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2011年新书《Eco-efficient Construction and Building Materials》
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Eco-efficient Construction and Building Materials Eco-efficient Construction and Building Materials provides essential reading about materials for the construction industry in the twenty-first century. It covers the latest findings in the field, especially the toxicity aspects, embodied energy, construction and demolition wastes, the use of wastes in concrete, masonry units, materials reinforced with vegetable fibres, earth construction, the durability aspects, and also the importance of nanotechnology to the development of more environmentally-friendly materials. Based on more than nine hundred references, Eco-efficient Construction and Building Materials is of fundamental importance to academics, engineers and architects who are dedicated to the creation of a greener and more holistic construction industry. Contents 1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.2 Sustainable Development. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.3 Sustainable Construction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.4 Eco-Efficient Construction and Building Materials . . . . . . . . . 9 1.5 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2 Toxicity of Construction and Building Materials . . . . . . . . . . . . . 19 2.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 2.2 Paints, Varnishes and Wood Impregnating Agents . . . . . . . . . 20 2.3 Plastics and Synthetic Adhesives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 2.4 Materials That Release Toxic Fumes During Fire. . . . . . . . . . 22 2.5 Radioactive Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 2.6 Asbestos-Based Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 2.7 Nanoparticles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 2.8 Lead Plumbing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 2.9 Leaching and Eco-Toxicity Tests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 2.10 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 3 Energy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 3.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 3.2 Embodied Energy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 3.3 Materials That Reduce Energy Consumption . . . . . . . . . . . . . 40 3.3.1 Traditional Thermal Insulation Materials . . . . . . . . . . 40 3.3.2 Thermal Insulation Materials Based on Natural Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 3.3.3 High Performance Thermal Insulation Materials. . . . . 43 3.3.4 Phase Change Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 3.4 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 4 Construction and Demolition (C&D) Wastes . . . . . . . . . . . . . . . . 51 4.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 4.2 Regulations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 4.3 C&D Waste Management Plan. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 4.4 Selective Demolition and Disassembly . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 4.5 On Site-Sorting and Recycling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 4.5.1 Recycling Gypsum-Based Materials . . . . . . . . . . . . . 66 4.5.2 Recycling Asbestos-Based Materials . . . . . . . . . . . . . 67 4.5.3 Recycling Concrete with a ‘‘Heating and Rubbing Method’’ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 4.6 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 5 Binders and Concretes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 5.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 5.2 Concretes with Pozzolanic By-Products. . . . . . . . . . . . . . . . . 77 5.2.1 Pozzolans, Pozzolanic Reaction and Pozzolanic Activity. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 5.3 Concrete with Non Reactive Wastes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 5.3.1 Construction and Demolition Wastes . . . . . . . . . . . . 86 5.3.2 Vegetable Wastes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 5.3.3 Tyre Rubber Wastes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 5.3.4 Polyethylene Terephthalate Wastes . . . . . . . . . . . . . . 89 5.4 Concrete with Organic Polymers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 5.5 Self-Sensing Concrete . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 5.6 Concretes Based on New Binders . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 5.6.1 Sulfo-Aluminate Cement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 5.6.2 Magnesium Phosphate Cement. . . . . . . . . . . . . . . . . 96 5.6.3 Alkali-Activated Binders . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 5.7 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 6 Masonry Units . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 6.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 6.2 Fired-Clay Bricks with Industrial Wastes. . . . . . . . . . . . . . . . 132 6.3 Unfired Units . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137 6.4 Shape Optimization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 6.5 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 7 Cement Composites Reinforced with Vegetable Fibres . . . . . . . . . 143 7.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 7.2 Fibre Characteristics and Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 7.3 Matrix Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 7.4 Properties of Cement Composites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148 7.4.1 Using Small Vegetable Fibres . . . . . . . . . . . . . . . . . 148 7.4.2 Using Bamboo Rebars. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149 7.5 Durability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 7.5.1 Matrix Modification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 7.5.2 Fibre Modification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 7.6 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 8 Earth Construction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 8.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 8.2 Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159 8.2.1 Rammed Earth . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160 8.2.2 Adobe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161 8.2.3 Compressed Earth Blocks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163 8.3 Earth Stabilization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164 8.3.1 On-Site Tests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 8.3.2 Laboratory Tests. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 8.3.3 Properties and Soil Classification . . . . . . . . . . . . . . . 167 8.3.4 Particle Size Correction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168 8.3.5 Soil Stabilization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169 8.4 Durability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172 8.5 Eco-Efficiency Aspects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174 8.5.1 Economic Advantages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174 8.5.2 Non-Renewable Resource Consumption and Waste Generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175 8.5.3 Energy Consumption and Carbon Dioxide Emissions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175 8.5.4 Indoor Air Quality . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 8.6 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179 9 Durability of Binder Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 9.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 9.2 Pathology and Durability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 9.2.1 Concrete . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 9.2.2 Renders Used in Ancient Buildings . . . . . . . . . . . . . 190 9.3 Concrete Conservation and Retrofitting . . . . . . . . . . . . . . . . . 193 9.3.1 Measures to Minimize the Occurrence of ASR in Concrete . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193 9.3.2 Concrete Surface Treatments . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194 9.3.3 Electrochemical Techniques to Protection or Repair Steel Corrosion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195 9.3.4 Mortars for Concrete Structure Repairs . . . . . . . . . . . 196 9.4 Render Rehabilitation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199 9.4.1 Materials Characterization and Design of Repair Mortars . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199 9.4.2 Reahabilitation of Gypsum Plasters. . . . . . . . . . . . . . 204 9.4.3 Air Lime Mortars with Vegetable Fat . . . . . . . . . . . . 205 9.4.4 Renders for Salt Laden Masonry Substrates . . . . . . . . 207 9.5 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 10 Nanotechnology Achievements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213 10.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213 10.2 Cementitious Composites with Enhanced Strength and Durability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214 10.2.1 Investigation of Portland Cement Hydration Products . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214 10.2.2 Composites with Nanoparticles . . . . . . . . . . . . . . . . 216 10.3 Photocatalytic Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216 10.3.1 Self-Cleaning Ability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218 10.3.2 Air Pollution Reduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218 10.3.3 Bactericidal Capacity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224 10.4 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225 11 Selection Process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231 11.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231 11.2 LCA of Construction and Building Materials . . . . . . . . . . . . . 231 11.3 Eco-Labels and Environmental Product Declarations . . . . . . . 233 11.4 Some Pratical Cases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237 11.5 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239 Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241 |
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