彭 軍，楊育農(nóng)，謝宇芳，張 云，鄧思娟，周如青

(1 廣州合成材料研究院有限公司,廣東廣州 510665；2 杭州娃哈哈集團(tuán)設(shè)備工程部，浙江杭州 310018)

人類(lèi)使用和生產(chǎn)建筑材料歷史非常悠久,在生產(chǎn)力落后的時(shí)代,采用泥土和石頭等天然無(wú)機(jī)材料以及樹(shù)木和茅草等天然高分子材料建造洞穴和茅草房來(lái)?yè)躏L(fēng)、避雨和休息。隨著人類(lèi)社會(huì)的進(jìn)步和生產(chǎn)力的發(fā)展,利用自然界的材料相繼開(kāi)發(fā)生產(chǎn)了磚、瓦、灰、砂、石、陶瓷和木材等建筑材料,滿足了繁衍生息的需要,并創(chuàng)造了許許多多的有文化和藝術(shù)性的建筑,諸如古希臘的奧林匹克遺址、古羅馬的斗獸場(chǎng)、德國(guó)科隆雙尖大教堂、中國(guó)的故宮和法國(guó)的埃菲爾鐵塔,這些都是人類(lèi)利用材料創(chuàng)造文化的結(jié)晶。雖然磚、瓦、灰、砂、石、陶瓷和木材等建筑材料屬于傳統(tǒng)建筑材料,但是在我國(guó)使用已有數(shù)千年的歷史,近代的水泥、鋼材、玻璃材料獲得廣泛的應(yīng)用。人類(lèi)社會(huì)進(jìn)入二十世紀(jì)后,科學(xué)技術(shù)得到了迅速發(fā)展,特別是三大材料之一的高分子材料獲得突飛猛進(jìn)的發(fā)展,高分子材料作為建筑材料也應(yīng)運(yùn)而生,已經(jīng)在建筑領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用,并且成為建筑材料行業(yè)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)[1]。

建筑材料是在建筑工程中所應(yīng)用的各種材料。建筑材料種類(lèi)繁多,按照成分大致分為:(1)金屬材料,包括黑色金屬材料和有色金屬材料；(2)無(wú)機(jī)非金屬材料,如天然石材、燒土制品、水泥、混凝土及硅酸鹽制品等；(3)高分子材料,包括天然高分子材料、合成高分子材料為主要成分的新型建筑材料[2]。建筑材料從使用上可分為結(jié)構(gòu)材料和功能材料。結(jié)構(gòu)材料包括木材、竹材、石材、水泥、混凝土、金屬、磚瓦、陶瓷、玻璃、工程塑料、復(fù)合材料等。功能材料中的裝飾材料包括涂料、油漆、鍍層、貼面、瓷磚、具有特殊效果的玻璃等；功能材料中的專(zhuān)用材料是指具有防水、防潮、防腐、防火、阻燃、隔音、隔熱、保溫、密封等功能的材料。

1 高分子建筑材料的概況

自改革開(kāi)放以來(lái),我國(guó)的建筑業(yè)獲得了前所未有的發(fā)展,整個(gè)建筑市場(chǎng)異?；钴S,建筑材料日新月異,特別是高分子建筑材料的市場(chǎng)需求量非常巨大,因此,采用高分子材料生產(chǎn)的建筑材料產(chǎn)品層出不窮。高分子建筑材料從物理形態(tài)和用途來(lái)分,主要包括:塑料建筑材料、涂料建筑材料、纖維建筑材料、黏合劑建筑材料。與此同時(shí),國(guó)外的高分子建筑材料發(fā)展也很快,品種繁多,功能多樣,質(zhì)量?jī)?yōu)良,用途廣泛,因此,建筑界稱(chēng)高分子建筑材料是繼水泥、鋼材、木材之后的第四大建筑材料,其中,塑料建材所占的比重最大,涂料建材位居第二位,其他排序依次為膠黏劑建材、橡膠建材和纖維建材。

