玄武巖纖維復(fù)合材料綠色建筑景觀產(chǎn)品設(shè)計(jì)

【摘要】

玄武巖纖維是我國(guó)重點(diǎn)發(fā)展的無(wú)機(jī)綠色高性能材料，具有輕質(zhì)高強(qiáng)、耐久性好的特點(diǎn)，特別適用于戶外環(huán)境，設(shè)計(jì)了玄武巖纖維復(fù)合綠色景觀產(chǎn)品，分析景觀產(chǎn)品的特點(diǎn)，提出了2種截面類型的通用性產(chǎn)品，并結(jié)合現(xiàn)有產(chǎn)品現(xiàn)狀和產(chǎn)品定位，設(shè)計(jì)了產(chǎn)品性能。

【關(guān)鍵詞】

玄武巖纖維； 復(fù)合材料； 景觀產(chǎn)品

【中圖分類號(hào)】TQ177【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A

［定稿日期］2023-06-26

［基金項(xiàng)目］四川省科技計(jì)劃項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2022YFS0480）

［作者簡(jiǎn)介］李莉（1987—），女，碩士，高級(jí)工程師，主要從事建筑新材料新產(chǎn)品研發(fā)工作。

0 引言

根據(jù)《關(guān)于推動(dòng)城市基礎(chǔ)設(shè)施改造加強(qiáng)城市生態(tài)環(huán)境建設(shè)的指導(dǎo)意見(jiàn)》等系列文件，我國(guó)大力發(fā)展公園城市，加強(qiáng)生態(tài)城市建設(shè)，建筑景觀工程作為重要組成部分，景觀產(chǎn)品正量大面廣的推廣應(yīng)用。而大量工程調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前景觀工程中多使用防腐木、竹木、塑木地板等產(chǎn)品，其原材料多為竹木，對(duì)自然資源有一定的影響，且產(chǎn)品存在承載力不足、易腐爛、易變形等缺點(diǎn)，影響了城市建筑和公共景觀的品質(zhì)與形象，一般3～5年均需對(duì)板材系統(tǒng)進(jìn)行更新維護(hù)，資源浪費(fèi)巨大，也給人民生活帶來(lái)諸多不便。而玄武巖纖維復(fù)合材料具有輕質(zhì)高強(qiáng)、耐久性好的特點(diǎn)，特別適合與戶外環(huán)境。因此，開(kāi)發(fā)玄武巖纖維復(fù)合材料綠色建筑景觀產(chǎn)品促進(jìn)先進(jìn)材料、綠色建材和公園城市協(xié)同發(fā)展。

1 玄武巖纖維復(fù)合材料

玄武巖纖維復(fù)合材料（以下簡(jiǎn)稱“玄纖復(fù)材”）是由玄武巖纖維、樹(shù)脂，以及其他摻和物，經(jīng)拉擠工藝成型的先進(jìn)高性能材料。玄武巖纖維是天然玄武巖石料在1 450～1 500 ℃熔融后、經(jīng)高速拉制而成的一種新型無(wú)機(jī)綠色高性能纖維材料，被稱為21 世紀(jì)無(wú)污染的“綠色工業(yè)原材料”，是我國(guó)重點(diǎn)發(fā)展的四大高性能纖維之一。我國(guó)的玄武巖資源儲(chǔ)量豐富，“十三五”期間，我國(guó)已逐步突破玄武巖纖維產(chǎn)能低、質(zhì)量不穩(wěn)定、生產(chǎn)效率低等缺點(diǎn)，已建成世界首套萬(wàn)噸級(jí)池窯拉絲連續(xù)玄武巖纖維生產(chǎn)線，產(chǎn)業(yè)技術(shù)達(dá)到世界領(lǐng)先。2020年，四川省玄武巖纖維產(chǎn)能高達(dá)2.35萬(wàn)t，占全國(guó)2/3，全國(guó)產(chǎn)能已占全世界的80%，已成為我國(guó)重要資源優(yōu)勢(shì)和產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)。玄武巖纖維是產(chǎn)業(yè)鏈上游的基礎(chǔ)材料，其產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，亟需開(kāi)發(fā)應(yīng)用端產(chǎn)品，培育和壯大應(yīng)用場(chǎng)景和需求。

