本文摘要：建筑復(fù)合材料在建筑節(jié)能中得到廣泛應(yīng)用，本篇建筑學中級職稱論文分析了建筑用復(fù)合材料的功用范圍及應(yīng)用現(xiàn)狀。建筑工業(yè)在國民經(jīng)濟中占有很重要的地位，不論是哪一個國家，建筑工業(yè)是國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)之一。隨著社會的進步,人們對居住面積、房屋質(zhì)量和娛樂設(shè)
建筑復(fù)合材料在建筑節(jié)能中得到廣泛應(yīng)用，本篇建筑學中級職稱論文分析了建筑用復(fù)合材料的功用范圍及應(yīng)用現(xiàn)狀。建筑工業(yè)在國民經(jīng)濟中占有很重要的地位，不論是哪一個國家，建筑工業(yè)是國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)之一。隨著社會的進步,人們對居住面積、房屋質(zhì)量和娛樂設(shè)施等提出越來越高的要求, 這就是推動建筑工業(yè)改革發(fā)展的動力。
《復(fù)合材料學報》本刊主要刊載我國復(fù)合材料基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究方面具有創(chuàng)造性、高水平和具有重要意義的最新研究成果的論文。刊載范圍:纖維、織物、顆粒或晶須增強聚合物基、金屬基、陶瓷基等復(fù)合材料及其復(fù)合薄膜或復(fù)合涂層材料(包括：結(jié)構(gòu)、功能、生物骨結(jié)構(gòu)、電子、建筑等復(fù)合材料)的制備、性能、設(shè)計等，以促進國內(nèi)外復(fù)合材料研究領(lǐng)域的學術(shù)交流及先進復(fù)合材料的推廣應(yīng)用。
隨著社會的進步, 人們對居住面積、房屋質(zhì)量和娛樂設(shè)施等提出越來越高的要求, 已成為推動建筑工業(yè)改革發(fā)展的動力。建筑工業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展方向是改善施工條件, 加快建設(shè)進度。復(fù)合材料應(yīng)用于建筑領(lǐng)域,相比傳統(tǒng)的鋼鐵和混凝土結(jié)構(gòu)，性能更佳，壽命更長,可以超過一百年。建筑業(yè)是基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè), 在國民經(jīng)濟中占有重要的地位。目前, 由于人類所面臨的資源、能源短缺以及環(huán)境保護的壓力, 迫使人們用現(xiàn)代科學技術(shù)改革傳統(tǒng)建材, 用纖維增強復(fù)合材料替代傳統(tǒng)建材便是一種行之有效的方法。在各種類型的建筑中開發(fā)并推廣使用復(fù)合材料已引起國內(nèi)外建筑界人士的普遍關(guān)注。
一、建筑用復(fù)合材料的功用范圍
復(fù)合材料是由兩種或兩種以上不同性質(zhì)的材料，通過物理或化學的方法，在宏觀上組成具有新性能的材料。各種材料在性能上互相取長補短，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，使復(fù)合材料的綜合性能優(yōu)于原組成材料而滿足各種不同的要求。復(fù)合材料的基體材料分為金屬和非金屬兩大類。金屬基體常用的有鋁、鎂、銅、鈦及其合金。非金屬基體主要有合成樹脂、橡膠、陶瓷、石墨、碳等。增強材料主要有玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、芳綸纖維、碳化硅纖維、石棉纖維、金屬絲和硬質(zhì)細粒等。