人類(lèi)社會(huì)進(jìn)入二十世紀(jì)后,科學(xué)技術(shù)得到了迅速發(fā)展,特別是作為支撐人類(lèi)社會(huì)發(fā)展的三大材料之一的高分子材料,新技術(shù)和新產(chǎn)品層出不窮。在此背景下,高分子建筑材料應(yīng)運(yùn)而生,并已經(jīng)在建筑領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用,成為了建筑材料行業(yè)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。高分子材料的優(yōu)點(diǎn)在建筑材料領(lǐng)域中被進(jìn)一步地利用,并且發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。以高分子材料為主的新型建筑材料,主要包括建筑塑料、建筑涂料、建筑膠粘劑、建筑纖維及建筑防水密封材料等類(lèi)型,在一定范圍內(nèi)可以成為鋼材、木材、水泥、陶瓷等高耗能傳統(tǒng)材料的替代品[3]。此外,高分子建筑材料在裝飾效果、耐腐蝕性、綠色節(jié)能以及使用壽命等方面具有顯著的優(yōu)越性,使得高分子材料和建筑材料完美結(jié)合、相得益彰。

黨的十九大已明確指出,中國(guó)特色社會(huì)主義進(jìn)入新時(shí)代,我國(guó)經(jīng)濟(jì)已由高速增長(zhǎng)階段轉(zhuǎn)向高質(zhì)量發(fā)展階段,我國(guó)的社會(huì)主要矛盾已經(jīng)轉(zhuǎn)化為人民日益增長(zhǎng)的美好生活需要與不平衡不充分的發(fā)展之間的矛盾。而高分子建筑材料的安全性與可靠性體現(xiàn)了人們對(duì)美好生活的向往,同時(shí)助力高分子建筑材料實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展。“十三五”期間是我國(guó)經(jīng)濟(jì)重要的結(jié)構(gòu)調(diào)整和轉(zhuǎn)型時(shí)期,人們對(duì)環(huán)境和健康安全更加關(guān)注,與環(huán)境保護(hù)、健康安全相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)化工作引起了人們的高度重視。為此,我國(guó)推出的供給側(cè)改革、工業(yè)“2025”和“一帶一路”等一系列政策就是讓企業(yè)為市場(chǎng)提供高安全性和可靠性的產(chǎn)品。

2 高分子建筑材料的分類(lèi)及特征

根據(jù)高分子建筑材料的概念,按照高分子材料的種類(lèi)分為以下五大類(lèi):塑料建筑材料、橡膠建筑材料、纖維建筑材料、涂料建筑材料、黏合劑建筑材料。依據(jù)高分子建筑材料的使用,可分為高分子結(jié)構(gòu)建筑材料和高分子功能建筑材料。

塑料建筑材料分為塑料管材管件、塑料門(mén)窗框、裝飾裝修材料、隔熱材料、地下供暖設(shè)施、塑料地板、塑料天花板、塑料墻板、電子電器等；橡膠建筑材料分為減震材料、隔熱材料、密封材料、防水卷材等；涂料建筑材料分為內(nèi)外墻建筑涂料、防水涂料、防腐涂料、防火涂料、地坪涂料等；黏合劑建筑材料分為建筑結(jié)構(gòu)密封膠、建筑密封膠、化學(xué)灌漿材料等；纖維建筑材料分為土工布、無(wú)紡布土工布、無(wú)紡布減震材料、化學(xué)纖維地毯等[4]。

高分子建筑材料在我國(guó)的發(fā)展速度迅猛,其主要原因在于它具有優(yōu)良的可預(yù)制、質(zhì)量輕、高強(qiáng)度、多功能、易施工等特點(diǎn),其性能特點(diǎn)主要如下:

(1)重量很輕,便于施工。塑料管道的質(zhì)量?jī)H為鑄鐵管的1/10～1/8,可以大大減輕了施工時(shí)的勞動(dòng)強(qiáng)度,提高了安裝工效。

(2)耐腐蝕,抗蟲(chóng)蛀霉?fàn)€。適宜于潮濕、腐蝕環(huán)境或有白蟻的地區(qū)使用。

(3)功能多樣,提高了居住質(zhì)量。降低噪聲和隔熱:安裝有塑料門(mén)窗的居室,可以降低噪聲3dB～4dB,室內(nèi)溫度可提高1℃～2℃。塑料管材內(nèi)壁光滑,不易附著雜物,液體流動(dòng)暢通,并且具有良好的沖擊韌性,在寒冷季節(jié)不易凍裂。彈性防水和密封材料具有優(yōu)良的防水、防滲和密封性性能,提高了防水工程質(zhì)量。高分子混凝土外加劑使混凝土速凝、緩凝和早強(qiáng),提高其流動(dòng)性,可防止鋼筋銹蝕,節(jié)省了水泥,制備了高質(zhì)量的混凝土.

