仿生低碳新型建筑材料的研究与应用

仿生低碳新型建筑材料的研究与应用

张晓云熊炳吴振宇范光糠冯卫东刘旭飞陆茂刘金强

中国建筑第八工程局 广东深圳518000

摘要：目前低碳环保的建设理念已成为建筑业发展的重要方向。因全球气候剧烈变化，资源日趋紧张，传统建材在生产和使用过程中需要排放大量碳，严重影响生态环境。仿生低碳新型建材在当前形式下为建筑行业节能减排提供了新的解决方案，其独特的制备工艺以及卓越的性能在节能减排过程中更具优势。本篇内容为建筑行业可持续发展提供有力的参考，介绍仿生低碳新型建筑材料的制备方法、性能特征、应用前景和未来发展趋势。

关键词：仿生材料；低碳建筑；新型建筑材料；节能减排

引言：随着世界人口爆炸式增长以及全球经济的飞速发展，与之而来的是建筑行业对能源和资源需求愈发庞大，消耗也跟着日益增加，碳排放量也逐年攀升。据不完全统计，在建筑行业能源消耗量占据全球能源消耗比重的大头，有接近40%的能源比重。因此，全球关注的焦点逐渐转变为如何降低建筑行业的碳排放量，而其中发展低碳建筑材料正是一种新型可行的办法。仿生低碳新型建筑材料这种新型环保材料在建筑领域展现出巨大的应用潜力，其优异的力学性能和低碳环保特性在建筑领域中更具优势。

1仿生低碳新型建筑材料的制备方法

1.1仿生原理及灵感来源

仿生学这门新兴学科在模仿自然界中生物的结构和功能这方面，为材料科学、工程学等领域提供了新的设计思路。在建筑材料领域，仿生技术为新型低碳材料的开发提供了重要灵感。沙塔蠕虫作为一种能够在极端环境中生存的生物，其通过分泌特殊粘液粘结沙粒构筑巢穴的能力，为仿生低碳新型建筑材料的制备提供了新思路[1]。

1.2材料制备工艺

在沙塔蠕虫巢穴构造过程中研发人员得到启发，在低温常压条件下通过利用天然基粘结剂粘结矿渣、沙粒等固体颗粒，所制备出的仿生低碳新型建筑材料力学性能异常优异。其中具体的制备过程有包括以下几个方面：

1.在原料选择与处理上：经筛选、清洗等处理步骤后，沙漠沙、海沙、矿渣等固体颗粒保证原料纯净度及粒度分布。

2.粘结剂制备：引入具有负电性海藻酸钠的正电性季铵化壳聚糖，生成仿生的天然胶结剂。粘结剂的粘结性能和稳定性通过调整粘结剂的配比和制备条件而得到优化。

3.材料成型与固化：将加工好的原料和粘结剂混合均匀，所需要的形状的建筑材料通过模具成型或压制成型等工艺制作而成。固化处理在低温常压条件下，使材料力学性能达到预期。

2仿生低碳新型建筑材料的性能特点

2.1力学性能

仿生低碳新型建材抗压、抗折强度高，可满足常规建材使用要求。通过对原材料配比和粘结剂种类的调整，使材料的力学性能得到进一步优化，使之适用于不同的建筑应用场景。

2.2低碳环保

仿生低碳新型建材在生产过程中无需高温焙烧，相对于传统建材而言，能耗和碳排放量均有所降低。同时，实现资源循环利用，减少了环境压力，利用废弃的沙石、矿渣等固体颗粒作为原料，实现了资源循环利用。

2.3耐久性与抗老化性能

仿生低碳新型建筑材料在严酷的环境下，耐久性和抗老化性能优异，力学性能稳定，是一种新型建筑材料的总称[2]。添加适量的抗老化剂，使材料的抗老化性得到进一步提高，寿命得以延长。

