在建筑方面有多种用途。用玻璃硅膜复合的织物，可以搭建建筑，它能改善隔热效果，可加强隔音，并具有采光好、舒适程度高的特点。它可以很好地与玻璃结构的建筑结合在一起，使用并均匀地散播光线。它可以使有关的空间，具有自己的个性特色，不同材料的组合可以产生不同的视觉效果，使特定的场所结构更加美观，或者使大型的空间气氛显得更加活跃，因此被广泛用在封闭空间的广告宣传上。

在需要充足光线照明的地方，它能够使空间显得更加舒适，因为这种薄膜的透光率达到50%，而且它的防火等级达到M0级或欧洲标准等级。硅是一种惰性的耐久产品，可以保证织物的寿命达到30年。硅膜具有极强的抗紫外线、潮湿、化学腐蚀和风吹日晒的性能，这种织物，能够很好地适应-50°C～+180°C的温度范围。

这种玻璃硅膜，既可作为装饰材料使用，也可以作为室内天花板使用；既可以起到技术隔离的作用，又具有隔音和增加舒适度的作用。它还适合于很多尖端领域应用，如双面放映屏幕。它具有透明的双面结构，可以采用同一个放映源，在正反两个面上保证图像具有很好解析度。

（3）推出可使路面强度加倍的新型沥青。

2006年8月，墨西哥《改革报》报道，墨西哥全国科技学院，化学专家迪亚兹·巴里加主持的一个研究小组，最近推出一种新型沥青，这种加入聚苯乙烯等成分的沥青，可使普通路面强度增加一倍，且不会因为气温变化、阳光照射和承重量增加等因素而快速磨损。

据报道，负责开发研究这一新型沥青的专家巴里加表示，聚合物的加入，使沥青具有更大的黏性和硬度，寿命更长，污染更小，可在炎热和寒冷的环境下保持同样性能。普通沥青可保持性能两三年，而新型配方沥青寿命可维持7～8年。

巴里加说，以前也有企业在沥青中加入其他聚合物或橡胶以提高质量，但这样加工出来的沥青，在高温照射下会产生污染，生产成本还会增加25%。

尽管这种化学合成方式10多年前在德法等欧洲国家已出现，墨西哥科技人员还是进行了各种试验以找到最佳方法。专家表示，把聚苯乙烯等成分，加入沥青是一个复杂的过程，因此在炼油厂进行最为合适，这样可利用加工沥青时产生的热量。在沥青提炼出来后，加入聚苯乙烯或聚乙烯，是保证质量的最可行的选择。

（4）生产出世界上最厚的管材。

2008年10月，位于土耳其伊斯坦布尔的一家管材公司，在一个创纪录的时间内，生产出4000米的大口径管材，以用于穿越博斯普鲁斯海峡的政府输水管道铺设工程。30万立方米的饮用水，每天从亚洲的水库输送到欧洲的城市。为了承受管道内流水的高压和外部水压，这批管材的壁厚达到了109.1毫米，是世界上迄今为止生产的最厚的管材。

为生产这批每13米就重达5吨的大口径管材，这家土耳其最大的管材生产商，完全信赖其长期的挤出设备供应商：来自维也纳的辛辛那提挤出技术有限公司。奥地利挤出设备制造商，对现场的两条挤出生产线同时进行了重新设计。对挤出模具和下游总成进行了调整，以适应加工这种特殊规格的管材。配置了螺旋分配器和模具冷却装置的PHPO100、PHPO63管材机头，能保证最佳的融温和融体分配。即使是加工高黏性的PE100原料，也不成问题。这得益于该特殊管材模具和芯棒的组合，使得生产管径1200毫米壁厚109.1毫米的超厚管材轻而易举。

产量俱达1000公斤/小时的两条生产线整月运转，以确保4000米这种大口径管材能够准时交货。这主要依靠维也纳的高性能挤出生产线，工程进展非常顺利。两条线中一条配置的是PROTON150-30G单螺杆挤出机，而另一条配置了MO-NOS120-37G高速挤出机，其延长到37D的塑化单元，使得其比先前的PROTON系列的同种型号产量提高了30%。这样主机选型可以在保持相同产量的基础上，和这个情况一样，选低一个级别。管材极小的壁厚公差和符合要求的技术特性，使得客户对这两条线的生产能力和产品质量感到都非常满意。