(4)施工方便,提高工效。隧道、礦坑和混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)生裂縫和滲漏后,注入環(huán)氧樹(shù)脂和聚氨酯等高分子灌漿材料,即可形成隔斷并止水；鐵路和公路路基以及房屋地基下陷,注入高分子材料灌漿材料后很快使基礎(chǔ)得到加固,快速簡(jiǎn)便施工、提高了工作效率。裝飾和裝修材料,如塑料門(mén)窗、隔斷、護(hù)墻板、掛鏡線、窗簾盒、壁紙、地板及飾面材料,美化了居住環(huán)境。

(5)節(jié)約能源。多年來(lái)鋼鐵產(chǎn)量一直是衡量國(guó)家工業(yè)發(fā)展水平的標(biāo)志。隨著科學(xué)技術(shù)的高度發(fā)展,高分子材料、有色金屬材料和無(wú)機(jī)非金屬材料在許多領(lǐng)域正在取代傳統(tǒng)的鋼材,使材料工業(yè)發(fā)生了重大的變化。塑料建材是一種低能耗材料,無(wú)論是生產(chǎn)過(guò)程,還是使用過(guò)程都具有顯著的節(jié)能效果。美國(guó)塑料工業(yè)協(xié)會(huì)調(diào)查資料表明,1997 年美國(guó)生產(chǎn)塑料管材91 萬(wàn)噸,相當(dāng)于880萬(wàn)噸的金屬管道,后者的生產(chǎn)能耗為前者的4.9 倍[5]。在使用能耗方面,塑料給水管由于摩擦系數(shù)小,可以節(jié)電50%。在建筑節(jié)能方面,通常房屋有30%～ 50%的熱量是通過(guò)門(mén)窗縫隙散失的。據(jù)中國(guó)建筑科學(xué)研究院測(cè)定,北京地區(qū)冬季采暖期,單層塑料門(mén)窗的能耗僅為單層鋼窗能耗的三分之一；綜合所有因素來(lái)分析,采用塑料窗的房屋比鋼窗或鋁窗的可節(jié)省采暖能耗35% 以上[6]。泡沫塑料隔熱材料應(yīng)用于原油集輸系統(tǒng)的保溫以及冷庫(kù)、冷藏車(chē)的隔熱保冷均具有顯著的節(jié)能效果。

(6)節(jié)約木材和鋼材。我國(guó)是森林資源匱乏的國(guó)家之一,前些年由于過(guò)度開(kāi)采濫伐,很多林區(qū)已經(jīng)到了無(wú)可采伐的地步。針對(duì)此種狀況,國(guó)家采取退耕還林和立法等措施,使我國(guó)的森林覆蓋率從1980 年的12.0% 提高到2018 年年底的22.96%,但是考慮到植被和保護(hù)生態(tài)等因素,采伐量仍然有限,木材的供需矛盾在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)仍舊很突出[7]。經(jīng)濟(jì)全球化之后,雖然可以靠進(jìn)口來(lái)解決,但是很多國(guó)家為了保護(hù)本國(guó)生態(tài)環(huán)境,正在逐步減少木材的采伐和出口,所以,在我國(guó)用高分子材料代替木材和鋼材將是一項(xiàng)長(zhǎng)期艱巨的任務(wù)。建筑行業(yè)是節(jié)約木材和鋼材的重點(diǎn)行業(yè),這正好為發(fā)展高分子建筑材料提供了很好機(jī)遇。

3 高分子建筑材料的綠色發(fā)展態(tài)勢(shì)

高分子建筑材料是高分子材料和助劑經(jīng)過(guò)加工成型設(shè)備制造而成的。由于它是由聚合物和有機(jī)和/ 或無(wú)機(jī)化合物,甚至含有金屬材料組成,人們所擔(dān)心的問(wèn)題主要有兩個(gè)方面,其一是高分子建筑材料的耐老化性能和壽命；其二是高分子建筑材料中含有的揮發(fā)性小分子有機(jī)化合物是否對(duì)人體健康和自然環(huán)境造成危害。目前,我國(guó)開(kāi)展綠色建筑的星級(jí)評(píng)價(jià),對(duì)上面兩個(gè)方面的技術(shù)指標(biāo)提出了更高的要求。我國(guó)高分子建筑材料產(chǎn)品重點(diǎn)要解決的問(wèn)題就是制造過(guò)程和產(chǎn)品質(zhì)量做到安全性和可靠性高,實(shí)現(xiàn)高分子建筑材料的高質(zhì)量發(fā)展[8]。高分子建筑材料的安全性和可靠性體現(xiàn)在材料的制造和使用過(guò)程中。