隨著建筑工業(yè)的迅速發(fā)展，環(huán)保復(fù)合材料越來越多地被用于建筑工程結(jié)構(gòu)中：
承載結(jié)構(gòu)用作承載結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料建筑制品有：柱、桁架、梁、基礎(chǔ)、承重折板、屋面板、樓板等，這些復(fù)合材料構(gòu)件，主要用于化學腐蝕廠房的承重結(jié)構(gòu)、高層建筑及全玻璃鋼-復(fù)合材料樓房大板結(jié)構(gòu)。復(fù)合材料圍護結(jié)構(gòu)制品有各種波紋板、夾層結(jié)構(gòu)板，各種不同材料復(fù)合板，整體式和裝配式折板結(jié)構(gòu)和殼體結(jié)構(gòu)。
用作殼體結(jié)構(gòu)的板材，它既是圍護結(jié)構(gòu)，又是承重結(jié)構(gòu)。這些構(gòu)件可用作工業(yè)及民用建筑的外墻板、隔墻板、防腐樓板、屋頂結(jié)構(gòu)、遮陽板、天花板、薄殼結(jié)構(gòu)和折板結(jié)構(gòu)的組裝構(gòu)件。透光建筑制品有透明波形板、半透明夾層結(jié)構(gòu)板、整體式和組裝式采光罩等，主要用于工業(yè)廠房、民用建筑、農(nóng)業(yè)溫室及大型公用建筑的天窗、屋頂及圍擴墻面采光等。門窗裝飾材料屬于此類材料制品有門窗斷面復(fù)合材料拉擠型材、平板、浮雕板、復(fù)合板等，一般窗框型材用樹脂玻璃鋼。
二、建筑工程中的木塑復(fù)合材料
木塑復(fù)合材料是國內(nèi)外近年蓬勃興起的一類新型復(fù)合材料，指利用聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯等，代替通常的樹脂膠粘劑，與超過50%以上的木粉、稻殼、秸稈等廢植物纖維混合成新的木質(zhì)材料，再經(jīng)擠壓、模壓、注射成型等塑料加工工藝，生產(chǎn)出的板材或型材。主要用于建材、家具、物流包裝等行業(yè)。將塑料和木質(zhì)粉料按一定比例混合后經(jīng)熱擠壓成型的板材，稱之為擠壓木塑復(fù)合板材。木塑復(fù)合材料的基礎(chǔ)為高密度聚乙烯和木質(zhì)纖維，決定了其自身具有塑料和木材的某些特性。木塑復(fù)合材料是一個舶來品，20 世紀90年代末從北美引入中國。這種材料不僅在性能上集合了木材和塑料的雙重優(yōu)點，更重要的是低碳環(huán)保特征顯著。研究數(shù)據(jù)顯示，使用1 噸木塑材料，相當于減排1.82 噸二氧化碳，減少1 立方米的森林砍伐，節(jié)約80 桶原油，節(jié)約11 噸標準煤。
木塑復(fù)合材料內(nèi)含塑料和纖維，除具有與木材相類似的加工性能外，還具有較好的彈性模量。由于內(nèi)含纖維并經(jīng)與塑料充分混合，因而具有與硬木相當?shù)目箟骸⒖箯澢任锢頇C械性能，并且其耐用性明顯優(yōu)于普通木質(zhì)材料。表面硬度高，一般是木材的2 ～ 5 倍。
