玻璃鋼在建筑中的應(yīng)用

1、玻璃鋼在建筑中的應(yīng)用摘要: 在建筑工業(yè)中進(jìn)展和使用玻璃鋼對減輕建筑物自重，提高建筑物的使用功能，改革建筑設(shè)計，加速施工進(jìn)度，降低工程造價，提高經(jīng)濟(jì)效益等都十分有利，是實現(xiàn)建筑工業(yè)現(xiàn)代化的必要條件。玻璃鋼的性能可依據(jù)使用要求進(jìn)行設(shè)計，如要求采光、耐水、防腐、高強(qiáng)、隔音，可選用樹脂基復(fù)合材料。由于玻璃鋼的重量輕，制造便利，對于大型結(jié)構(gòu)和外形簡單的建筑制品，能夠一次成型制造，提高建筑結(jié)構(gòu)的整體性。關(guān)鍵詞：透明 防水 采光 建筑玻璃鋼 吸聲玻璃鋼誕生于本世紀(jì)40年月。那時，正值其次次世界大戰(zhàn)。戰(zhàn)爭需要大量的武器裝備，迅速進(jìn)展的軍事工業(yè)對材料提出了越來越高的要求。例如，制造飛機(jī)的材料要求密度小而強(qiáng)度高；

2、制造潛艇的材料，既要耐海水腐蝕，又要能防磁，以避開魚雷的攻擊。同一種零件要求同時具有好幾種優(yōu)異的性能，有時這些性能看起來是相互沖突而不能兼有的。顯然，這樣的要求是任何一種單一材料所無法滿足的。于是，人們設(shè)法把兩種或兩種以上的材料結(jié)合起來，讓它們?nèi)￠L補(bǔ)短，相得益彰，制成兼有幾種優(yōu)良性能的新材料，這就是復(fù)合材料。 雖然“復(fù)合”的思想可以追溯到久遠(yuǎn)的古代，但用到人工材料的復(fù)合材料則直到本世紀(jì)上半葉才消失。先是1907年世界上第一家人工合成酚醛樹脂廠建立，接著一大批人工合成樹脂，如脲醛樹脂、環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯樹脂等熱固性樹脂相繼消失。樹脂材料容易成形，比重小，耐磨，耐腐蝕，但它們脆性較大。于是人們用

3、天然纖維與之復(fù)合，產(chǎn)生了最初的含有人工材料的復(fù)合材料。其中天然纖維稱為增強(qiáng)材料，人工合成樹脂稱為基體材料。如在無線電通信設(shè)備和軍事器械中常用的“電木”，就是用木粉、布、紙或其他纖維作為增強(qiáng)材料，經(jīng)浸漬酚醛樹脂層壓而成的復(fù)合材料。玻璃鋼中沒有金屬元素，更不是鐵碳合金，它是一種復(fù)合材料。之所以稱它為“玻璃鋼”，是由于它具有鋼一般的剛強(qiáng)性格，真可謂“不是鋼，勝似鋼”。 玻璃鋼同一切復(fù)合材料一樣，由兩部分材料組成。一部分稱為增強(qiáng)材料，在復(fù)合材料中起骨架作用；另一部分稱為基體材料，在復(fù)合材料中起粘結(jié)作用。玻璃鋼中的增強(qiáng)材料就是玻璃纖維。玻璃纖維是由熔融的玻璃拉成或吹成的無機(jī)纖維材料，其主要化學(xué)成分為二氧

4、化硅、氧化鋁、氧化硼、氧化鎂、氧化鈉等。制成的纖維有長絲、短絲及絮狀物，直徑一般為380微米，最粗也只有頭發(fā)絲那樣粗細(xì)。直徑為10微米的玻璃纖維，抗拉強(qiáng)度為3600兆帕，相當(dāng)于在每平方毫米的截面積上能承受360千克的拉力而不斷。這種強(qiáng)度比高強(qiáng)度鋼還高出2倍。 為什么拉成玻璃纖維后會有如此高的強(qiáng)度呢？大塊玻璃強(qiáng)度不高，是由于其內(nèi)部存在很多微裂縫、氣孔和夾雜物等。如果把大塊玻璃比作一塊布滿小洞的破布，把玻璃制成玻璃纖維就相當(dāng)于把這塊破布撕成很多細(xì)小的布條。我們知道，把破布任意撕成布條時總是在有洞的地方撕開，這樣，撕下來的布條上小洞就削減了，就變得比破布還牢固。玻璃纖維比一般玻璃強(qiáng)度高，甚至比鋼還高