2.4防水性能与可循环利用性

该材料防水性能好，能有效防止水的浸润与侵蚀，防患于未然。同时，它的高循环利用性，符合绿色建筑和可持续发展的理念，因为它的原料来源广泛，易于回收和再利用。

3仿生低碳新型建筑材料的应用前景

3.1建筑领域

仿生低碳新型建筑材料在建筑领域应用前景广阔，其力学性能优异，低碳环保。可应用于建筑构件的制备，如墙体、屋面、楼板等，使建筑的整体性能得到提高，环境保护得到改善。

3.2道路与桥梁工程

材料抗压抗折强度高，适于铺装加固路桥工程。通过与其它材料的复合使用，使路桥的承载力、耐久性得到进一步提高。

3.3园林景观与市政工程

在园林景观和市政工程中，花坛、坐椅、游步道等景观设施的编制可选用仿生低碳新型建材。其独特的肌理和色彩，能使景观的美观和环保程度与自然环境融为一体。

3.4其他领域此外，该材料还可以应用于水利、港口、隧道等工程领域，为这些领域的建设提供新的材料选择。

4案例分析

4.1实际应用案例

以某一城市为例，在城市更新过程中，该市采用仿生低碳新型建筑材料对墙体、屋面等进行改造，对建筑的碳排放、能源消耗等进行了改造，并对建筑物的碳排放量、能耗等进行了比较和改造前后的碳排放和能量的消耗，发现材料的应用使建筑物的整体性能和环保水平有了明显的提升。

4.2经济效益分析

从整体经济利益分析上看，生产仿生低碳新型建材成本相对较低、较比普通建材更易于回收再利用。所以，该材料的应用能够降低建筑成本，提高经济效益，在建筑工程的整个生命周期内都是如此。同时，由于它的环保性能优异，还可以获得政府进一步降低建筑造价的政策扶持和补贴。

5未来发展趋势与挑战

5.1未来发展趋势

仿生低碳新型建材伴随着人们对环境保护意识的提高和建筑业的不断发展将迎来更加广阔的发展前景。今后，为了满足不同建筑应用场景的需求，该材料将更加注重性能的优化和提升。同时，这一材料的应用范围也将随着技术的不断进步和成本的降低而进一步拓展。

5.2面临的挑战

仿生低碳新型建筑材料在实际应用过程中仍面临一些挑战，尽管该建材优点很多。比如材料的制备过程比较复杂，工艺水平和装备投入都需要极高的技术含量；同时，该新型材料的性能稳定性和耐久性还需要进一步验证和评估。另外，这一物资的市场认可度、接受度等方面还有待于进一步提升。

6结论与建议

6.1结论

本篇文章概述了仿生低碳新型建筑材料的研究与应用，介绍了该材料的制备方法、性能特点、应用前景以及今后的发展趋势等方面的研究与应用，并对此进行了深入的研究。研究显示，在建筑领域应用前景广阔的仿生低碳新型建筑材料，其力学性能优异，且低碳环保。同时，这一材料的应用还可以使建筑的整体性能和环保水平得到降低，从而降低碳排放和能耗。

6.2建议

建议从以下几个方面着手：促进仿生低碳新型建材的进一步开发和应用：

1.加强技术研发与创新：在提高材料力学性能和环保性能的制备工艺和性能优化等方面加大研发投入；同时，积极与其它材料探索复合使用方法，扩大材料的应用领域。

2.完善标准与规范：为保证材料的质量和安全性能，制定和完善有关标准和规范，如材料的生产、应用和质检工作；同时，加大对假冒伪劣产品的市场监管和执法打击力度。

3.推广示范项目：材料的优良性能和环保效益将通过建设示范工程和应用案例进行展示；同时，为促进这一材料的广泛应用和产业化发展，加强与政府、企业、科研单位的合作与交流。

4.提高市场认知度和接受度：加大宣传推介力度，提高市场知晓率和接受度，做好这方面的工作；同时加强与业界的交流与合作，通过举办展览、研讨会等活动促进这一材料的普及和运用。

该文旨在为该材料的进一步开发和应用提供参考，通过对仿生低碳新型建筑材料的研究和应用进行综述。希望仿生低碳新型建材随着技术的不断进步能在建筑领域发挥更大的作用，为建筑行业的可持续发展添砖加瓦。

参考文献

[1]黄梅.基于建筑材料本土化的甘南低碳生态小城镇规划研究[D].陕西:西安建筑科技大学,2014.DOI:10.7666/d.D559981.

[2]张爱良.新型混凝土材料在建筑工程项目中的应用研究[J].中国建筑装饰装修,2024(17):109-111.