木塑復(fù)合材料及其產(chǎn)品與木材相比，可抗強酸堿、耐水、耐腐蝕，并且不繁殖細菌，不易被蟲蛀、不長真菌。使用壽命長，可達50 年以上。木塑復(fù)合材料通過助劑，塑料可以發(fā)生聚合、發(fā)泡、固化、改性等改變，從而改變木塑材料的密度、強度等特性，還可以達到抗老化、防靜電、阻燃等特殊要求。木塑復(fù)合材料具有紫外線光穩(wěn)定性、著色性良好：其最大優(yōu)點就是變廢為寶，并可100% 回收再生產(chǎn)。可以分解，不會造成“白色污染”，是真正的綠色環(huán)保產(chǎn)品。木塑復(fù)合材料原料來源廣泛：生產(chǎn)木塑復(fù)合材料的塑料原料主要是高密度聚乙烯或聚丙烯，木質(zhì)纖維可以是木粉、谷糠或木纖維，另外還需要少量添加劑和其他加工助劑。木塑復(fù)合材料可以根據(jù)需要，制成任意形狀和尺寸大小。隨著對木塑復(fù)合材料的研發(fā)，生產(chǎn)木塑復(fù)合材料的塑料原料，除了有高密度聚乙烯或聚丙烯以外，還有聚氯乙烯和PS。工藝也由最早的單螺桿擠出機發(fā)展成第二代錐形雙螺桿擠出機，再到由平行雙螺桿擠出機初步造粒，再由錐形螺桿擠出成型，可以彌補難以塑化，抗老化性差、抗蠕變性差、色彩的一致性和持久性差和拉伸強度低的特點。
正是由于具有上述特點，木塑復(fù)合材料早在“十一五”期間就受到了高度重視。2008 年，木塑復(fù)合材料首次在北京奧運會上亮相，打出了一張靚麗的公眾名片。之后，木塑復(fù)合材料又在上海世博會、廣州亞運會等大型公眾活動中頻頻出現(xiàn)，一次又一次地向世人展示了這一新材料的風采。這些示范作用，極大帶動了木塑復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)在中國的發(fā)展，同時也引起了國家相關(guān)管理部門的重視。“十一五”以來，木塑復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)中有60 多個項目獲得了相關(guān)部委的支持。2011 年，中國的木塑復(fù)合材料產(chǎn)量超過70 萬噸，近年來年均增長率超過20%，主流生產(chǎn)企業(yè)達500 多家，近30% 的產(chǎn)品出口到歐美。
隨著人們對環(huán)境即資源保護重視程度的逐漸提高，以廢舊物資回收和資源綜合利用為核心的循環(huán)型經(jīng)濟發(fā)展模式已成為世界經(jīng)濟發(fā)展的趨勢。大力開發(fā)資源循環(huán)利用技術(shù)，將對國民經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生深遠影響。而利用廢舊塑料和木制纖維生產(chǎn)木塑復(fù)合材料制品正符合了這一趨勢。在國內(nèi)，每年產(chǎn)生的各種廢舊塑料和木制纖維廢料數(shù)量可觀。但由于國內(nèi)木塑市場尚處起步階段，木塑制品在國內(nèi)還沒有大面積推廣。因此，木塑復(fù)合材料及其制成品的發(fā)展空間十分巨大。據(jù)樂觀估計，“十二五”期間木塑復(fù)合材料年產(chǎn)量有望達到500 萬噸左右，產(chǎn)值超過600 億元。如果能充分利用現(xiàn)有條件，較好地借鑒國內(nèi)外木塑制造新技術(shù)，未來的新型木塑復(fù)合材料完全有可能成為木材、金屬、塑料、陶瓷、水泥、玻璃等傳統(tǒng)材料的有力競爭者，進而擴展成為產(chǎn)值達數(shù)千億元的新興產(chǎn)業(yè)，不僅可以為國內(nèi)循環(huán)經(jīng)濟和資源節(jié)約作出貢獻，而且還可能為全球材料領(lǐng)域帶來一場綠色革命。
三、玻璃鋼復(fù)合材料在建筑節(jié)能中的應(yīng)用
玻璃鋼復(fù)合材料憑借其優(yōu)異的性能，也在建筑節(jié)能方面的應(yīng)用日益受到人們的青睞。
