玻璃钢在建筑中的应用

玻璃钢在建筑中的应用摘要: 在建筑工业中发展和使用玻璃钢对减轻建筑物自重，提高建筑物的使用功能，改革建筑设计，加速施工进度，降低工程造价，提高经济效益等都十分有利，是实现建筑工业现代化的必要条件。玻璃钢的性能可根据使用要求进行设计，如要求采光、耐水、防腐、高强、隔音，可选用树脂基复合材料。由于玻璃钢的重量轻，制造方便，对于大型结构和形状复杂的建筑制品，能够一次成型制造，提高建筑结构的整体性。关键词：透明 防水 采光 建筑玻璃钢 吸声玻璃钢诞生于本世纪40年代。那时，正值第二次世界大战。战争需要大量的武器装备，迅速发展的军事工业对材料提出了越来越高的要求。例如，制造飞机的材料要求密度小而强度高；制造潜艇的材料，既要耐海水腐蚀，又要能防磁，以避开鱼雷的袭击。同一种零件要求同时具有好几种优异的性能，有时这些性能看起来是相互矛盾而不能兼有的。显然，这样的要求是任何一种单一材料所无法满足的。于是，人们设法把两种或两种以上的材料结合起来，让它们取长补短，相得益彰，制成兼有几种优良性能的新材料，这就是复合材料。 虽然“复合”的思想可以追溯到久远的古代，但用到人工材料的复合材料则直到本世纪上半叶才出现。先是1907年世界上第一家人工合成酚醛树脂厂建立，接着一大批人工合成树脂，如脲醛树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂等热固性树脂相继出现。树脂材料容易成形，比重小，耐磨，耐腐蚀，但它们脆性较大。于是人们用天然纤维与之复合，产生了最初的含有人工材料的复合材料。其中天然纤维称为增强材料，人工合成树脂称为基体材料。如在无线电通信设备和军事器械中常用的“电木”，就是用木粉、布、纸或其他纤维作为增强材料，经浸渍酚醛树脂层压而成的复合材料。玻璃钢中没有金属元素，更不是铁碳合金，它是一种复合材料。之所以称它为“玻璃钢”，是因为它具有钢一般的刚强性格，真可谓“不是钢，胜似钢”。 玻璃钢同一切复合材料一样，由两部分材料组成。一部分称为增强材料，在复合材料中起骨架作用；另一部分称为基体材料，在复合材料中起粘结作用。玻璃钢中的增强材料就是玻璃纤维。玻璃纤维是由熔融的玻璃拉成或吹成的无机纤维材料，其主要化学成分为二氧化硅、氧化铝、氧化硼、氧化镁、氧化钠等。制成的纤维有长丝、短丝及絮状物，直径一般为380微米，最粗也只有头发丝那样粗细。直径为10微米的玻璃纤维，抗拉强度为3600兆帕，相当于在每平方毫米的截面积上能承受360千克的拉力而不断。这种强度比高强度钢还高出2倍。 为什么拉成玻璃纤维后会有如此高的强度呢？大块玻璃强度不高，是因为其内部存在许多微裂缝、气孔和夹杂物等。如果把大块玻璃比作一块布满小洞的破布，把玻璃制成玻璃纤维就相当于把这块破布撕成许多细小的布条。我们知道，把破布随意撕成布条时总是在有洞的地方撕开，这样，撕下来的布条上小洞就减少了，就变得比破布还结实。玻璃纤维比一般玻璃强度高，甚至比钢还高，道理就在于此。玻璃钢的力学性能可在很大范围内进行设计，由于选用的材料不同，增强材料的铺设方向和方向差异，可以获得性能判别很大的复合材料，如单向玻纤增强环氧复合材料的拉伸强度可达1000MPa以上，比钢（建筑钢）的拉伸强度还高，选用碳纤维作增强材料，制得的玻璃钢弹性模量可以达到建筑钢材水平，而其密度却比钢材小45倍。