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浅析GRC幕墙在现代建筑中的应用

时间:2016-05-03来源: 作者: 点击: 331次


1翟雪婷 山东建筑大学 建筑城规学院,山东 济南250101

         2王崇杰 山东省绿色建筑协同创新中心,山东 济南250101

 

摘要:根据现代建筑形式发展与需求,建筑的形式创新、材料创新、绿色环保、健康节能必将取代传统。GRC(玻璃纤维增强水泥)是一种新型复合绿色建筑材料。本文介绍了GRC材料及GRC幕墙的特点;GRC幕墙在现代建筑中的应用。建筑材料的革新和节能建筑的推广必将使GRC幕墙有广阔的发展空间。

关键词:GRC材料;GRC幕墙;现代建筑

 

AbstractAccording to the development and demand of modern architectural form, the form of innovation, material innovation, green environmental protection, health and energy saving will replace the traditional. GRC (glass fiber reinforced cement) is a new type of composite green building materials. This paper introduces the characteristics of GRC material and GRC curtain wall, and the application of GRC curtain wall in modern architecture. The innovation of building materials and the promotion of energy conservation will make the GRC curtain wall have a broad space for development.

Key wordsGRC material; GRC curtain wall; modern architecture

0引言

随着“绿色建筑”理论的发展,我们逐渐开始意识到评价建筑是否舒适绝不仅仅是靠空间营造和造型设计。建筑节能环保应该是每一个设计师不断努力追求的方向。所以建筑幕墙不仅要符合建筑美学和建筑功能的要求,更应该展现出其“舒适与自然”、“环保与节能”的绿色建筑设计精髓。GRC(玻璃纤维增强水泥)是近30年来新开发的一种新型复合材料,是运用高科技对材料进行复合利用的又一重要成果。它的突出特点是具有良好的抗拉和抗折强度及韧性。这种材料非常适合在建筑、景观方面做装饰造型以及表现其强烈的纹理和质感。设计师可以根据建筑设计需求,对GRC板材做出各种造型并实现其特殊造型的整体性,控制建筑的成型。

目前,全世界的一个公认话题“能源危机”,其中建筑能耗的急剧增长引发了一系列环境、能源和社会问题。GRC幕墙板在生产过程中不使用石棉纤维,该幕墙板作为环保型建筑材料在国际上应用比较广泛。GRC的众多优点得到了各界的认可,我国建筑行业也应该大力度的推广GRC幕墙。

1GRC材料概况

1.1GRC材料简介

玻璃纤维增强水泥的主要组成材料是水泥砂浆、耐碱玻璃纤维、水;是一种拥有良好物理力学性能的新型复合材料,其英文名称为:Glassfiber Reinforced Cement,按照英文名称的词头缩写称为GRCGRC材料具备质量轻、强度高、保温隔热性能好、防水、防火、良好的可加工性能、价格适中等许多的优良特点,并因此获得了材料界的公认,在建筑工程、市政工程、农业工程、水利工程和园林工程等许多领域的应用中取得了明显的技术经济效果,显示了GRC材料其广阔的发展前景。

1.2GRC材料特点

1)轻质高强:克服了传统材料的一些缺点,如石膏的脆性,玻璃钢的易变形性,普通水泥较厚不易塑形安装的特点。(2)坚固耐用:其材料成分耐碱水泥和耐碱纤维均为无机材料。(3)造型可塑性强:根据造型需要塑造模型,可以满足设计者独特的造型设计需求。(4)防水防火性、防酸防碱性:其材料的各项指标测试均达到国家规定需求。(5)施工方便:预制构件的厚度一般在3mm10mm之间,轻质高强,可以安装在各种类型的建筑物及墙体上。

1.3GRC材料组成

其基本组成材料为水泥、沙子、耐碱玻璃纤维和水、以及外加剂、聚合物等。

 

水泥

快硬硫铝酸盐水泥、低碱度硫铝酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、白色硅酸盐水泥

砂子

 