二、开发环保节能型建筑材料

1．环保型建筑材料研制的新进展

（1）研制出能消除烟尘污染的自清洁建筑材料。

2005年8月，瑞典有关媒体在一份报道中说，从催化转换器到替代燃料，消除大城市烟尘的努力，多年来都是在内燃机和排气管上展开的。现在，科学家们正把注意力转移至街道上，通过研制“智能”建材，在自然力的少许帮助下净化空气。据悉，运用现有的自清洁窗和卫生间瓷砖技术，科学家们希望，能够使用在阳光下和雨水中分解并洗刷掉污染物的材料，来清洁整个城市。

瑞典建筑巨头斯堪斯卡公司发言人科林·彼得松说：“我们首先想建造把汽车尾气分解在隧道里的混凝土墙，也可能造出净化城市空气的铺路材料。”

斯堪斯卡公司的总部设在瑞典首都斯德哥尔摩。这家公司参与了一个耗资170万美元的瑞典与芬兰的联合项目。这个项目旨在开发催化水泥和具有二氧化钛涂层的混凝土产品。

二氧化钛是通常被应用在白漆和牙膏中的化合物，接触到紫外线后会变得非常活跃。其原理为：紫外线光束照射二氧化钛，引起催化反应，消灭污染物分子，包括矿物燃料燃烧时产生的氧化氮，而氧化氮与易挥发的有机化合物结合就产生了烟尘。同时，催化反应能避免细菌和灰尘长时间附着于物体表面，以便它们能轻易地被雨水冲走。

参加瑞典与芬兰联合项目的另一家企业，希曼塔公司的研发负责人博·埃里克松说，催化反应的副产品是无害的，尽管它取决于参与反应的物质：有机化合物被分解成二氧化碳和水，而二氧化氮则产生硝酸盐。

（2）发明能够吸收污染物的环保水泥。

2006年5月，意大利安莎通讯社的报道，意大利水泥集团开始将一种新型环保水泥投放市场，它可以吸收交通车辆所排放出来的污染物。环保水泥的活性源于它含有二氧化钛，能使阳光中的紫外线产生光催化作用。当水泥表面的二氧化钛，接触到空气中的污染物时，就会引发化学反应，分解空气中的污染物。

报道称，研发人员花费了近十年的时间，研制出这种活性水泥。他们表示，这种新型建筑材料，能够把市区内的污染减少40%以上。此前，已在意大利米兰附近的道路上，对该水泥吸收污染物的效果，进行测试。结果表明，其活性成分，能够使得道路上的二氧化氮和一氧化碳的浓度减少65%。

目前，活性水泥已被广泛用于各种建筑物，包括法国航空公司在巴黎戴高乐国际机场的新总部、罗马的仁慈堂教堂等。

（3）发明可吸收二氧化碳的环保水泥。

2009年1月12日，有关媒体报道，水泥，这个昔日被认为是排放二氧化碳导致全球气候变暖的“罪人”，在英国科学家的发明下，开始转变为吸收二氧化碳的有力武器。总部设在伦敦的新星公司称，这种新型环保的水泥的诞生，意味着水泥行业，将从重大的二氧化碳排放者转变为重要的二氧化碳吸收者。其发明已经获得产业界和环保界的大力支持和资助。该公司也正在积极申请专利。

专家相信，这种采用新型原料的水泥将会产生巨大的潜在市场。全世界每年生产20亿吨水泥，这些水泥的生产占世界二氧化碳排放量的5%，超过整个航空业的年排放量。并且，人们对水泥的需求量是呈直线上升的。

传统水泥的生产会导致温室气体的排放，主要有两个来源：生产水泥的时候需要高温加热。因此，需要耗费大量能量，对水泥窑里面的加工原料进行加热，比如像石灰石。但是这些原料在分解的过程中，会进一步释放出二氧化碳。具体来说，标准的水泥，也称为普通硅酸盐水泥，是由石灰岩或黏土加热到大约1500℃后形成。每加工一吨水泥会产生0.8吨的二氧化碳。当它最终与水混合用于建筑时，每吨水泥能吸收0.4吨的二氧化碳，因此每吨传统水泥的碳足迹为0.4吨。这家公司的水泥，以镁硅酸盐为基础原料，它不仅在制造过程中比标准水泥需要的热量少，而且在硬化过程中，还能够有效吸收空气中大量的二氧化碳，这使得生产总体上呈现“碳负性”。该公司的水泥，在加热的时候不会释放出二氧化碳。其生产过程是在大约650℃的低温运行。这导致每吨水泥生产只排放0.5吨的二氧化碳。但其水泥在硬化的时候，可以吸收更多的二氧化碳，每吨水泥能吸收0.6吨的二氧化碳，因此，不会产生碳足迹。