根據(jù)中國(guó)建筑節(jié)能協(xié)會(huì)相關(guān)報(bào)告［1］，2018 年我國(guó)建筑全過(guò)程的碳排放占全國(guó)碳排放總量51.3%，其中，建材生產(chǎn)階段的碳排放約占全國(guó)總量的28.3%。由此可見(jiàn)，開(kāi)展低碳綠色建材的研發(fā)和應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)“綠色建筑”“碳中和、碳達(dá)峰”目標(biāo)的重要途徑。據(jù)統(tǒng)計(jì)，玄武巖纖維生產(chǎn)過(guò)程中的碳排放量約為鋼材的85%、化學(xué)纖維的50%，其廢氣廢水經(jīng)處理后接近“零排放”［2］，固廢可直接填埋，并且因其性能更優(yōu)，可減少建材用量，降低建筑業(yè)碳排放，符合低碳綠色發(fā)展理念。同時(shí)，建筑新材料作為先進(jìn)材料的重要組成部分，是我省“5+1”戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一，是立足我省資源稟賦和產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)的創(chuàng)新型產(chǎn)業(yè)體系戰(zhàn)略部署。玄武巖纖維具有優(yōu)越的力學(xué)性能、穩(wěn)定的化學(xué)性能、突出的耐高溫、耐低溫特性、優(yōu)異的環(huán)保特性，同時(shí)，玄武巖纖維具有優(yōu)良的相容性，可與目前用途最廣的樹(shù)脂基、水泥基等材料良好相容。玄武巖纖維-樹(shù)脂基復(fù)合材料具有輕質(zhì)高強(qiáng)、耐腐蝕、耐磨損、防火性能好等優(yōu)勢(shì)，且可制作成線材、板材、型材等豐富樣式，適用于各類戶外環(huán)境。

2 景觀產(chǎn)品通用性分析

景觀工程中常見(jiàn)的景觀產(chǎn)品有：路面鋪裝板、座椅、設(shè)備圍欄、花池樹(shù)池、裝飾格柵、廊架等，如圖1所示。

經(jīng)分析，常見(jiàn)景觀產(chǎn)品多為恒定截面，板式和矩形截面的型材即可滿足大部分的使用要求，即根據(jù)使用場(chǎng)景分析，開(kāi)發(fā)兩種截面類型的玄纖復(fù)材景觀產(chǎn)品即可滿足大部分的使用常見(jiàn)，分別為Ⅰ類：適用于地面鋪裝板、桌椅凳面板、花箱樹(shù)池、廊架裝飾板；Ⅱ類：適用于格柵和設(shè)備圍欄，如圖2所示。

3 玄纖復(fù)材景觀產(chǎn)品性能設(shè)計(jì)

目前景觀產(chǎn)品原材料多為竹木，部分產(chǎn)品性能欠佳，導(dǎo)致存在易腐爛、易變形等問(wèn)題，而纖維復(fù)材性能高且穩(wěn)定，適合于戶外景觀產(chǎn)品。但纖維復(fù)材常用于航天航空、國(guó)防軍工等領(lǐng)域，其性能要求高，纖維復(fù)材鮮少用于景觀產(chǎn)品，需對(duì)其性能有一個(gè)合理的定位，定位過(guò)高，會(huì)浪費(fèi)纖維復(fù)材的性能，定位過(guò)低，會(huì)難以滿足戶外使用要求。因此，結(jié)合現(xiàn)在產(chǎn)品的性能要求、纖維復(fù)材的特點(diǎn)以及應(yīng)用場(chǎng)景的使用要求，設(shè)計(jì)纖維復(fù)合材料景觀產(chǎn)品性能。

3.1 性能指標(biāo)對(duì)標(biāo)

目前市面上常見(jiàn)的景觀材料多為重組竹和塑木，并有相關(guān)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了其性能指標(biāo)要求，見(jiàn)表1。

根據(jù)GB/T 31539-2015《結(jié)構(gòu)用纖維增強(qiáng)復(fù)合材料拉擠型材》，纖維復(fù)材作為結(jié)構(gòu)材料的性能指標(biāo)分為M30級(jí)、M23級(jí)、M17級(jí)，性能指標(biāo)要求見(jiàn)表2。