耐碱玻璃纤维

包含耐碱玻璃纤维无捻粗砂、耐碱玻璃纤维短切纱、耐碱玻璃纤维网格布。使用普通硅酸盐水泥石氧化锆含量不低于16.5%

聚合物

丙烯酸共聚乳液

外加剂

高效减水剂、塑化剂、缓凝剂、早强剂、当制品中由钢制预埋件时,不得使用氟化钙基的外加剂材料。

 

其他材料

选择性的添加一些火山灰活性材料,可以帮助提高GRC材料的综合性能,如强度、抗渗性、耐久性等。

 

1.4GRC材料典型配合比设计

材料

喷射工艺(公斤)

预混工艺(公斤)

水泥

50

50

沙子

50

50

13.5

14.5

AR耐碱纤维

4.5-5%

2-3.5%

外加剂

适量

适量

聚合物

5-20

5-20

硅土、偏高领土

适量

适量

 

1.5GRC材料性能参数

性能

28

老化(浸泡在50-80摄氏度水中)后

密度(干)/Kg/m³)

1922-2242

         1922-2242

抗压强度/MPa

 48.3-8207

         69.0-82.7

抗弯屈服强度/MPa

 6.2-10.3

         6.9-11.0

抗弯极限强度/MPa

 13.8-24.1

         9.0-13.8

抗弯弹性模量/GPa

 6.9-20.7

         17.2-27.6

抗拉屈服强度/MPa

 4.8-6.9

         4.8-7.6

抗拉极限强度/MPa

 6.9-11.0

         5.0-7.6

抗拉破坏应变/%

 0.6-1.2

         0.03-0.08

剪切层间剪切/MPa

 2.8-5.5

         2.8-5.5

剪切面内剪切/MPa

 6.9-11.0

         5.0-7.6

导热率/[W/(m.)]

 19.9-39.7

         19.9-39.7

热膨胀系数/[mm/mm.℃)]

2.16/100000

        2.16/100000

 

2GRC幕墙在建筑中的应用

2.1GRC幕墙概况

GRC幕墙是一种有别于玻璃幕墙、石材干挂、瓷砖、陶板、木材、铝塑板等建筑幕墙,它是一种极具艺术表现力的建筑表皮材料,可以为建筑设计师发挥想象力提供无限的可能,并且具有简便、快捷、经济等优点。GRC幕墙的特点:强度高、韧性好、吸水率低、绿色环保、不易褪色、造价低、质量轻、与主体建筑具有同等的使用年限。GRC幕墙表面具有“降雨自洁”的功能,可以使建筑外观保持一种比较新的状态,而且安全保温、安装操作比较简单。

2.2GRC幕墙的优点

2.2.1造型多样,色彩丰富

GRC幕墙运用先进的制造技术,拥有非常好的模型可塑性,可以塑造出造型风格多样和个性化特点突出的建筑外观(图2-1)。其中彩色GRC幕墙板(图2-2),即带饰面的GRC,是饰面层与GRC纤维增强层结合用特定的制作工艺一次制作成型,彩色GRC可以通过造型、纹理、质感、色彩去表达设计师的丰富想象力以实现其设计创作意图的表达。


2-2彩色GRC幕墙板

 

2-1日本筑波百叶校区车站

 

 

 


2.2.2材料性能良好

GRC幕墙的抗折强度大于18MPa,是普通混凝土的5倍、石材的2倍;耐化学腐蚀、耐候性能好、适合于各种气候环境,可用于制作保温装饰一体化的单元幕墙和装配式住宅;GRC幕墙重量很轻而且强度很高,并且通过使用超薄技术制作的GRC构件,最薄可以做到只有5毫米,这是满足同等强度的其他材料很难做到的。表格中体现不同的生产方式下GRC幕墙性能参数。

性能

喷射法

预混法

纤维含量(质量比%

5

3

抗弯强度

 

 

断裂模量MORMPa

20-30

10-14

比例极限LOP MPa

7-11

5-8

抗拉强度

 

 