5、，道理就在于此。玻璃鋼的力學(xué)性能可在很大范圍內(nèi)進(jìn)行設(shè)計，由于選用的材料不同，增強(qiáng)材料的鋪設(shè)方向和方向差異，可以獲得性能判別很大的復(fù)合材料，如單向玻纖增強(qiáng)環(huán)氧復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度可達(dá)1000MPa以上，比鋼（建筑鋼）的拉伸強(qiáng)度還高，選用碳纖維作增強(qiáng)材料，制得的玻璃鋼彈性模量可以達(dá)到建筑鋼材水平，而其密度卻比鋼材小45倍。更為突出的是玻璃鋼在制造過程中，可以依據(jù)構(gòu)件受力狀況局部加強(qiáng)，這樣既可提高結(jié)構(gòu)的承載能力，又能節(jié)省材料的減輕自重。玻璃鋼的表面光滑，可以配制成各種鮮艷的顏色，也可以制造出不同的花紋和圖案，適宜制造各種裝飾板、大型浮雕及工藝美術(shù)雕塑等。 透明玻璃鋼的透光率達(dá)85%以上（與玻璃相像），

6、其最大特點是不易裂開，能承受荷載。用于建筑工程時可以將結(jié)構(gòu)、圍護(hù)及采光三者綜合設(shè)計，能夠達(dá)到簡化采光設(shè)計，降低工程造價之目的。建筑物的作用是能夠防止由熱傳導(dǎo)、熱對流引起的溫度變化，給人們以良好的工作和休息環(huán)境。一般建筑材料的隔熱性能較差，例如一般混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)為1.52.1W(mK)，紅磚的導(dǎo)熱系數(shù)為0.81 W(mK)，樹脂基復(fù)合材料的夾層結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱系數(shù)為0.050.08 W(mK)，比一般紅磚小10倍，比混凝土小20多倍。隔音效果好壞是評價建筑物質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)之一。但傳統(tǒng)材料中，隔音效果好的建筑材料往往密度較大，隔熱性差，運輸和安裝困難。玻璃鋼的隔音性能雖然不很抱負(fù)，但它有消逝振動音波及傳播

7、音波的作用，經(jīng)過專門設(shè)計的夾層結(jié)構(gòu)，可達(dá)到既隔音又隔熱的雙層效果。玻璃鋼具有良好的絕緣性能，它不受電磁波作用，不反射無線電波。通過設(shè)計，可使其在很寬的頻段內(nèi)都具有良好的透微波性能，對電通訊系統(tǒng)的建筑物有特別用途，如可用于制造雷達(dá)天線罩和各種機(jī)房。玻璃鋼有很好的抗微生物作用和耐酸、堿、有機(jī)溶劑及海水腐蝕作用的能力。特別適用于化工建筑、地下建筑及水工建筑等工程。透水和吸水性 玻璃鋼吸濕性很低，不透水，可以用于建筑工程中的防水、給水及排水等工程。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，這些玻璃鋼構(gòu)件，主要用于化學(xué)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

8、樓房大板結(jié)構(gòu)。 玻璃鋼圍護(hù)結(jié)構(gòu)制品有各種波紋板、夾層結(jié)構(gòu)板，各種不同材料玻璃鋼復(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(hù)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(kuò)墻面采光等。 屬于此類材料制品有門窗斷面玻璃鋼拉擠型材、平板、浮雕板、復(fù)合板等，一般窗框型材用樹脂玻璃鋼。復(fù)合材料門窗防水、隔熱、耐化學(xué)腐蝕。用于工業(yè)及民用建筑，裝飾板用作墻裙、吊頂

