GRPGRC材料在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

劉維翰 王潤(rùn)生

(青島理工大學(xué)建筑學(xué)院，山東 青島 266033)

GRPGRC材料在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

劉維翰 王潤(rùn)生

(青島理工大學(xué)建筑學(xué)院，山東 青島 266033)

簡(jiǎn)要介紹了GRPGRC材料的性能與分類(lèi)，結(jié)合GRPGRC材料在建筑上的應(yīng)用范圍，分析了其在不同國(guó)家中建筑領(lǐng)域的應(yīng)用情況，并總結(jié)歸納了建筑中應(yīng)用GRPGRC材料應(yīng)注意的問(wèn)題，為其推廣應(yīng)用提供參考依據(jù)。

GRPGRC材料，建筑，應(yīng)用，結(jié)構(gòu)

1 GRPGRC材料的概述

1.1 概述

玻璃鋼材料亦稱(chēng)為GRPGRC材料增強(qiáng)塑料。玻璃鋼是開(kāi)發(fā)較早的一種復(fù)合材料,具有非常明顯的功能特色。與金屬材料或其他無(wú)機(jī)材料比較,它重量輕、比強(qiáng)度高、耐腐蝕、電絕緣、傳熱慢、隔音、防水，是一種兼具功能和布局功能的新型材料。它是由合成材料發(fā)展起來(lái)的一種新型復(fù)合材料。通常，GRPGRC材料可分為兩大類(lèi):一類(lèi)是以熱固性樹(shù)脂為基體的GRPGRC材料增強(qiáng)塑料，另一類(lèi)則以熱塑性樹(shù)脂為基體。在1974年以前，各國(guó)的GRPGRC材料產(chǎn)量增長(zhǎng)十分迅速，它在建筑部門(mén)的應(yīng)用，則占有較大的比例。1974年起，資本主義國(guó)家普遍受到石油危機(jī)的打擊，影響了GRPGRC材料的發(fā)展，1976年以后，又有所好轉(zhuǎn)。GRPGRC材料的原材料主要是GRPGRC材料和樹(shù)脂兩大類(lèi)。

1.2 GRPGRC材料在建筑上的應(yīng)用范圍

與傳統(tǒng)建筑材料相比，GRPGRC材料有一系列獨(dú)特的性能，所以在建筑工業(yè)中，其應(yīng)用范圍很廣。它可以用作建筑物的采光材料、圍護(hù)材料、裝飾裝修材料、給排水工程材料、采暖通風(fēng)材料及土木工程材料等。一般來(lái)說(shuō)，GRPGRC材料制品中，按其在建筑上的應(yīng)用情況來(lái)看，板式制品占有主導(dǎo)地位。如圖1所示，用GRPGRC材料制作的波形瓦、窗框、門(mén)、落水斗、落水管，隔墻、地面、裝飾面板、活動(dòng)房屋、混凝土模具，衛(wèi)生潔具以及通風(fēng)與空調(diào)設(shè)備，道路燈具和路標(biāo)，浮雕裝飾等已開(kāi)始用于民用及工業(yè)建筑中。它不僅代替了磚瓦、灰砂石以及金屬、木材等，而且制成的產(chǎn)品輕盈美觀，色彩豐富、經(jīng)久耐用。原材料供應(yīng)不足以及價(jià)格較貴等原因，所以用量不大，應(yīng)用范圍有限[1]。但是，隨著石油化學(xué)工業(yè)、建筑工業(yè)及其他工業(yè)的飛躍發(fā)展，GRPGRC材料在建筑中應(yīng)用一定會(huì)出現(xiàn)一個(gè)嶄新的局面。

根據(jù)具體的工程需要，通過(guò)對(duì)GRPGRC材料的選擇，隨著時(shí)間的不斷推移，人們對(duì)地理環(huán)境改造能力的不斷加強(qiáng)以及科技的進(jìn)步，讓許多不同地方的石材可以用馬車(chē)等工具運(yùn)送到不同的地區(qū)去，并且人們?cè)絹?lái)越集中地遷徙到較為平坦的地面去居住，而這就很大程度上給予了建筑師施展才華的空間，讓他們很好的利用他們擁有的一切材料以及空間來(lái)創(chuàng)造出一件完美的藝術(shù)品。建筑材料的發(fā)展，對(duì)建筑技術(shù)和建筑結(jié)構(gòu)形式的發(fā)展起著十分重要的作用，而建筑技術(shù)和新結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步發(fā)展，又對(duì)建筑施工和建筑材料都提出了新的要求：建筑設(shè)計(jì)、施工要求標(biāo)準(zhǔn)化、裝配化、機(jī)械化，建筑材料要求預(yù)制、輕質(zhì)、高強(qiáng)、多功能。