近年來，我國新建城市供水工程所用管材多數(shù)為金屬管、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管。由于金屬管需做防腐處理,長距離的管道防腐不但增加成本, 而且質(zhì)量難以保證;預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管在運行中易出現(xiàn)爆管、滲漏等質(zhì)量問題,節(jié)能效果較差。而玻璃鋼管道由內(nèi)襯層、結(jié)構(gòu)層和外保護層構(gòu)成,管道內(nèi)襯層含有豐富的樹脂,耐腐蝕且內(nèi)壁光滑, 輸送介質(zhì)摩阻系數(shù)小, 結(jié)構(gòu)層用玻璃纖維增強,為承受全部荷載的受力層, 使用安全可靠。玻璃鋼管道與金屬管道等其他管道相比，輸送介質(zhì)時運行阻力小、能耗低。當輸水量相同時，所需的玻璃鋼管道的管徑可至少小一個等級。如用相同管徑的管道輸送相同的水量，玻璃鋼管的用電量可比鋼管、鑄鐵管、水泥管低30% ～ 40%，或在相同輸送能耗下輸送能力提高20%以上。玻璃鋼管道的質(zhì)量只有相同管徑、相同長度鋼管1/6 ～ 1/3，鑄鐵管的1/9 ～ 1/7，混凝土管的1/15 ～1/10，因此可大大降低施工費用。玻璃鋼管道的生產(chǎn)能耗低,分別為功能相同鋼管和鑄鐵管的66.7% 和22.3%。采用玻璃鋼管可使整體工程造價降低20% ～ 30%。目前我國城市有很多排水管道因年久失修需要改造和更換，玻璃鋼管道在城市給排水管道改造中將會得到廣泛的應(yīng)用。
從能源流失來看, 房屋建筑的能源損失中30% 是通過門窗流失的, 尤其是公共建筑的窗墻比高達70%, 更加大了能源的損失。因此,門窗節(jié)能在整個節(jié)能建筑中起到至關(guān)重要的作用。玻璃鋼窗框通過拉擠生產(chǎn)出空腹型材, 經(jīng)過切割、組裝、噴涂等工序而制成。玻璃鋼窗框既有鋼、鋁門窗的堅固性, 又有塑鋼窗的耐腐蝕、保溫、節(jié)能性能, 更具有自身獨特的隔音、抗老化、尺寸穩(wěn)定等性能, 被譽為21 世紀建筑窗框的綠色產(chǎn)品。玻璃鋼窗框輕質(zhì)高強, 其拉伸強度為350 兆帕以上,彎曲強度為260 兆帕以上, 為鋁合金的2 倍、塑鋼的4 ～ 5 倍, 從而彌補了塑鋼窗框強度低、易變形的缺點。玻璃鋼窗框的熱絕緣系數(shù)為9.96m2.K/w, 遠大于塑鋼窗框和隔熱斷橋鋁合金窗框的熱絕緣系數(shù)。優(yōu)質(zhì)玻璃鋼窗框的保溫性能優(yōu)于國家標準中規(guī)定的保溫性能一級指標。玻璃鋼窗框尺寸穩(wěn)定、隔音性好。玻璃鋼型材熱變形溫度為200℃，線脹系數(shù)與建筑物和玻璃相當, 在冷熱溫差變化較大環(huán)境下，不易與建筑物及玻璃之間產(chǎn)生縫隙，可提高玻璃鋼窗框的密封性能。
我國建筑窗框行業(yè)形成了以塑鋼窗為主的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)體系，也是建筑窗框產(chǎn)量最多的國家。目前全國城鎮(zhèn)建筑市場的窗框需求量已經(jīng)達到2 億平方米，由于玻璃鋼窗框特有的保溫、節(jié)能等優(yōu)點，目前已得到社會各界的認可和國家有關(guān)部門的重視和支持。
玻璃鋼復(fù)合材料在建筑節(jié)能的應(yīng)用市場十分寬廣，采暖通風工程中，玻璃鋼已用于制造冷卻塔、通風廚、送風管、排氣管、柵板、防腐風機罩等;另外，玻璃鋼在冷庫、活動房屋、崗?fù)ぁ⒎鹿沤ㄖ⒁苿觿≡骸⑼肝⒉ㄋ䴓恰⑵帘畏俊⑺洹⒕w、電纜橋架等領(lǐng)域也得到廣泛應(yīng)用。