9、、大型浮雕等。市政建設(shè)中給水、排水及污水處理工程中已大量使用復(fù)合材料制品，如各種規(guī)格的給水玻璃鋼管、高位水箱、化糞池、防腐排污管等。屬于此類產(chǎn)品的有浴盆、洗面盆、坐便盆，各種整體式、組裝式衛(wèi)生間等，廣泛用于各類建筑的衛(wèi)生工程和各種衛(wèi)生間。屬此類復(fù)合材料制品有冷卻塔、管道、板材、柵板、風(fēng)機(jī)、葉片及整體成型的采暖通風(fēng)制品。工程上應(yīng)用的中央空調(diào)系統(tǒng)中的通風(fēng)廚、送風(fēng)管、排氣管、防腐風(fēng)機(jī)罩等。如旋轉(zhuǎn)餐廳屋蓋、異形尖頂裝飾屋蓋、樓房加高、球形屋蓋、屋頂花園、屋頂游泳池、廣告牌和廣告物等。 大跨度飛機(jī)庫、各種尺寸的冷庫、活動房屋、崗?fù)ぁ⒎鹿沤ㄖ?、移動劇院、透微波塔樓、屏蔽房、防腐車間、水工建筑、防浪堤、太陽

10、能房、充氣建筑等。 玻璃鋼在建筑中的其它用途還很多，如各種家具、公路上的陰井蓋、公園和運動場座椅、海濱浴場活動更衣室、公園仿古涼亭等。玻璃鋼襯里從基層角度來分，可分為鋼基層襯玻璃鋼和混凝土襯玻璃鋼，這兩種玻璃鋼對基層的要求、膠結(jié)料配方、施工方法、施工間隔、玻璃鋼結(jié)構(gòu)、及養(yǎng)護(hù)都有所不同。這里主要敘述高性能玻璃鋼的機(jī)理，依據(jù)復(fù)合樹脂原理、新型固化劑、新型防銹顏料、無溶劑配方工藝、硅烷偶聯(lián)劑等技術(shù)，使該產(chǎn)品與一般玻璃鋼性能上有較大提高。 水泥砂漿或混凝土基層，必須牢固、密實、平整，坡度和強(qiáng)度符合設(shè)計要求，不應(yīng)有起砂、起殼、裂縫、蜂窩、麻面等現(xiàn)象；平整度用2m直尺檢查時，允許空隙不大于5mm；含水率在

11、20mm厚度不大于6%，本方案接受濕固化配方可不受此限制；施工前，應(yīng)將表面的浮灰、水泥渣及疏松部位清理潔凈；已被油脂和化學(xué)品污染的表面，須進(jìn)行預(yù)處理。 玻璃鋼防腐層：參照HGJ229和GB50212，防腐層設(shè)計為：二底油、三布六油、二面油、一砂（地面增加一砂防滑）工藝。底料應(yīng)用環(huán)氧樹脂稀油二道，使膠料潮濕鋼基層，或滲入水泥砂漿可達(dá)5mm，驅(qū)走水泥砂漿內(nèi)的空氣，提高了強(qiáng)度，與基層的接合得到保證。在襯布前，先刷噴一道環(huán)氧呋喃胺樹脂膠料，鋪平玻璃布、無氣泡和空鼓后，再刷噴一道環(huán)氧呋喃胺樹脂膠料，依此完成三布鋪襯。面料為富樹脂層，是耐蝕性關(guān)鍵部位，須飽滿、無針孔、光澤亮麗。玻璃鋼門窗，以優(yōu)異的保溫、隔

12、音性能引起建筑領(lǐng)域的注意。玻璃鋼門窗是以玻璃纖維及其制品為增強(qiáng)材料，以不飽和聚酯樹脂為基體材料，通過拉擠工藝生產(chǎn)出空腹異型材，然后通過切割等工藝制成門窗框，再配上毛條、橡膠條及五金件制成成品門窗。上世紀(jì)90年月，隨著玻璃鋼門窗異型材拉擠和表面涂裝工藝的突破，加拿大茵萊玻璃纖維公司等企業(yè)在此基礎(chǔ)上領(lǐng)先成功研發(fā)出適用于北美地區(qū)的玻璃鋼保溫節(jié)能門窗。由于玻璃鋼材料的特有優(yōu)勢，使門窗具有保溫節(jié)能、密封隔音、結(jié)構(gòu)精致、美觀高雅、牢固耐用、性能牢靠、使用便利等突出優(yōu)點，產(chǎn)品具有很大的市場吸引力，目前已迅速擴(kuò)展到北美、西歐、日本、阿拉伯等國家和地區(qū)。 目前我國的玻璃鋼門窗已經(jīng)實現(xiàn)了工業(yè)規(guī)模化生產(chǎn)。玻璃鋼拉擠