1.3 GRPGRC材料建筑材料的特性

GRPGRC材料具有復(fù)合材料的典型特點(diǎn)和一些顯著的優(yōu)點(diǎn)。在這里我們對(duì)GRPGRC材料在建筑上應(yīng)用的主要特點(diǎn)，作一簡(jiǎn)單的介紹。

工業(yè)化生產(chǎn)的可能性和成型工藝的靈活性。GRPGRC材料的原材料來(lái)源豐富。作為GRPGRC材料的主要原料之一——合成樹(shù)脂，幾乎完全可以由石油化工產(chǎn)品獲得。而GRPGRC材料的原料，也是十分易得的，所以，工業(yè)化生產(chǎn)GRPGRC材料，是完全可能的，而且也應(yīng)該迅速擴(kuò)大。如圖2所示，GRPGRC材料制品設(shè)計(jì)的靈活性強(qiáng)，成型方法多種多樣，對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的制品，可以容易地一次成型，而且制品的整體性好。由于重量輕，可以制造大型產(chǎn)品[2]。

GRPGRC材料的某些特性，如耐腐蝕性，透微波性，輕質(zhì)高強(qiáng)等是傳統(tǒng)的建筑材料所無(wú)法比擬的。如果發(fā)揮GRPGRC材料的這些特性，將GRPGRC材料應(yīng)用于一些特種建筑物上，例如防腐蝕建筑、微波通訊建筑、大跨度輕型建筑等，那么不論就建筑物的使用效果看，還是從建筑物的造價(jià)看，都大大優(yōu)于傳統(tǒng)的建筑材料。我國(guó)目前優(yōu)先研制特種建筑，是可行的。同時(shí)，通過(guò)對(duì)于特種建筑的研制，亦可為GRPGRC材料在建筑業(yè)中的推廣使用，積累豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

2 GRPGRC材料在不同國(guó)家中總體應(yīng)用狀況

GRPGRC材料在不同的國(guó)家具有不同的應(yīng)用市場(chǎng)分布。根據(jù)各領(lǐng)域應(yīng)用GRPGRC材料量的多少，列出了美國(guó)等幾個(gè)國(guó)家及我國(guó)GRPGRC材料應(yīng)用量最大的前三個(gè)領(lǐng)域。

美國(guó)也在大力發(fā)展GRPGRC制品，1989年的市場(chǎng)規(guī)模為0.9億美元，美國(guó)在修建上使用的非承重外墻模板、永久性模板，累計(jì)已達(dá)300萬(wàn)時(shí)。GRPGRC材料產(chǎn)量增長(zhǎng)十分迅速，它在建筑部門(mén)的應(yīng)用，則占有較大的比例。1974年起，資本主義國(guó)家普遍受到石油危機(jī)的打擊，影響了GRPGRC材料的發(fā)展，1976年以后，又有所好轉(zhuǎn)。GRPGRC材料的原材料主要是GRPGRC材料和樹(shù)脂兩大類(lèi)。從國(guó)外情況來(lái)看，GRPGRC材料用的GRPGRC材料主要是池窯拉制的粗纖維。

3 在建筑上應(yīng)用GRPGRC材料應(yīng)注意的問(wèn)題

GRPGRC材料固然有很多突出的優(yōu)點(diǎn)，但與傳統(tǒng)建筑材料相比，總是有不少差異。何況任何材料總不能十全十美，總還存在某些缺點(diǎn)。所以在建筑上應(yīng)用GRPGRC材料時(shí)，也應(yīng)該考慮到這些問(wèn)題。

3.1 材料彈性模量的一些變化

深化對(duì)“雙保險(xiǎn)”的技能道路的研討，進(jìn)步其理論和實(shí)習(xí)水平，國(guó)外在GRC的研討和生產(chǎn)中，大多數(shù)走的是選用抗堿玻璃纖維增強(qiáng)一般硅酸鹽水泥的道路。眾所周知，一般硅酸鹽水泥在水化過(guò)程中產(chǎn)生很多的Ca(OH)2，硬化體乳溶液之堿度較高，給抗堿玻璃纖維帶來(lái)危害，嚴(yán)重影響著制品的耐久性。

采用波形、折板形的形式，雙曲面結(jié)構(gòu)、拱形結(jié)構(gòu)一類(lèi)的薄殼結(jié)構(gòu)以及夾層結(jié)構(gòu)等，以克服材料本身剛性差的缺點(diǎn)。避免不適當(dāng)?shù)匮赜脗鹘y(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，片面地從增加材料厚度的角度，來(lái)試圖達(dá)到構(gòu)件剛性的目的，以免使原材料的成本不合理地增加。一些傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，對(duì)于GRPGRC材料來(lái)說(shuō)，可能是不合理的。根據(jù)目前使用情況來(lái)看，只要在結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)得合理，完全可以由GRPGRC材料制品得到十分堅(jiān)固的建筑物。另外，在構(gòu)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該充分利用GRPGRC材料成型的整體性這一特點(diǎn)，以利于一次成型，從而增加構(gòu)件的強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，縮短施工時(shí)間等。

