GRPGRC材料在建筑輕質構件中的應用

■ 錢 城 Qian Cheng 劉 靖 Liu Jing 李奕南 Li Yinan

1 概述

1.1 GRPGRC材料及其特性

GRPGRC材料，全稱增強塑料復合材料，俗稱玻璃鋼，是開發較早的一種復合材料。與金屬或其他無機材料相比，GRPGRC材料具有無限可塑性，且重量輕、比強度高、耐腐蝕、電絕緣、傳熱慢、隔音、防水、無污染等特點。通常，GRPGRC材料可按其基體分為熱固性樹脂和熱塑性樹脂兩大類。在20世紀70年代之前，世界發達國家的GRPGRC材料產量增長十分迅速，在建筑和城市公共設施中有較多的應用[1]。自70年代起，受全球性石油危機的影響，GRPGRC材料和制品發展緩慢，直到80年代以后，情況才有所好轉。

GRPGRC材料除了具有復合材料的一般特點外，在應用于建筑中，還有其自身的一些顯著優點。

（1）GRPGRC材料的原材料來源豐富，其主要原料之一是合成樹脂，幾乎完全可以從石油化工產品中獲得，甚至可以由石油化工副產品替代。所以，GRPGRC材料完全可以做到工業化的大量生產，適合建筑材料用量巨大的特點。

（2）GRPGRC材料制品設計的靈活性強，成型方法多種多樣。即便是結構復雜的制品，它也可以很容易地一次脫模成型，便于普及、節約成本，且制成品的整體性好，產品競爭力強。同時，由于比同尺度的建材制品重量輕，還能制造大型產品[2]，比傳統建筑材料更具有發展優勢。

（3）GRPGRC材料的某些特性，如無限可塑性、耐腐蝕性、透微波性、輕質高強等等，更是傳統的建筑材料所無法比擬的。如果發揮GRPGRC材料的這些特性，將其應用在建筑方面，那么無論是建筑物的使用效果，還是建筑物的成本造價，或是建筑物的維護、運行和管理，都將大大優于傳統的建筑材料，也會積累豐富的新材料使用實踐經驗。

1.2 GRPGRC材料在建筑上的應用

當前，建筑技術和建筑結構形式的發展對建筑材料及相應的施工技術都提出了新的要求：建筑設計、施工要求標準化、裝配化、機械化；建筑材料要求預制、輕質、高強，滿足各種結構形式和功能的需要。GRPGRC材料因其獨特的性能，可用作建筑物的采光材料、圍護材料、裝飾裝修材料、給排水工程材料、采暖通風材料和其它土木工程類材料及相應的構件制品，開始逐漸用于民用及工業建筑中，它不僅代替了磚瓦、灰砂石以及金屬、木材等，而且制成的產品輕盈美觀，色彩豐富、經久耐用。最初，由于原材料供應不足及價格較貴等原因，用量不大，應用范圍有限[3]。但是，隨著石油化學工業、建筑工業及其他工業的飛躍發展，GRPGRC材料在建筑中應用一定會越來越廣泛和成熟。

本文主要探討GRPGRC材料在建筑輕質構件中的應用。

2 GRPGRC制作的建筑輕質構件

建筑使用的材料基本分為兩類。一類是承擔建筑主體的結構性材料，以傳統的磚、石、砂、水泥、鋼筋等建材為主，因性能穩定、成本經濟、施工技術成熟，仍將是今后較長時期使用的主要建筑材料。另一類是建筑設計上非常關注的建筑裝飾性材料，也就是建筑的表皮與功能構件。建筑的外觀形象給人以第一視覺沖擊，其立面效果至關重要。因此，建筑師非常重視建筑的表皮設計，而輕質構件在此可起到畫龍點睛的關鍵作用。從構件的作用上，輕質構件可分為裝飾性輕質構件和功能性輕質構件，或兩者作用兼顧[4]。

2.1 GRPGRC制作的裝飾性輕質構件

建筑師孜孜不倦地探索和追求建筑的外觀表現，通過立面造型及元素符號的營造裝飾，給人們心態上帶來更多的情感享受。這種設計理念也催生了各種新的建筑材料，以及對生產工藝、原料供給、安裝技術及美學價值等方面的研究。

GRPGRC材料具備復合材料的優勢，環境氣候適應性好，適于建筑中的各種裝飾性輕質構件，可以任意選擇凹槽和折線變化或者各種曲線造型，用于制作裝飾造型和表現強烈的質感，也可以對建筑進行局部重點裝飾。用GRPGRC材料制作的墻飾、拱肩、羅馬柱、窗套、門套、花壇、須彌座、水池、檐口線條、山花、花瓶欄桿、文化石、梁柱頭、腰線、雕塑等（圖1～3），構件細部精美，足以假亂真，安裝便利，便于工業化生產，已開始出現在各類民用建筑中。

2.2 GRPGRC制作的功能性輕質構件

GRPGRC材料在建筑功能性構件的使用中，較為常見的是幕墻和屋頂（圖4、5），以功能為主，兼圍護和裝飾作用，特別是幕墻能表現較強烈的表皮視覺效果。這類由GRPGRC材料制成的構件，以其良好的理化性能，代替了傳統的建筑材料，避免了諸如易腐蝕、不環保、難維護等缺點，同時還能夠制作出不同風格的裝飾性構件，提升了它們的美學感受和品味。目前，由GRPGRC制造的幕墻，其板幅已能夠達到20m2以上[5]。雖然受生產工藝及成本價格的制約，GRPGRC材料的使用量還不能與傳統建材相比，但隨著科技理念和生產工藝的不斷進步，其材料的普及使用指日可待。