13、門窗型材生產(chǎn)企業(yè)已有20多家，約有120條拉擠生產(chǎn)線，年產(chǎn)量約20萬平方米。 我國玻璃鋼門窗業(yè)雖然還處在起步階段，但產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢已經(jīng)凸顯出來，而且玻璃鋼門窗性能上的優(yōu)勢，與建筑節(jié)能的要求相符合，這決定其必有可觀的前景。 玻璃鋼門窗成為建筑節(jié)能的新寵，在于它優(yōu)良的性能。 作為繼木、鋼、鋁、塑后又一新型門窗，玻璃鋼門窗綜合了其他類門窗的防腐、保溫、節(jié)能性能，更具有自身的獨特性能，在陽光直接照耀下無膨脹，在嚴(yán)寒的氣候下無收縮，輕質(zhì)高強(qiáng)無需金屬加固，耐老化使用壽命長，其綜合性能優(yōu)于其他類門窗。 業(yè)內(nèi)人士指出，玻璃鋼門窗具有六大特性： 輕質(zhì)高強(qiáng)、密封性能佳、節(jié)能保溫、尺寸穩(wěn)定性好、耐候性好及顏色豐富。 輕質(zhì)

14、高強(qiáng)。玻璃鋼門窗不需鋼框為骨架，因其本身的高強(qiáng)度性能，完全靠自身就能支撐，抗壓、抗折、不變形、不彎曲。既節(jié)省了鋼材，又達(dá)到了使用目的。彌補(bǔ)了塑鋼門窗強(qiáng)度低易變形的缺點。 保溫隔熱。數(shù)據(jù)顯示，玻璃鋼型材的導(dǎo)熱系數(shù)是鋼材的1/150，是鋁材的1/650。玻璃鋼門窗型材為空腹結(jié)構(gòu)，具有空氣隔熱層，保溫效果佳。優(yōu)質(zhì)玻璃鋼門窗保溫性能優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn)GB8484-87保溫性能一級指標(biāo)。接受玻璃鋼雙層玻璃保溫窗，與其他窗戶相比，冬季可提高室溫3.526deg;C左右。據(jù)測算，一套100平方米的房子每年可以節(jié)省能源費1600元。 尺寸穩(wěn)定、隔音性好。玻璃鋼型材熱變形溫度為200，在冷熱溫差變化較大環(huán)境下，不易與

15、建筑物及玻璃之間產(chǎn)生縫隙，可大大提高玻璃鋼門窗的密封性能。此外，玻璃鋼的樹脂與玻璃纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)的振動阻尼很高，對聲音的阻隔可達(dá)26-30分貝。玻璃鋼管道。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消失爆管、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(hù)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(qiáng)，為承受全部荷載的受力層，使用平安牢靠。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(dāng)

16、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1/61/3，鑄鐵管的1/91/7，混凝土管的1/151/10，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%。接受玻璃鋼管可使整體工程造價降低20%-30%。河南理工高校等研發(fā)的高強(qiáng)雙抗煤礦玻璃鋼管道已在河南平頂山、山東兗州及河北邯鄲等較大的煤礦企業(yè)推廣使用，噸煤成本明顯降低。高壓玻璃鋼管在大慶、成功等油田得以廣泛

17、使用。以武漢理工高校為代表研制的纖維纏繞夾砂玻璃鋼管道生產(chǎn)技術(shù)裝備已達(dá)到目前國外同類技術(shù)裝備水平。 近幾年我國城市供水量逐年增加，各項費用也在逐年提高。若修建一個供水量30萬t/d的水廠，一般需要2條直徑1.6m以上的管道，而修建一個50萬t/d的水廠，需要2條直徑2m以上的管道，如果用玻璃鋼管敷設(shè)，可為國家節(jié)省大量的能源。玻璃鋼管在城市舊排水管道改造工程中有著獨特的優(yōu)越性，依據(jù)國外的閱歷，在要改造的舊排水管斷面中可引入小于原管直徑的玻璃鋼管，這樣既不影響排水，又不用拆除管道。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。 玻璃鋼窗框和