更为突出的是玻璃钢在制造过程中，可以根据构件受力状况局部加强，这样既可提高结构的承载能力，又能节约材料的减轻自重。玻璃钢的表面光洁，可以配制成各种鲜艳的色彩，也可以制造出不同的花纹和图案，适宜制造各种装饰板、大型浮雕及工艺美术雕塑等。 透明玻璃钢的透光率达85%以上（与玻璃相似），其最大特点是不易破碎，能承受荷载。用于建筑工程时可以将结构、围护及采光三者综合设计，能够达到简化采光设计，降低工程造价之目的。建筑物的作用是能够防止由热传导、热对流引起的温度变化，给人们以良好的工作和休息环境。一般建筑材料的隔热性能较差，例如普通混凝土的导热系数为1.52.1W(mK)，红砖的导热系数为0.81 W(mK)，树脂基复合材料的夹层结构的导热系数为0.050.08 W(mK)，比普通红砖小10倍，比混凝土小20多倍。隔音效果好坏是评价建筑物质量的标准之一。但传统材料中，隔音效果好的建筑材料往往密度较大，隔热性差，运输和安装困难。玻璃钢的隔音性能虽然不很理想，但它有消逝振动音波及传播音波的作用，经过专门设计的夹层结构，可达到既隔音又隔热的双层效果。玻璃钢具有良好的绝缘性能，它不受电磁波作用，不反射无线电波。通过设计，可使其在很宽的频段内都具有良好的透微波性能，对电通讯系统的建筑物有特殊用途，如可用于制造雷达天线罩和各种机房。玻璃钢有很好的抗微生物作用和耐酸、碱、有机溶剂及海水腐蚀作用的能力。特别适用于化工建筑、地下建筑及水工建筑等工程。透水和吸水性 玻璃钢吸湿性很低，不透水，可以用于建筑工程中的防水、给水及排水等工程。用作承载结构的复合材料建筑制品有：柱、桁架、梁、基础、承重折板、屋面板、楼板等，这些玻璃钢构件，主要用于化学腐蚀厂房的承重结构、高层建筑及全玻璃钢-复合材料楼房大板结构。 玻璃钢围护结构制品有各种波纹板、夹层结构板，各种不同材料玻璃钢复合板，整体式和装配式折板结构和壳体结构。用作壳体结构的板材，它既是围护结构，又是承重结构。这些构件可用作工业及民用建筑的外墙板、隔墙板、防腐楼板、屋顶结构、遮阳板、天花板、薄壳结构和折板结构的组装构件。透光建筑制品有透明波形板、半透明夹层结构板、整体式和组装式采光罩等，主要用于工业厂房、民用建筑、农业温室及大型公用建筑的天窗、屋顶及围扩墙面采光等。 属于此类材料制品有门窗断面玻璃钢拉挤型材、平板、浮雕板、复合板等，一般窗框型材用树脂玻璃钢。复合材料门窗防水、隔热、耐化学腐蚀。用于工业及民用建筑，装饰板用作墙裙、吊顶、大型浮雕等。市政建设中给水、排水及污水处理工程中已大量使用复合材料制品，如各种规格的给水玻璃钢管、高位水箱、化粪池、防腐排污管等。属于此类产品的有浴盆、洗面盆、坐便盆，各种整体式、组装式卫生间等，广泛用于各类建筑的卫生工程和各种卫生间。属此类复合材料制品有冷却塔、管道、板材、栅板、风机、叶片及整体成型的采暖通风制品。工程上应用的中央空调系统中的通风厨、送风管、排气管、防腐风机罩等。如旋转餐厅屋盖、异形尖顶装饰屋盖、楼房加高、球形屋盖、屋顶花园、屋顶游泳池、广告牌和广告物等。 大跨度飞机库、各种尺寸的冷库、活动房屋、岗亭、仿古建筑、移动剧院、透微波塔楼、屏蔽房、防腐车间、水工建筑、防浪堤、太阳能房、充气建筑等。 玻璃钢在建筑中的其它用途还很多，如各种家具、马路上的阴井盖、公园和运动场座椅、海滨浴场活动更衣室、公园仿古凉亭等。玻璃钢衬里从基层角度来分，可分为钢基层衬玻璃钢和混凝土衬玻璃钢，这两种玻璃钢对基层的要求、胶结料配方、施工方法、施工间隔、玻璃钢结构、及养护都有所不同。