生态区域发展环保组织建设顾问、兼英国土木工程师学会环境和可持续发展小组成员乔纳森·艾塞克斯，对新型水泥的发明表示欢迎，他说：“英国气候法案要求我们减少二氧化碳排放量，这就要每个部门都应该发挥其作用。建造业在环境影响方面尤其需要承担更大的责任。”他还表示，希望该公司可以在提供竞争性价格的基础上，不断研发改进技术，开发出可以吸引出更多量的二氧化碳的水泥，而且希望该公司利用可再生能源对熔炉进行加热。

（4）开发出吸收放射性铯的建筑材料。

2012年5月，日本近畿大学兼职讲师森村毅等人领导的一个研究小组，近日宣布，他们开发出含有矿物沸石的建筑材料“沸石钙灰浆”。这种灰浆在凝固后能最大限度地吸收溶解在水中的放射性铯，有望用于建造存储放射性污染物的设施，或者净化污水的过滤器。

沸石的微小孔洞具有吸附性，能够吸收放射性铯。在美国三里岛核电站事故中，曾用这种材料处理污水。混有沸石的灰浆，以前被作为具有防臭功能的建筑材料使用，在此次开发中，研究者通过添加钙离子水，提高了灰浆凝固后的强度和耐水性。当含有放射性铯的污水通过新型沸石钙灰浆凝固体时，铯和含有铯的物质就能被吸收和过滤。由于具有容易渗水等性能，在利用这种沸石钙灰浆凝固体进行吸收含铯水溶液实验时，曾成功吸收水中99%以上的铯。由于沸石钙灰浆凝固后拥有无数极小的孔洞结构，所以即使过滤含固体杂质的污水，也不易堵塞。

今后，日本研究小组，准备继续研究沸石钙灰浆的各种使用方法，提高其作为建筑材料的性能和吸附放射性铯的能力。

2．节能型建筑材料开发的新成果

（1）发明一瓦三用的太阳能瓦片。

2006年6月，澳大利亚西悉尼大学应届毕业生塞巴斯蒂安·布拉特，发明了一种“太阳能瓦片”，具有三种功能，可以实现一瓦三用。

一是发电，利用太阳光产生电能，可使照射到瓦片上的12%～18%的太阳光转换成电能。

二是加热，通过中间换热器，提高住宅自来水管中的水温，它依靠热辐射而不是通过接收光电板来实现，所以不同于一般的太阳能热水器的功能。

三是盖房，它与普通太阳能电池有一个明显区别：不是简单地安放在屋顶表面，而是直接制成一整套屋顶上的瓦片，可以替代普通瓦片覆盖在屋顶上，节省了盖房所用的瓦片，这是该发明的一个重要创新之处。

“太阳能瓦片”是由透明聚碳酸酯底板和两块主层组成，其中一块主层是太阳能电池，另一块主层是带有载热体的薄贮存器，其优点是可以拆卸电学和水力学部件。

布拉特认为，这种“太阳能瓦片”，把发电、加热和盖房三种功能结合在一块瓦片上，用它来建造新型城郊住宅，不仅能在晴天确保住宅的用电和热水，而且可以把多余的电能输入电网或蓄电池中，使阴雨天也能保证电力和热水的供应。

（2）研制出可不耗电制冷的建筑节能新材料。

2014年11月26日，美国斯坦福大学教授范汕洄领导的研究小组，在《自然》杂志上发表研究成果称，他们开发出一种新的建筑节能材料，它可让建筑物，在炎炎夏日无须用电，即可实现“被动制冷”的效果，实现真正的节能减排。