建筑設(shè)備與建筑材料李莉， 高靜， 唐麗娜， 等：玄武巖纖維復(fù)合材料綠色建筑景觀產(chǎn)品設(shè)計(jì)

纖維復(fù)材的力學(xué)性能遠(yuǎn)高于重竹、塑木，可以適當(dāng)降低部分性能來(lái)降低成本，但產(chǎn)品特性決定了無(wú)法過(guò)多降低性能，同時(shí)過(guò)于降低不利于體現(xiàn)產(chǎn)品的優(yōu)越性。故纖維復(fù)材景觀產(chǎn)品的力學(xué)性能和耐久性指標(biāo)按GB/T 31539-2015《結(jié)構(gòu)用纖維增強(qiáng)復(fù)合材料拉擠型材》中最低等級(jí)M17級(jí)的結(jié)構(gòu)用材，并結(jié)合重竹、塑木和使用要求增加其他理化性能。

3.2 性能指標(biāo)設(shè)計(jì)

3.2.1 物理力學(xué)性能指標(biāo)

為簡(jiǎn)化篇幅，以用于路面鋪裝板的纖維復(fù)合材料為例，其主要性能指標(biāo)應(yīng)符合表3的規(guī)定。

3.2.2 耐久性能指標(biāo)

景觀產(chǎn)品常用于戶外，如普通的戶外環(huán)境，或位于濱水、沿海、高紫外線、寒冷等環(huán)境惡劣地區(qū)，不同的使用環(huán)境對(duì)產(chǎn)品有不同耐久性能要求，為了避免材性的浪費(fèi)和過(guò)高價(jià)格，應(yīng)根據(jù)不同的環(huán)境規(guī)定產(chǎn)品的耐久性，環(huán)境可分為一般環(huán)境和特殊環(huán)境。特殊環(huán)境是指長(zhǎng)期潮濕或接觸水環(huán)境、低溫環(huán)境、凍融環(huán)境、氯化物環(huán)境、化學(xué)腐蝕環(huán)境、高紫外線環(huán)境等；一般環(huán)境是指除特殊環(huán)境以外的環(huán)境。用于一般環(huán)境和特殊環(huán)境的拉擠型材耐久性能應(yīng)分別符合表4和表5的規(guī)定。

3.3 檢測(cè)方法

目前，尚無(wú)纖維復(fù)材景觀產(chǎn)品的檢測(cè)方法，結(jié)合已有相近檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)和纖維復(fù)材景觀產(chǎn)品的特點(diǎn)，制定了其檢測(cè)方法，見(jiàn)表6。

4 結(jié)束語(yǔ)

玄武巖纖維被稱為21 世紀(jì)無(wú)污染的“綠色工業(yè)原材料”，是我國(guó)重點(diǎn)發(fā)展的四大高性能纖維之一，隨著技術(shù)的突破和產(chǎn)能提升，亟需開(kāi)發(fā)應(yīng)用產(chǎn)品。建筑景觀工程是公園城市建設(shè)的重要組成部分，景觀產(chǎn)品被量大面廣的應(yīng)用。研發(fā)玄武巖纖維復(fù)合材料建筑景觀產(chǎn)品，可解決傳統(tǒng)材料耐久性差的問(wèn)題，可促進(jìn)先進(jìn)基礎(chǔ)材料和綠色建筑高質(zhì)量協(xié)同發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

［1］ 中國(guó)建筑節(jié)能協(xié)會(huì). 2018中國(guó)建筑能耗研究報(bào)告［J］. 建筑， 2019（2）：26-31.

［2］ 林希寧，張鳳林，周玉梅.玄武巖纖維及其復(fù)合材料的研究進(jìn)展［J］. 玻璃纖維，2013（2）：39-44.

［3］ 戶外重組竹材：GB/T 40241-2021［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2021.

［4］ 園林景觀用聚乙烯塑木復(fù)合型材： QB/T 4161 -2011 ［S］.北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，2011.

［5］ 結(jié)構(gòu)用纖維增強(qiáng)復(fù)合材料拉擠型材：GB/T 31539-2015 ［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2015.