环境材料与物质的再生循环.ppt

北京大学环境学院 2)地球环境对建筑材料的影响 环境污染通常也会对建材及建筑物有所损害。其中，大气中CO2浓度的增大会造成气温上升，加速混凝土的碳化过程，从而影响混凝土构件的耐久性，缩短建筑物的使用寿命。此外，臭氧层的破坏会使波长短的紫外线辐照量增大，从而加速高级装饰涂料等有机建筑材料的老化，降低抗风化的能力，而酸雨的增加将加速栏杆、扶手等外露金属的腐蚀。 环境变化对建材及建筑物的主要影响如下： （1）大气污染与酸雨的影响 大气中的SO3，S02，N0X，H2S，CO2等溶入雨水中，使雨水pH值小于5.6。我国西南地区及长江下游地区酸雨的pH值已降到4.0以下，严重影响生物的生存，使土壤严重酸化。同时，酸雨对建筑物、材料、雕塑、古文物、金属等的腐蚀作用明显。酸雨使材料表面的涂层失去光泽或变质而脱落，使光洁的大理石建筑逐渐变成松软的石膏。大理石主要成分是CaC03，侵蚀反应机理为 CaCO3＋SO42－＋2H＋＋H2O——CaS04·2H2O＋CO2 CaCO3＋2N03－1＋2H＋——Ca（NO3）2＋H2O＋CO2 另外，在建筑物中，酸雨对金属腐蚀主要是电化学腐蚀。 北京大学环境学院 北京大学环境学院 （2）建筑物表面析白现象 建筑物表面析白现象，俗称泛碱或起霜，是建筑物的混凝土、砂浆、砖砌体等表面常发生的现象。据统计，建筑物析白现象出现的概率可高达36％。形成原因是水泥、砂、石子、砖和化学外加剂中可溶性成分被水榕析出，随着水分蒸发逸出，留下物呈白色固体，或留下物与空气中CO2作用生成白色固体，其主要成分为Ca(OH)2，CaCO3，Na2SO4，Na2CO3，K2CO3，大都是碱性物质。本质原因还是与原材料质量和施工质量有关，但与外部环境阴湿、不通风、气温偏高、水源不洁也有重要关系． （3）建筑用高分子材料老化 导致高分子材料老化的因素主要是光、热、机械力、氧气、水、霉菌及化学物质。这些因素往往是综合作用于高聚物，通过物理化学过程使其老化。主要老化反应可归纳为键的裂解反应和键的交联反应。裂解反应是大分子键断裂，相对分子质量降低，使高分子化学物变软、发粘并丧失机械强度；交联反应是大分子与大分子相连结，产生体型结构，使高分子化合物进一步变硬、变脆，而丧失弹性。两种反应往往同时并存。 北京大学环境学院 （4）金属材料的化学腐蚀和电化学腐蚀 许多建筑物的栏杆、扶手、支架，甚至卫星天线等，都是金属构筑物．由于酸雨的作用，使这些金属构筑物的使用寿命大大缩短，甚至造成严重事故． （5）其他影响 江水、海水、污水对江河堤坝的冲刷侵蚀，地下水对地下建筑的渗析破坏，还有自然灾害的破坏，地震、水涝、龙卷风及台风等的自然力的破坏。 总之，随着地球环境问题的日趋严重，使损害建筑材料的“外力”随时间推移而渐趋增大，从而加速建筑材料的破坏。 北京大学环境学院 8.6.2 关于建筑材料及其构件的长寿命与再生循环相互兼容的问题 假如希望建筑物的使用期限为30～100年，那么，结构材料的要求特别严格，要求在设计使用期限之内必须具有尽可能长的寿命。对建筑材料及其构件进行不易劣化的耐久性设计，则可确保建筑物的长寿命，并可减少产生废弃物的批量，其结果是减轻地球环境负荷的效果。 但是，大多数建筑材料及其构件一旦被废弃时，几乎都变成了很难处理的残留物，拆卸和再生循环都很困难。因此，在进行建筑材料及其构件的材料设计时必须有新的设计思想。比如说设想一种像纺织品那样的，当拔出一根线就哗啦一下子破坏的结构形成，使之在使用期限满了之后能够迅速解体，也能进行再生循环。这就是预先考虑了再生循环的建筑材料及其构件的材料设计。 北京大学环境学院 关于建筑材料及其构件的长寿命与再生循环相互兼容的问题 改善混凝土的质量，利用表面涂料的钢筋混凝土构件长寿命化的问题，已成为新的耐久性设计的方法。与此同时，以代替易腐蚀的普碳钢钢筋或预应力钢筋为目的，采用以碳素材料、芳香族聚酰胺、玻璃等连续纤维强化的新型塑料材料（CFRP,AFRP,GFRP）作为混凝土中轻质、高强、耐蚀的新型增强材料。最近，将这种新型增强材料与高强度混凝土组合，以谋求混凝土构件的轻质、高强与长寿命的研究开发相当活跃。 但是这些复合结构材料及其构件在达到使用年限之后解体废弃时，其解体有相当的难度，成为难以再生循环的难处理残留物（废弃物），从而增加地球的环境负荷。因此，必须确立新型增强混凝土构件长寿命与再生循环相互兼容的总体寿命设计及其相关技术。 北京大学环境学院 8.6.3 兼顾再生循环的建筑材料及其构件的材料设计方法 (1)混合结构形式 通常钢筋混凝土建筑物采取柱、梁和墙壁在现场整体混凝土灌注方式。对于确实需要耐