这里主要讲述高性能玻璃钢的机理，根据复合树脂原理、新型固化剂、新型防锈颜料、无溶剂配方工艺、硅烷偶联剂等技术，使该产品与普通玻璃钢性能上有较大提高。 水泥砂浆或混凝土基层，必须坚固、密实、平整，坡度和强度符合设计要求，不应有起砂、起壳、裂缝、蜂窝、麻面等现象；平整度用2m直尺检查时，允许空隙不大于5mm；含水率在20mm厚度不大于6%，本方案采用湿固化配方可不受此限制；施工前，应将表面的浮灰、水泥渣及疏松部位清理干净；已被油脂和化学品污染的表面，须进行预处理。 玻璃钢防腐层：参照HGJ229和GB50212，防腐层设计为：二底油、三布六油、二面油、一砂（地面增加一砂防滑）工艺。底料应用环氧树脂稀油二道，使胶料湿润钢基层，或渗入水泥砂浆可达5mm，驱走水泥砂浆内的空气，提高了强度，与基层的接合得到保证。在衬布前，先刷喷一道环氧呋喃胺树脂胶料，铺平玻璃布、无气泡和空鼓后，再刷喷一道环氧呋喃胺树脂胶料，依此完成三布铺衬。面料为富树脂层，是耐蚀性关键部位，须饱满、无针孔、光泽亮丽。玻璃钢门窗，以优异的保温、隔音性能引起建筑领域的注重。玻璃钢门窗是以玻璃纤维及其制品为增强材料，以不饱和聚酯树脂为基体材料，通过拉挤工艺生产出空腹异型材，然后通过切割等工艺制成门窗框，再配上毛条、橡胶条及五金件制成成品门窗。上世纪90年代，随着玻璃钢门窗异型材拉挤和表面涂装工艺的突破，加拿大茵莱玻璃纤维公司等企业在此基础上率先成功研发出适用于北美地区的玻璃钢保温节能门窗。由于玻璃钢材料的特有优势，使门窗具有保温节能、密封隔音、结构精巧、美观高雅、坚固耐用、性能可靠、使用方便等突出优点，产品具有很大的市场吸引力，目前已迅速扩展到北美、西欧、日本、阿拉伯等国家和地区。 目前我国的玻璃钢门窗已经实现了工业规模化生产。玻璃钢拉挤门窗型材生产企业已有20多家，约有120条拉挤生产线，年产量约20万平方米。 我国玻璃钢门窗业虽然还处在起步阶段，但产业优势已经凸显出来，而且玻璃钢门窗性能上的优势，与建筑节能的要求相符合，这决定其必有可观的前景。 玻璃钢门窗成为建筑节能的新宠，在于它优良的性能。 作为继木、钢、铝、塑后又一新型门窗，玻璃钢门窗综合了其他类门窗的防腐、保温、节能性能，更具有自身的独特性能，在阳光直接照射下无膨胀，在严寒的气候下无收缩，轻质高强无需金属加固，耐老化使用寿命长，其综合性能优于其他类门窗。 业内人士指出，玻璃钢门窗具有六大特性： 轻质高强、密封性能佳、节能保温、尺寸稳定性好、耐候性好及色彩丰富。 轻质高强。玻璃钢门窗不需钢框为骨架，因其本身的高强度性能，完全靠自身就能支撑，抗压、抗折、不变形、不弯曲。既节省了钢材，又达到了使用目的。弥补了塑钢门窗强度低易变形的缺点。 保温隔热。数据显示，玻璃钢型材的导热系数是钢材的1/150，是铝材的1/650。玻璃钢门窗型材为空腹结构，具有空气隔热层，保温效果佳。优质玻璃钢门窗保温性能优于国家标准GB8484-87保温性能一级指标。采用玻璃钢双层玻璃保温窗，与其他窗户相比，冬季可提高室温3.526deg;C左右。据测算，一套100平方米的房子每年可以节省能源费1600元。 尺寸稳定、隔音性好。玻璃钢型材热变形温度为200，在冷热温差变化较大环境下，不易与建筑物及玻璃之间产生缝隙，可大大提高玻璃钢门窗的密封性能。此外，玻璃钢的树脂与玻璃纤维复合结构的振动阻尼很高，对声音的阻隔可达26-30分贝。