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3～80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4～5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1.5～2.1W(m·K)，红砖的导热系数为0.81 W(m·K)，树脂基复合材料的夹层结构的导热系数为0.05～0.08 W(m·K)，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HGJ 229和GB 50212，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