四、環(huán)保復(fù)合材料在建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用趨勢
復(fù)合材料日益在大型商業(yè)結(jié)構(gòu)中獲用，以增添建筑色彩。位于意大利米蘭機場的新喜來登酒店因其用玻璃纖維復(fù)合材料制作的曲面墻面板的獨特外觀非常吸引人眼球。中國上海世博會中埃及館的創(chuàng)新設(shè)計堪稱獨樹一幟，其外部和內(nèi)部曲面以及拱形入口用手糊成型的阻燃玻璃纖維復(fù)合材料制成。世博會中另一個館的屋頂由透光的FRP 板構(gòu)成。FRP 板能透過近90% 的自然光線，可減少對電照明的需求。所用屋面板的面積超過15 979 平方米，是用玻璃纖維增強樹脂制成。
目前國內(nèi)生產(chǎn)的建筑用板材多是使用木屑加尿醛素作粘合劑，其中的甲醛對人身傷害較大，并且無法重復(fù)使用。而且我國是森林資源十分匱乏的國家，年木材缺口高達300 萬立方米，更加大了市場對代木材料的需求。新型高密度復(fù)合材料，其主要工藝原理是以稻草、麥秸、木屑等農(nóng)業(yè)廢棄物作原料，以聚乙烯、聚丙烯及其廢棄物，如汽水瓶等或塑料薄膜、塑料制品的城市廢棄物(白色垃圾)等作粘合材料，并加入一定量的添加劑等，在一定工藝條件下合成。被聯(lián)合國工業(yè)發(fā)展組織譽為“21 世紀新材料”。它的特點是不使用木材，可以保護生態(tài)環(huán)境，緩解了實行天然林保護后木材缺乏的問題;利用廢棄物，使得物盡其用，節(jié)約能源，保護環(huán)境;無毒無害，沒有尿素和甲醛的成份，不會對人體產(chǎn)生危害;產(chǎn)品密度高，強度好，木材、刨花板、中密度板等均易受到厭氧菌、霉菌、甲蟲、白蟻、蛀蟲等生物的侵害和海水的腐蝕，而該工藝生產(chǎn)的板、型材均不受以上生物的侵害，吸水率低，不受海水的腐蝕;屬于無三廢工藝，可多次回收廢料并反復(fù)利用，節(jié)約并降低成本;產(chǎn)品有很強的可塑性，可根據(jù)用戶需要，替換不同的模具或模板，直接生產(chǎn)出各種各樣的板材和型材，有極大的市場價值;防火性能好，有良好的阻燃性能。高密度復(fù)合材料技術(shù)的實現(xiàn)不僅解決了農(nóng)業(yè)廢棄物和城市廢棄物的污染排放問題，還節(jié)省了有限的林業(yè)資源，必將對我國的21 世紀的環(huán)保產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生巨大影響。
復(fù)合材料產(chǎn)物在建筑業(yè)中的12個主要利用范疇包括：門、窗、鋼筋、電線桿、橋面板、隔柵、冷卻塔、浴缸、玻璃鋼平板以及其它范疇。據(jù)有關(guān)部門估算，2013 年，亞洲復(fù)合材料在建筑市場中的利用產(chǎn)值將到達49億美元;這些利用范疇包括玻璃鋼門、玻璃鋼窗、柵欄、玻纖浴室浴盆以及其它建材范疇。現(xiàn)在，復(fù)合材料產(chǎn)物利用范疇愈來愈普遍，越來越受到消費者的青睞。
日前，財政部、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于加快推動我國綠色建筑發(fā)展的實施意見》，提出力爭到2020 年，綠色建筑占新建建筑比重超過30%，這是我國首次以正式文件形式提出綠色建筑的發(fā)展目標。國家力推綠色建筑，將催動建材、化工、新能源等下游產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。同時，業(yè)界也期待著綠色建材在技術(shù)和政策配套方面取得雙突破。2012 年全球經(jīng)濟將逐步復(fù)蘇，建筑業(yè)的發(fā)展速度也將開始緩慢回升，全球建筑業(yè)發(fā)展前景看好，建筑塑料材料用量將穩(wěn)步增長，在亞洲、南美的新興市場增速會較快。據(jù)統(tǒng)計，每年建筑業(yè)消耗塑料約占塑料總產(chǎn)的1/4，位居應(yīng)用塑料的首位。