玻璃钢管道。近年来，我国新建城市供水工程所用管材多数为金属管、预应力钢筋混凝土管。由于金属管需做防腐处理，长距离的管道防腐不但增加成本，而且质量难以保证；预应力钢筋混凝土管在运行中易出现爆管、渗漏等质量问题，节能效果较差。而玻璃钢管道由内衬层、结构层和外保护层构成，管道内衬层含有丰富的树脂，耐腐蚀且内壁光滑，输送介质摩阻系数小，结构层用玻璃纤维增强，为承受全部荷载的受力层，使用安全可靠。玻璃钢管道与金属管道等其他管道相比，输送介质时运行阻力小、能耗低。当输水量相同时，所需的玻璃钢管道的管径可至少小一个等级。如用相同管径的管道输送相同的水量，玻璃钢管的用电量可比钢管、铸铁管、水泥管低30%-40%，或在相同输送能耗下输送能力提高20%以上。玻璃钢管道的质量只有相同管径、相同长度钢管1/61/3，铸铁管的1/91/7，混凝土管的1/151/10，因此可大大降低施工费用。玻璃钢管道的生产能耗低，分别为功能相同钢管和铸铁管的66.7%和22.3%。采用玻璃钢管可使整体工程造价降低20%-30%。河南理工大学等研发的高强双抗煤矿玻璃钢管道已在河南平顶山、山东兖州及河北邯郸等较大的煤矿企业推广使用，吨煤成本明显降低。高压玻璃钢管在大庆、胜利等油田得以广泛使用。以武汉理工大学为代表研制的纤维缠绕夹砂玻璃钢管道生产技术装备已达到目前国外同类技术装备水平。 近几年我国城市供水量逐年增加，各项费用也在逐年提高。若修建一个供水量30万t/d的水厂，一般需要2条直径1.6m以上的管道，而修建一个50万t/d的水厂，需要2条直径2m以上的管道，如果用玻璃钢管敷设，可为国家节约大量的能源。玻璃钢管在城市旧排水管道改造工程中有着独特的优越性，根据国外的经验，在要改造的旧排水管断面中可引入小于原管直径的玻璃钢管，这样既不影响排水，又不用拆除管道。目前我国城市有很多排水管道因年久失修需要改造和更换，玻璃钢管道在城市给排水管道改造中将会得到广泛的应用。 玻璃钢窗框和门板。从能源流失来看，房屋建筑的能源损失中30%是通过门窗流失的，尤其是公共建筑的窗墙比高达70%，更加大了能源的损失。因此，门窗节能在整个节能建筑中起到至关重要的作用。玻璃钢窗框通过拉挤生产出空腹型材，经过切割、组装、喷涂等工序而制成。玻璃钢窗框既有钢、铝门窗的坚固性，又有一半塑钢窗的耐腐蚀、保温、节能性能，更具有自身独特的隔音、抗老化、尺寸稳定等性能，被誉为21世纪建筑窗框的绿色产品。玻璃钢窗框轻质高强，其拉伸强度为350MPa以上，弯曲强度为260MPa以上，为铝合金的2倍、塑钢的45倍，从而弥补了塑钢窗框强度低、易变形的缺点。玻璃钢窗框的热绝缘系数为9.96 K/w，远大于塑钢窗框和隔热断 桥铝合金窗框的热绝缘系数(分别为5.93、0.16 K/w)。优质玻璃钢窗框的保温性能优于国家标准(GB8484一1987)中规定的保温性能一级指标。玻璃钢窗框尺寸稳定、隔音性好。玻璃钢型材热变形温度为200，线胀系数与建筑物和玻璃相当，在冷热温差变化较大环境下，不易与建筑物及玻璃之间产生缝隙，可大大提高玻璃钢窗框的密封性能。据有关部门检测，优质玻璃钢窗框型材符合GB一185842001建筑材料放射性核素限量规定的各项有害物质限量指标。 我国建筑窗框行业形成了以塑钢窗为主的产品结构体系，也是建筑窗框产量最多的国家。