研究人员介绍说，新的建筑节能材料，是一种由7层不同材料组成的超薄薄膜。它的组成部分，包括二氧化硅和二氧化铪，总厚度不超过2微米。

在实验中，研究人员把这种材料置于建筑物屋顶，它能同时把建筑物内部的红外光散射出去，并且能够反射外部太阳光，使屋顶温度比周围空气温度低5℃。这里，被新材料散射到外面的红外光，来自室温下物体发出的热辐射。

范汕洄说，辐射冷却技术已应用多年，在建筑物中很常见。但是他们研发的新型节能材料同时还反射可见光，能把这两种技术结合起来，则是前所未有的。

三、开发废物利用型建筑材料

1．利用工业废弃物制造建筑材料

（1）从废弃混凝土中分离出再生利用的水泥。

2004年8月，有关媒体报道，韩国利福姆系统公司开发一种新技术，成功地从废弃的混凝土中分离水泥，并使这种水泥得到再生利用。

利福姆系统公司说，他们首先把废弃混凝土中的水泥与石子、钢筋等分离开来，然后在700℃的高温下，对水泥进行加热处理，并添加特殊的物质，就能生产出再生水泥。这种再生水泥的强度与普通水泥几乎一样，有些甚至更好，符合韩国的施工标准。但是，这家公司没有透露添加的特殊物质是什么。

每100吨废弃混凝土，就能够获得30吨左右的再生水泥。特别需要指出的是，这种再生水泥的生产成本，仅为普通水泥的一半，而且在生产过程中不产生二氧化碳，有利于环保。有报道说，这项技术目前已经在韩国申请专利。

韩国平均每天都产生5万多吨废弃混凝土，而且水泥的原料石灰石资源也正在枯竭。因此，这项技术不仅有利于解决建设中的废弃物问题，还能解决资源枯竭问题。

（2）研制出用铝业废物做混凝土原料。

2004年8月，有关媒体报道，美国一个研究小组，正在开展变铝业废物为宝的研究。美国每年的铝工业废物产出量约为100万吨，它们来源于铝的熔炼过程。

研究员说，这种铝废料通常被称为“盐壳”。它们是在铝的精炼过程中，被撇出来的废物。每年，铝制造业主都要耗费巨资来处理这种“盐壳”，这些钱主要用在废物填埋和环境补偿费上。

研究人员正在研究一种新的技术，它将使“盐壳”，转化为有用的原材料，用来制造混凝土制品，如轻型砖、泡沫混凝土和矿山回填灌浆材料。通过利用铝“盐壳”内在属性，可以将其用作泡沫剂和混凝土细骨料。

（3）开发以碎玻璃为主要原料的玻晶砖。

2006年3月，日本媒体报道，近年来，日本开发出以碎玻璃为主要原料的玻晶砖。这是一种既非石材，也非陶瓷砖的新型绿色建材。玻晶砖是由碎玻璃为主，掺入少量黏土等原料，经粉碎、成型、晶化、退火而成的一种新型环保节能材料。

研究人员认为，玻晶砖完全符合清洁生产的原则：

其一，生产中使用的黏土等资源，其用量比其他产品少得多。由于它的烧成温度不到1100℃，低于陶瓷砖的烧成温度1260℃，可大大节约能源。二氧化碳等废气排放量可减少25%以上，生产成本远远低于其他同类产品，因此符合减量化原则。

其二，产品性能优于粉煤灰水泥砌块、水磨石、人造石、陶瓷砖，与烧结法微晶玻璃相当。它的使用寿命，比含有机物的人造石或石塑板要长得多，由于它的孔隙率比陶瓷砖和花岗岩小，因而更易清洁，较好地解决了长期以来陶瓷地砖或花岗岩地面装修难以解决的“吸脏”问题。因为废物利用、能耗低、工艺流程短和投资小，成本比烧结法微晶玻璃低得多。

其三，废品站已不愿收购日益增多的碎玻璃，特别是国家限制啤酒瓶的重复使用后，废旧啤酒瓶剧增，使之成为城市固体垃圾中的严峻问题。玻晶砖的开发为碎玻璃，开辟了一条高附加值再利用的新途径。

研究人员说，玻晶砖除可制作结晶黏土砖，也可制成天然石材或玉石的效果，以多种颜色和不同规格形态，用于装饰地面、内外墙、人行道、广场和道路。通过不同颜色的产品搭配，能拼出各种各样富于创意空间的花色图案，美观大方。