十二五期間我國節(jié)能環(huán)保領(lǐng)域累計投入將超過5 萬億元人民幣,其中建筑節(jié)能行業(yè)有望獲得1 萬億元投入，外墻保溫材料領(lǐng)域?qū)⒂瓉斫^佳的發(fā)展機遇。建筑使用階段能耗占建筑能耗6 成以上, 其中墻體能量損失約5 成, 墻體保溫成為推進建筑節(jié)能的重要環(huán)節(jié)。中國外墻保溫普及率僅為1 成,節(jié)能標準顯著落后于發(fā)達國家, 未來市場空間廣闊。發(fā)達國家經(jīng)驗表明政策刺激對建筑節(jié)能有效推廣顯著奏效。近兩年中國外墻保溫市場由于房地產(chǎn)調(diào)控以及火災(zāi)事故等原因出現(xiàn)了短暫停滯, 未來隨著建筑節(jié)能細則的推出, 保溫材料市場有望迎來爆發(fā)式增長。
國內(nèi)的建筑結(jié)構(gòu)決定了外墻外保溫體系成為保溫主流體系。2010年上海膠州路大火事故后, 公安部強制要求民用建筑外保溫材料必須采用燃燒性能為A 級的材料, 使有機保溫材料( 有機材料基本都屬B級) 市場需求陷入危機, 而以無機材料為主的A 級材料在使用過程中也存在諸多問題無法滿足行業(yè)需求,外墻保溫行業(yè)發(fā)展出現(xiàn)短暫停滯。而2011 年12 月國務(wù)院發(fā)布46 號文明確規(guī)定“外保溫材料一律不得使用易燃材料, 嚴格限制使用可燃材料”, 這一舉動表明國家對曾經(jīng)將有機保溫材料一刀切的限制規(guī)定已經(jīng)有所松動, 為有機保溫材料市場重燃希望。而聚氨酯保溫材料綜合性能優(yōu)越, 阻燃性優(yōu)于另一有機保溫材料聚苯板( 包括XPS 和EPS)。預(yù)計聚氨酯保溫材料在中國市場或?qū)⒋笥锌蔀椤Ｊ迤陂g聚氨酯保溫材料年需求復(fù)合增長率有望超過60%,未來3 年中國外墻保溫市場的需求爆發(fā)或?qū)⑻騇DI 行業(yè)開工率至83%。聚氨酯硬泡材料在保溫性、抗吸水性、抗拉抗壓性能方面表現(xiàn)優(yōu)異, 預(yù)計未來聚氨酯硬泡在保溫材料中的應(yīng)用比例將從2011 年的10% 提升至2015 年的36%, 年需求復(fù)合增長率有望超過60%。
據(jù)分析，建筑塑料市場潛力巨大，發(fā)展建筑塑料刻不容緩。一方面，隨著全球經(jīng)濟逐步復(fù)蘇，建筑業(yè)的發(fā)展速度也逐步開始緩慢回升。受此影響，建筑塑料的需求量將逐步得到釋放。事實上，在亞洲、南美等一些新興市場國家，建筑塑料的需求量已經(jīng)明顯回升。尤其是木塑符合材料的需求量，每年在以13% 的增長需求上漲，創(chuàng)收2 015 億美元。當前,節(jié)能和環(huán)保已成為人類改善生存環(huán)境和社會尋求良性發(fā)展的主題, 因此, 推進建筑節(jié)能是我國走可持續(xù)發(fā)展之路的必然趨勢，特別是采用環(huán)保復(fù)合材料對既有建筑的節(jié)能改造和新建建筑的節(jié)能選材設(shè)計是未來一段時間內(nèi)降低建筑能耗的必由之路。
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