圖1 GRPGRC材料制作的埡口

圖2 GRPGRC材料制作的窗套

圖3 GRPGRC材料制作的各種外飾面

GRPGRC材料還可以用于制作公共建筑的內部吊頂（圖6、7）。如大型觀演類空間的觀眾廳吊頂，要滿足演出交響樂、歌劇、舞劇、話劇、曲藝等聲學需要，往往形狀復雜，用一般材料較難制作；而GRPGRC材料的可塑性優勢能夠根據觀眾廳中吊頂的曲率或弧度要求，并根據各個部位的裝飾和舞臺設備情況，較方便地制作大面積的異型和曲面形狀，從而使吊頂滿足廳堂的音質效果和視覺要求，并且其裝飾性效果也優于其他材料，更適合這類建筑的使用。

3 GRPGRC用于建筑輕質構件的優點

如概述所言，GRPGRC材料用于建筑輕質構件具有很多優點，歸納起來，可分為適應性、耐用性、便捷性3個方面。

3.1 適應性

圖4 GRPGRC材料制作的幕墻

圖5 GRPGRC材料制作的屋頂

建筑輕質構件一般只承擔自重或少量荷載，而磚、石、混凝土、鋼和鋼筋水泥混凝土等自重較大，用在輕質構件上不經濟，也不合理，GRPGRC材料恰能很好地適應這一要求。與傳統材料相比，GRPGRC材料制品的韌性、拉伸強度、延伸性能和抗疲勞性能具有明顯優勢，它的拉伸強度為普通鋼材的2倍，重量卻僅為普通鋼材的1/5，在用量相近的情況下，大大節約了構件運輸成本和施工安裝成本。用GRPGRC材料制作的建筑外墻板、飄窗陽臺（圖8、9），能夠顯著減輕圍護結構的重量，使建筑物整體重量減輕40%左右，同時，還可以增加更多的使用面積，這點很受建筑設計師的歡迎。另外，將其用作防水材料時，其尺寸收縮率優于普通水泥, 可解決一般防水層的裂縫問題, 提高建筑物的防滲質量，達到較好的防水效果。

3.2 耐用性

建筑物中的鋼筋作為增強材料用量巨大，但鋼筋因腐蝕導致的結構或構件破壞卻不容小覷，尤其在惡劣氣候或腐蝕性環境下，這類情況更容易發生。用GRPGRC材料加工制成復合材料棒，代替鋼筋作為建筑物的增強材料，與普通鋼材相比，這種纖維復合材料棒材具有耐腐蝕、不導電、非磁化性能，可抵御各種氣候變化，應用在腐蝕環境下或結構輕型的預應力混凝土結構中，滿足各種條件下的使用要求。

圖6 GRPGRC材料制作的吊頂

圖7 GRPGRC材料制作的頂棚

圖8 GRPGRC材料制作的外墻板

圖9 GRPGRC材料制作的飄窗

圖10 GRPGRC材料制作的雨篷、天窗

GRPGRC材料還可代替傳統建材制作建筑百葉、管道、飄窗、雨搭、雨篷、天窗等輕質功能性構件（圖10）。例如構筑物中的管道，傳統金屬管造價高，且易被腐蝕銹爛，導致管道內水流阻塞發生，影響使用；普通塑料管又因其強度較低易損壞，后期維護需要較高的投入，增加運行成本；而GRPGRC材料具有復合材料的耐用性優勢，使其制成的這類輕質構件有更久的使用壽命。

3.3 便捷性

GRPGRC材料的制模脫模整體性好，便于一次成型。在構件的結構設計和制作中，可以充分利用這一特點來增加構件的強度，提高作業率，縮短施工工期，節約成本。目前，許多大型公建立面采用的高性能GRPGRC幕墻板按結構形式可分為單層板、帶肋板和結構板3種：單層板比傳統墻板小巧靈活，造價較低，便于推廣使用；帶肋板由單層板加工獲得，產品整體性好，結構緊湊，節約空間，且具有成本優勢；結構板擁有較為先進的安裝工藝，與框架間的連接十分牢固，并能有效消除構件內部因溫濕度變化而產生的應力，其安全性能明顯優于傳統石材幕墻的連接方式。

使用中，還可以在GRPGRC材料復合墻板上直接打釘或固定膨脹螺栓吊掛重物，且墻板的表面不會產生粉塵和裂紋；也可以直接粘貼瓷磚、墻紙或木板等，進行飾面處理，非常方便。當采用自熄性材料制成GRPGRC材料時，其防火性能也有所改善，不會由于燃燒時產生有毒氣體而增加其危險性。

4 結語

建筑材料的發展，對建筑構件十分重要。利用GRPGRC材料的優異特性，用于制作建筑輕質構件，由于重量輕而比強度（強度-重量比）高，所以在滿足設計要求的前提下，能夠減輕建筑物的自重，增加有效荷載；另外，材料本身化學性能穩定，適合于特殊行業，如化工部門的構件耐腐需要等，還能很好的抵御極端氣候對構件的不利影響。在實際工程中，可根據需要進行構件預制，或者現場施工，并能直接裝配組合，提高施工作業進度。積極開發利用GRPGRC這類合成材料，有助于探索合理決策和選擇建筑材料，推動建筑行業的良性循環和可持續發展。

參考文獻：

[1]朱航征.幾種國外新型GRPGRC材料的開發與應用[J].建筑技術開發,2011,8(11):56-59.

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

[3]薛甫友,崔朝棟,蘭淑青.對GRPGRC材料在工程開發利用中的建議[J].建筑技術,2012,2(l):9-10.

[4]錢城,劉建平,李雪.功能構件在住宅立面造型中的應用[J].青島理工大學學報,2006,27(6):13-16.

[5]李一平,薛紅.淺析GRPGRC材料規范使用的要點[J].四川建筑, 2011,1(4):58-59.