18、門板。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(dá)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、鋁門窗的牢固性，又有一半塑鋼窗的耐腐蝕、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(yù)為21世紀(jì)建筑窗框的綠色產(chǎn)品。玻璃鋼窗框輕質(zhì)高強(qiáng)，其拉伸強(qiáng)度為350MPa以上，彎曲強(qiáng)度為260MPa以上，為鋁合金的2倍、塑鋼的45倍，從而彌補(bǔ)了塑鋼窗框強(qiáng)度低、易變形的缺點。玻璃鋼窗框的熱絕緣系數(shù)為9.96 K/w，遠(yuǎn)大于塑鋼窗框和隔

19、熱斷 橋鋁合金窗框的熱絕緣系數(shù)(分別為5.93、0.16 K/w)。優(yōu)質(zhì)玻璃鋼窗框的保溫性能優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn)(GB8484一1987)中規(guī)定的保溫性能一級指標(biāo)。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(dāng)，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，可大大提高玻璃鋼窗框的密封性能。據(jù)有關(guān)部門檢測，優(yōu)質(zhì)玻璃鋼窗框型材符合GB一185842001建筑材料放射性核素限量規(guī)定的各項有害物質(zhì)限量指標(biāo)。 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(dá)到2億，由于玻璃鋼窗框特有的保溫、節(jié)

20、能等優(yōu)點，目前已得到社會各界的認(rèn)可和國家有關(guān)部門的重視和支持，在國內(nèi)玻璃鋼窗框享有品牌聲譽(yù)和出口海外可數(shù)北京建工茵萊玻璃鋼制品有限公司。該公司于2007年前引進(jìn)了加拿大Inline公司的玻璃鋼窗框技術(shù)后，一絲不茍、精益求精，達(dá)到年產(chǎn)10萬平方米的能力，累計出口型材10多萬平方米。其高性能玻璃鋼窗框落戶南極中山站。據(jù)茵萊公司供應(yīng)數(shù)據(jù)，與金屬窗戶相比，一套100平方的住宿每年可節(jié)省能源費用1600元。 玻璃鋼門板在輕質(zhì)、保溫方面優(yōu)于木門板和金屬門板。但從門板的經(jīng)濟(jì)性方面來看，作為內(nèi)門用比木門板價高；作為外門板與金屬門相比而不耐沖擊，因此在住宅區(qū)很難得到推廣應(yīng)用。目前玻璃鋼門板制造企業(yè)國內(nèi)不到六家，

21、以SMC模成型工藝為主，出口的形式主要為門片，出口主要廠家有山東淄博超力公司和無錫陸通公司。玻璃鋼門板和窗框在國內(nèi)進(jìn)展的步伐不快，并不是沒有市場。很多企業(yè)缺乏扎扎實實的市場調(diào)研和深化細(xì)致的推廣應(yīng)用工作，導(dǎo)致這一產(chǎn)品長期徘徊不前。八年前，河北近十多家玻璃鋼企業(yè)投資了數(shù)十條拉擠生產(chǎn)線開發(fā)窗框，如今蕩然無存。其主要教訓(xùn)是市場信息模糊炒概念，急于求成而無論證，影響了玻璃鋼窗框的推廣應(yīng)用。 玻璃鋼屋面節(jié)能。屋面的節(jié)能不只是屋面表面的黑與白(反射性)，也不限于選用某個屋面系統(tǒng)的問題，而應(yīng)當(dāng)考慮整個屋面系統(tǒng)，其中保溫是一個重要的方面。在氣候寒冷地區(qū)，往往屋面保溫產(chǎn)生的節(jié)能效果比屋面反射率的作用更加明顯。屋面反射只有在夏天有太陽的時候才能發(fā)揮作用，而保溫則是一年365天始終起作用的。 屋面保溫的效果關(guān)鍵取決于保溫材料，其保溫性能由R值決定；有些材料的R值會隨時間而降低，因而還需要知道其長期熱阻性能指標(biāo)LTTR；另外，還要考慮尺寸的穩(wěn)定性和強(qiáng)