建筑學中級職稱論文建筑復合材料的節(jié)能應用

　　建筑復合材料在建筑節(jié)能中得到廣泛應用，本篇建筑學中級職稱論文分析了建筑用復合材料的功用范圍及應用現(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。

　　《復合材料學報》本刊主要刊載我國復合材料基礎研究和應用研究方面具有創(chuàng)造性、高水平和具有重要意義的最新研究成果的論文�？�載范圍:纖維、織物、顆�；蚓ы氃鰪娋酆衔锘�、金屬基、陶瓷基等復合材料及其復合薄膜或復合涂層材料(包括：結構、功能、生物骨結構、電子、建筑等復合材料)的制備、性能、設計等，以促進國內(nèi)外復合材料研究領域的學術交流及先進復合材料的推廣應用。

　　隨著社會的進步, 人們對居住面積、房屋質(zhì)量和娛樂設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, 加快建設進度。復合材料應用于建筑領域,相比傳統(tǒng)的鋼鐵和混凝土結構，性能更佳，壽命更長,可以超過一百年。建筑業(yè)是基礎產(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)代科學技術改革傳統(tǒng)建材, 用纖維增強復合材料替代傳統(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)并推廣使用復合材料已引起國內(nèi)外建筑界人士的普遍關注。

　　一、建筑用復合材料的功用范圍

　　復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，使復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)保復合材料越來越多地被用于建筑工程結構中：

　　承載結構用作承載結構的復合材料建筑制品有：柱、桁架、梁、基礎、承重折板、屋面板、樓板等，這些復合材料構件，主要用于化學腐蝕廠房的承重結構、高層建筑及全玻璃鋼-復合材料樓房大板結構。復合材料圍護結構制品有各種波紋板、夾層結構板，各種不同材料復合板，整體式和裝配式折板結構和殼體結構。

　　用作殼體結構的板材，它既是圍護結構，又是承重結構。這些構件可用作工業(yè)及民用建筑的外墻板、隔墻板、防腐樓板、屋頂結構、遮陽板、天花板、薄殼結構和折板結構的組裝構件。透光建筑制品有透明波形板、半透明夾層結構板、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合材料拉擠型材、平板、浮雕板、復合板等，一般窗框型材用樹脂玻璃鋼。

　　二、建筑工程中的木塑復合材料

　　木塑復合材料是國內(nèi)外近年蓬勃興起的一類新型復合材料，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，稱之為擠壓木塑復合板材。木塑復合材料的基礎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�、抗彎曲等物理機械性能，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)�？梢苑纸�，不會造成“白色污染”，是真正的綠色環(huán)保產(chǎn)品。木塑復合材料原料來源廣泛：生產(chǎn)木塑復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。隨著對木塑復合材料的研發(fā)，生產(chǎn)木塑復合材料的塑料原料，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，木塑復合材料早在“十一五”期間就受到了高度重視。2008 年，木塑復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，極大帶動了木塑復合材料產(chǎn)業(yè)在中國的發(fā)展，同時也引起了國家相關管理部門的重視。“十一五”以來，木塑復合材料產(chǎn)業(yè)中有60 多個項目獲得了相關部委的支持。2011 年，中國的木塑復合材料產(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，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，未來的新型木塑復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域帶來一場綠色革命。

　　三、玻璃鋼復合材料在建筑節(jié)能中的應用

　　玻璃鋼復合材料憑借其優(yōu)異的性能，也在建筑節(jié)能方面的應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、預應力鋼筋混凝土管。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;預應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、結構層和外保護層構成,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, 結構層用玻璃纖維增強,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)品結構體系，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部門的重視和支持。

　　玻璃鋼復合材料在建筑節(jié)能的應用市場十分寬廣，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、崗亭、仿古建筑、移動劇院、透微波塔樓、屏蔽房、水箱、井蓋、電纜橋架等領域也得到廣泛應用。

　　四、環(huán)保復合材料在建筑結構中的應用趨勢

　　復合材料日益在大型商業(yè)結構中獲用，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合材料制成。世博會中另一個館的屋頂由透光的FRP 板構成。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。高密度復合材料技術的實現(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)有關部門估算，2013 年，亞洲復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�，F(xiàn)在，復合材料產(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)建設部聯(lián)合發(fā)布《關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)的轉型升級。同時，業(yè)界也期待著綠色建材在技術和政策配套方面取得雙突破。2012 年全球經(jīng)濟將逐步復蘇，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，位居應用塑料的首位。

　　十二五期間我國節(jié)能環(huán)保領域累計投入將超過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，外墻保溫材料領域將迎來絕佳的發(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)的建筑結構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)。預計聚氨酯保溫材料在中國市場或將大有可為。十二五期間聚氨酯保溫材料年需求復合增長率有望超過60%,未來3 年中國外墻保溫市場的需求爆發(fā)或將抬升全球MDI 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, 預計未來聚氨酯硬泡在保溫材料中的應用比例將從2011 年的10% 提升至2015 年的36%, 年需求復合增長率有望超過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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