据报道，这种产品具有优良的防滑性能，以及较高的抗弯强度、耐蚀性、隔热性和抗冻性，是一种由日本环境协会授予的绿色材料标志的产品，投放市场后备受大众的欢迎。表面如花岗岩或大理石一般光滑的玻晶系列产品，可用于各种建筑物的内外墙或地面装修，可显示出豪华的装饰效果。同时，采用彩色的玻晶砖装修大厅内墙和地面，其高雅程度可与高级昂贵的大理石或花岗岩媲美。

（4）把电厂粉尘变废为宝作为制砖原料。

2006年5月，美国媒体报道，燃煤电厂排放出的粉尘、微小颗粒物等固体废物，都带有汞、铅，以及其他有一些有毒化学物质，给人体和环境带来巨大危害。据估计，美国每年生成的此类废物达7000万吨，其中多数都通过倒入特建的坑池或填埋场处理。

如今从美国密苏里-哥伦比亚大学退休的民用工程教授亨利·刘找到了这一问题的最新解决办法，即利用粉尘制造砖块。目前，69岁的刘先生已经为进一步研究申请到国家科学基金。这已经是他第二次获得此项基金资助。

2001年刘先生退休之前，曾带领一个研究小组开展以水为动力的高密度压缩煤管道运输研究。研究过程中，他发现，压煤技术可以用于压缩其他物质，如庭院废物、垃圾，以及粉尘。他退休后创立了“管道货运公司”，对此开始研究开发。通过压缩，一些垃圾可以被转换成生物燃料块。而粉尘通过加水及一系列加工过程，被制成砖块，刘把它们称为生态友好型建材。刘先生很快就为他的研究，找到一家电厂做合作伙伴。

阿麦隆电厂是刘先生的合作伙伴之一，为他的后期研究提供支持。电厂负责管理煤燃烧副产品的马克·布赖恩特称：“这一作法绝对是环保的，原先被当作废物的东西得了有价值的利用。”

粉尘具有强粘合特性。一些水泥厂和砖厂早已经开始把它作为一种添加剂。但刘先生的研究与此不同，他完全是使用粉尘为原料制砖。而且在制造过程中不会生成新的污染。他说，粉尘砖比其他砖价格要便宜，而且比传统的砖在大小上更统一。在制砖压缩过程中，汞，以及其他有毒污染物等微量化学物质被固定到了砖块里。刘先生正计划进一步开始研究建造一个完全以粉尘砖为材料的11平方英尺的房子，从而进一步监测房室中的空气质量，确定这种建材对人体健康的影响。布赖恩特对此并不表示绝对乐观。他说，即使空气质量通过检查合格，消费者是否会愿意采用这种电厂废物制造的建材来建房，仍然有待时间和市场的检验。

（5）在水泥中添加废玻璃制成更坚固的混凝土。

2012年2月，美国密歇根州立大学，土木及环境工程教授帕尔维兹主持，能源和环境工程师琳达·布玛等人参与的一个研究小组，分别在《固体废弃物的技术和管理》和《建筑建材》杂志上发表两篇论文，阐明他们发现，把废玻璃磨碎混合添加到水泥中，制造出的混凝土会更坚固、耐用且防水，并可减少大量废玻璃的填埋场、通常高温下建造水泥所需的能源消耗和二氧化碳排放。这种方法可用粉碎磨细的玻璃替换掉生产混凝土的20%水泥。一直致力于研究玻璃拌和混凝土的帕尔维兹说：“把磨碎的玻璃注入水泥混合物中，一个有利反应是，提高了水泥的基本化学性质，使得混凝土更加经久耐用，而且吸收水分不像普通水泥那样快。”

相关测试点已设立3年，位于这所大学剩余存储和回收中心、南布雷斯林学生活动中心，靠近校园东侧的哈伯德大厅外侧的人行道上。到目前为止，这种混凝土的测试结果，显示相当不错。

布玛说：“看到大学实验室所做的研究，能够应用于我们的校园，感到非常满意。这种混凝土看起来与标准的混凝土并无太多不同，在颜色上有一点儿浅，但是在大多数情况下很难分辨。”