3.2 材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

高性能GRPGRC幕墻板按結(jié)構(gòu)形式不一樣可分為單層板、帶肋板和結(jié)構(gòu)板三種。單層板由特殊裝修層和GRPGRC結(jié)構(gòu)層構(gòu)成，板厚20 mm～30 mm。單層板的幅面較小，通常小于3 m2。其中，平板可按固定標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)化生產(chǎn)，價(jià)格低廉。該商品選用石材背栓連接方式，易于推行運(yùn)用(詳見(jiàn)圖3)。帶肋板的幅面尺寸在6 m2以?xún)?nèi)(詳見(jiàn)圖4)。

同時(shí)，這種連接形式還是一種理想的柔性連接形式，它可通過(guò)“廠形鋼筋的擺動(dòng)有效地消除GRPGRC板面因溫濕度變形產(chǎn)生的應(yīng)力(見(jiàn)圖5)。

3.3 燃燒性能及防火問(wèn)題

當(dāng)采用自熄性材料制成GRPGRC材料時(shí)，其滅火性能有所改善，也不會(huì)由于燃燒時(shí)產(chǎn)生有毒氣體而增加其危險(xiǎn)性。當(dāng)然，最理想的是能像混凝土一樣，不可燃燒，但目前還不可能做到。

GRPGRC材料的力學(xué)性能優(yōu)良，對(duì)于某些工藝成型的產(chǎn)品，達(dá)到或超越一般鋼材的水平；再加上GRPGRC材料比重僅為鋼材的1/4，所以，GRPGRC材料制品的比強(qiáng)度更高，甚至優(yōu)于A3鋼。框架布局便是從布局上戰(zhàn)勝混合布局的某些缺陷，但從材料上來(lái)說(shuō)，仍然與現(xiàn)代建筑工業(yè)的要求不相適應(yīng)。建筑材料的發(fā)展，對(duì)建筑技術(shù)和建筑結(jié)構(gòu)形式的發(fā)展起著十分重要的作用，而建筑技術(shù)和新結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步發(fā)展，又對(duì)建筑施工和建筑材料都提出了新的要求：建筑設(shè)計(jì)、施工要求標(biāo)準(zhǔn)化、裝配化、機(jī)械化，建筑材料要求預(yù)制、輕質(zhì)、高強(qiáng)、多功能。GRPGRC材料建材產(chǎn)品可在酸、堿、鹽、溶劑等絕大多數(shù)的腐蝕環(huán)境中使用。這一特性是其他建材產(chǎn)品，特別是金屬建材產(chǎn)品所無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。

4 結(jié)語(yǔ)

GRPGRC材料具有一系列優(yōu)異的性能，較傳統(tǒng)的建筑材料優(yōu)越得多。GRPGRC材料性能好，可以制成各種結(jié)構(gòu)形式的預(yù)制件，也可以現(xiàn)場(chǎng)施工；重量輕而比強(qiáng)度高，可以在滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的情況下，大大減輕建筑物的自重；具有獨(dú)特的耐化學(xué)腐蝕作用，適應(yīng)化工部門(mén)的特殊要求；可以制成各種標(biāo)準(zhǔn)制件，在建筑施工過(guò)程中，直接裝配組合，大大提高施工速度；具有獨(dú)特的透光性，可以同時(shí)作為采光材料使用，可以采用各種方法，制成裝飾性材料。

[1] 薛甫友，崔朝棟，蘭淑青.對(duì)GRPGRC材料在工程開(kāi)發(fā)利用中的建議[J].建筑技術(shù)，2012,2(1):9-10.

[2] 侯君偉.我國(guó)GRPGRC材料技術(shù)的發(fā)展[J].建筑技術(shù)，2012,3(8):568-570.

[3] 李一平，薛 紅.淺析GRPGRC材料規(guī)范使用的要點(diǎn)[J].四川建筑，2011,1(4):58-59.

[4] 糜嘉平.國(guó)內(nèi)外GRPGRC材料在工程應(yīng)用中的發(fā)展概況[Z].2011.

[5] 朱航征.幾種國(guó)外新型GRPGRC材料的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用[J].建筑技術(shù)開(kāi)發(fā)，2011,8(11):56-59.

Application of GRPGRC material in building design

LIU Wei-han WANG Run-sheng

(CollegeofBuilding,QingdaoUniversityofTechnology,Qingdao266033,China)

The thesis briefly introduces the performance and classification of GRPGRC material. Combining with the application scope of GRPGRC material in building, it analyzes its application conditions in construction field of different countries, and summarizes matters needing attention in GRPGRC material application in building, which has provided some guidance for its wide application.

GRPGRC material, building, application, structure

1009-6825(2014)22-0117-02

2014-05-16

劉維翰(1989- )，男，在讀碩士； 王潤(rùn)生(1965- )，男，教授

TU502

A