目前全国城镇建筑市场的窗框需求量已经达到2亿，由于玻璃钢窗框特有的保温、节能等优点，目前已得到社会各界的认可和国家有关部门的重视和支持，在国内玻璃钢窗框享有品牌声誉和出口海外可数北京建工茵莱玻璃钢制品有限公司。该公司于2007年前引进了加拿大Inline公司的玻璃钢窗框技术后，一丝不苟、精益求精，达到年产10万平方米的能力，累计出口型材10多万平方米。其高性能玻璃钢窗框落户南极中山站。据茵莱公司提供数据，与金属窗户相比，一套100平方的住宿每年可节省能源费用1600元。 玻璃钢门板在轻质、保温方面优于木门板和金属门板。但从门板的经济性方面来看，作为内门用比木门板价高；作为外门板与金属门相比而不耐冲击，因此在住宅区很难得到推广应用。目前玻璃钢门板制造企业国内不到六家，以SMC模成型工艺为主，出口的形式主要为门片，出口主要厂家有山东淄博超力公司和无锡陆通公司。玻璃钢门板和窗框在国内发展的步伐不快，并不是没有市场。许多企业缺乏扎扎实实的市场调研和深入细致的推广应用工作，导致这一产品长期徘徊不前。八年前，河北近十多家玻璃钢企业投资了数十条拉挤生产线开发窗框，如今荡然无存。其主要教训是市场信息模糊炒概念，急于求成而无论证，影响了玻璃钢窗框的推广应用。 玻璃钢屋面节能。屋面的节能不只是屋面表面的黑与白(反射性)，也不限于选用某个屋面系统的问题，而应当考虑整个屋面系统，其中保温是一个重要的方面。在气候寒冷地区，往往屋面保温产生的节能效果比屋面反射率的作用更加明显。屋面反射只有在夏天有太阳的时候才能发挥作用，而保温则是一年365天始终起作用的。 屋面保温的效果关键取决于保温材料，其保温性能由R值决定；有些材料的R值会随时间而降低，因而还需要知道其长期热阻性能指标LTTR；另外，还要考虑尺寸的稳定性和强度等。过去，聚异氰脲酸酯保温材料在生产中使用的发泡剂CFC和HCFC会对大气臭氧层造成危害，根据蒙特利尔公约，美国规定，到2002年底禁止生产和进口HCFC发泡剂。如今，全美国保温材料制造商已经完成从HCFC向新一代发泡剂戊烷的转变。膨胀聚苯乙烯(EPS)和挤出聚苯乙烯(XPS)保温材料在制造过程中不会向大气散发CFC和HCFC，对环保有利，而且可以重复使用；XPS的吸水速度极低，甚至在使用了几十年以后还可以重新使用，从而费用减少，产生的废物也最少。关于玻璃棉保温材料对健康的影响，总的结论是，这种材料在制造和使用方面是安全的。把玻璃钢材料用于屋面节能仅仅开始。据河北省枣强县科技局提供信息，该局已与河北商祺公司在玻璃钢屋面节能方面开展科技合作和推广应用。其节能保温隔热技术包括抗老化SMC屋瓦和PU保温隔热层及其安装技术。商祺公司经过一年多开发，已批量投放市场。对一些旧房屋面的改造，新型屋面建筑和古建筑修缮上起到了非常好的效果。 玻璃钢复合材料在建筑节能的应用市场十分宽广，采暖通风工程中，玻璃钢已用于制造冷却塔、通风厨、送风管、排气管、栅板、防腐风机罩等；另外，玻璃钢在冷库、活动房屋、岗亭、仿古建筑、移动剧院、透微波塔楼、屏蔽房、水箱、井盖、电缆桥架等领域也得到广泛应用。随着我国城镇化进程的加快，建筑业投资越来越多，我国“十一五”规划中明确指出，从2005年起，新建采暖居住建筑应在此前国家节能要求的基础上再提高30%，建设部在节能专项规划中指出，“十一五”期间25%既有建筑要进行改造。建筑节能改造和供热系统的改造巨大工作量，带来玻璃钢的市场前景广阔，绿色环保、阻燃、节能型的新型建筑材料必将大有作为