帕尔维兹说：“通常水泥是在一个非常高的温度下加工，添加磨碎的废玻璃可显著降低其对能源的使用量及二氧化碳的排放量。”

2．利用农业废弃物开发建筑材料

（1）利用农作物纤维灰制造建筑材料。

2009年6月，英国媒体报道，英国建筑研究所建筑材料创新中心主任彼得·沃克领导的一个研究小组，以英格兰的巴斯大学为基地，已经开始开发纤维灰建筑材料应用的独特住宅项目。

纤维灰是一种轻质合成建筑材料，它通过快速生长的纤维类作物的纤维，并以基于石灰的黏合剂黏着在一起而制成。纤维类植物在生长时会储存碳，这些碳与石灰的低碳足迹及其有效的绝缘性能相结合，使该材料具备了近乎零碳的碳足迹。

沃克说：“我们将着眼于利用纤维灰来代替传统材料的可行性，以使这种材料可以被更广泛地应用到建筑行业中去。”他表示：“我们还要测量纤维灰材料的特性，比如它的结实程度和耐性，以及使用这种材料的建筑物的能源效率。使用可再生作物，来生产建筑材料，具有真正的意义。仅利用一块橄榄球场面积大小的土地，在4个月的时间里，就可以生长出足够建造一个典型三居室房屋所需的纤维来。”沃克说：“通过农业及相关领域的新市场，种植纤维类作物也能为农村经济提供经济和社会利益。”

（2）利用稻壳生产绿色建筑材料。

2009年7月，《发现》网络版报道说，早在数年前，科学家们就已发现稻米壳作为建筑材料的潜在价值。稻米壳富含二氧化硅，而该成分是混凝土的重要成分。过去人们试图利用燃烧稻壳后剩下的稻壳灰，作为水泥替代材料，但这种方法产生的稻壳灰含碳量过高，不宜充当水泥成分。

报道称，如今，在多项社会科学基金的支持下，美国科学家发现了一种新的稻壳加工方法，可以在稻壳灰充当混凝土成分的同时，促进绿色建筑事业的繁荣。

美国得克萨斯州普莱诺市工程服务公司Chk集团总裁拉詹·温帕蒂，目前已经与一个研究小组合作找到了制成几乎无碳稻壳灰的方法。新方法把稻壳放入熔炉，利用800℃高温燃烧，最后剩下高纯度的二氧化硅颗粒。近日，温帕蒂研究小组在马里兰大学帕克分校举行的绿色化学和工程会议上，展示了他们的研究结果。

温帕蒂表示：“尽管在这个燃烧过程中也会产生二氧化碳，但从整个过程来看还是‘碳中和’的。排放的二氧化碳会被每年新种的稻谷吸收回去而抵消。”

事实上，混凝土的使用和消耗给抑制气候变化带来了难题。每生产一吨用于制成混凝土的水泥，就要向大气排放一吨二氧化碳。而世界范围内，水泥生产占所有人类活动导致的二氧化碳排放的5%。

据了解，近年来，水泥成了各式各样废料产品的仓储库。从钢铁厂的炉渣、煤矿飞尘，到硅金属产业剩余物的硅灰，这些都作为高含碳量硅酸盐水泥的替代物而得到“重生”。

美国普度大学的简·奥莱克表示：“稻壳灰之所以没有成为混凝土的主要成分，通常是由于它碳含量太高。如果能解决这个问题，稻壳灰会成为混凝土的良好材料，从而为混凝土行业减少二氧化碳排放量。”

研究表明，混凝土中掺入稻壳灰会变得更加坚固、更具抗腐蚀性。该研究团队预测，修筑摩天大楼、桥梁或任何近海或水上建筑时，如果能用稻壳灰替代20%的水泥，则制成的混凝土优势就会大大体现出来。

目前，温帕蒂研究小组正在进行一项试验，如果能证明高温燃烧稻壳的方法奏效，他们将募集资金开始投入建设大型熔炉，并计划每年产生约1.5万吨稻壳灰。

研究人员表示，如果稻壳灰制造上规模，利用美国产生的所有稻壳每年可制成210万吨稻壳灰。事实上，对于中国、印度等稻米和混凝土消耗都非常大的发展中国家而言，稻壳灰的应用潜力将更大。