第一,在高分子建筑材料制造過(guò)程中要做到三個(gè)方面:一是在制造過(guò)程節(jié)約能源,降低能耗；二是在制造過(guò)程中沒(méi)有廢氣、廢液和廢渣的排放,做到零排放；三是在制造過(guò)程工藝安全可靠,沒(méi)有危險(xiǎn)性。

第二,高分子建筑材料在產(chǎn)品質(zhì)量方面:首先要做到物理安全性高,要求產(chǎn)品阻燃防火、抗靜電、無(wú)輻射、隔熱和降噪；其次是健康(生理)和環(huán)境(生態(tài))安全性高,要求產(chǎn)品在制造和使用過(guò)程中沒(méi)有或者符合法律法規(guī)重金屬離子和揮發(fā)性小分子有機(jī)化合物釋放；三是要做到可靠性高,要求產(chǎn)品耐老化和壽命長(zhǎng),甚至和建筑物同等壽命,從而達(dá)到建筑設(shè)計(jì)要求。

總之,高分子建筑材料通過(guò)科技創(chuàng)新,其整體技術(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平,乃至世界領(lǐng)先水平,方可實(shí)現(xiàn)高分子建筑材料行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展,以滿足人民對(duì)美好生活的需要。

4 高分子建筑材料的標(biāo)準(zhǔn)化

我國(guó)的高分子建筑材料標(biāo)準(zhǔn)是以國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和地方標(biāo)準(zhǔn)為主要體系,其中,國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)有強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)和推薦性標(biāo)準(zhǔn),行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)有化工行業(yè)、建材行業(yè)和建筑行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),地方標(biāo)準(zhǔn)有涉及我國(guó)的省市自治區(qū)和地級(jí)市的標(biāo)準(zhǔn),這些標(biāo)準(zhǔn)幾乎覆蓋了所有的高分子建筑材料,可以滿足建筑業(yè)的發(fā)展需求。2018 年1 月1 日新修訂的《標(biāo)準(zhǔn)化法》施行后,相繼制定了一部分團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)。

隨著市場(chǎng)體系和機(jī)制的不斷完善和經(jīng)濟(jì)全球化力度的持續(xù)加大,市場(chǎng)化的團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)將占據(jù)越來(lái)越重要的地位,將會(huì)得到市場(chǎng)的更加積極的認(rèn)可和廣泛的使用。與此同時(shí),隨著人們法治意識(shí)、安全意識(shí)、健康意識(shí)和環(huán)保意識(shí)的逐漸增強(qiáng),強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)將走向法律的軌道,確保實(shí)現(xiàn)美麗中國(guó)和美好生活。而團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)是市場(chǎng)自主制定的標(biāo)準(zhǔn),是我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化改革的重要方面,也是經(jīng)濟(jì)全球化的必然趨勢(shì),是新型標(biāo)準(zhǔn)體系中最具有活力和創(chuàng)新性的部分。在對(duì)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)的管理上,對(duì)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)不設(shè)行政許可,由社會(huì)組織和產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟自主制定發(fā)布,通過(guò)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勝劣汰[9]。

人們對(duì)高分子建筑材料的需求將關(guān)注其安全性和可靠性。建筑材料的安全性主要涉及物理安全性、健康安全性和環(huán)境安全性,可靠性主要涉及耐老化性能和壽命。在物理安全性方面,要求高分子建筑材料具有優(yōu)良的阻燃防火性能、隔熱隔音性能、抗靜電性能、防輻射性能,屬于非危險(xiǎn)化學(xué)品。在健康安全性和環(huán)境安全性方面,要求高分子建筑材料在生產(chǎn)和使用過(guò)程中含有的重金屬離子和小分子有機(jī)揮發(fā)物的含量很低,最好是含量極其低。在可靠性方面,要求高分子建筑材料的壽命與建筑物的設(shè)計(jì)壽命同等,甚至超過(guò)七十年。高分子建筑材料要實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展,科技創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)是原生動(dòng)力,高水平的標(biāo)準(zhǔn)是制高點(diǎn)。從未來(lái)發(fā)展的角度來(lái)看,今后高分子建筑材料標(biāo)準(zhǔn)將以團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)為主體。