拉伸极限UTS MPa

8-11

4-7

弹性极限BOP MPa

5-7

4-6

剪切强度

 

 

层间剪切(MPa

3-5

3-7

面内剪切(MPa

8-11

4-7

抗压强度(MPa

50-80

40-60

抗冲击强度(KJ/㎡)

10-25

10-15

弹性模量(GPa

10-20

10-20

破坏变形(%

0.6-1.2

0.1-0.2

干密度(Tonne/m³)

1.9-2.1

1.8-2.0

 

2.2.3饰面效果多样化

GRC幕墙板材会因为其外加添加剂的不同,从而产生不同颜色和质地差异的幕墙效果。通过独特的幕墙制造方法,可生产具有传统清水、彩色清水、和仿石仿木纹等各种装饰效果的幕墙;也可以做出条形、浮雕等等差别的肌理图案。

2.2.4绿色环保,节能效果好

GRC构件废弃后是可以重复回收使用的,这样就有利于实现环保节能。同时GRC材料本身不含有放射性元素,并且GRC幕墙板在生产过程中不使用石棉纤维材料,所以在绿色建筑发展的大浪潮下,GRC以其优越的自身条件作为环保绿色的建筑材料。

2.3GRC幕墙的分类

GRC幕墙按构造样式差别分类为单层板、带肋板、框架板、夹芯板等。  其主要特征(见表格)

     类型

                    主要特征

    单层板

幅面一般比较小,小于3平方米,可按不同的规格进行工业化生产,价格较低。

    带肋板

面板和加强肋采用同一种材料一次性复合而成,整体性较好,结构比较紧凑,幅面一般小于6平方米。

    框架板

由面板、钢框架、和分布设置于板背面的L形钢筋构成。其中钢框架起承受荷载应力的作用,L形钢筋起到面板和钢框架之间的连接作用。

    夹芯板

由一对GRC面板和中间填充材料组成

 

2.4GRC幕墙构造设计

本文以GRC单层板为例介绍GRC幕墙的构造设计。GRC单层板构造较为简单,由特殊装饰层和GRC结构层组成,厚度一般做到20mm30mm,并且其板面幅面较小,经常采用石材背拴的连接方式,如图2-3所示:

 

单层板01

2-3GRC幕墙构造示意图

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


2.5GRC幕墙的保温节能体现

冬季若采用幕墙式GRC外墙外保温板,根据砖墙的蓄热作用,房间的温度不会下降的很快,因此GRC幕墙也非常适合用于寒冷地区。GRC幕墙不仅对冬季保温效果明显,同时在夏季的隔热性能也比较好,夏季建筑若采用GRC幕墙外保温板,它可以做到白天隔热好而且夜晚散热快的特点。这样不仅可以避免储存太阳辐射带来的热能积蓄,而且可以降低空调的使用率,从而达到了幕墙节能环保的目的,符合当前绿色建筑幕墙的发展需求。

3GRC幕墙在现代建筑中的应用实例

3.1米兰世博会阿联酋馆

2015年米兰世博会里,其中阿联酋馆(图3-13-2)的设计是米兰世博会中相对成功的混搭建筑,而其宏伟的峡谷式展馆入口采用的就是GRC幕墙板。展馆的纹理让人联想到大漠风沙,而这种特殊肌理的实现正是靠GRC材料本身可塑性强并且可以塑造出表达设计师设计独特的想法。

3-2阿联酋馆鸟瞰图

 

阿联酋馆02

3-1阿联酋馆入口

 

阿联酋馆

 

 

3.2西班牙梅里达会议中心

从梅里达会议(图3-4)中心建筑外立面上看,这座建筑在拥有前卫艺术画面的同时,又能让人联想起梅里达古老的罗马墙。设计师弗安桑塔.涅托用经典的“西班牙语汇”为人们讲述了现代建筑与历史文脉的关系。体现这种现代和历史文脉关系表达的肌理材料正是GRC幕墙,GRC材料的优异效果实现了建筑雕塑艺术从个性化到工业化的转变。

西班牙梅里达会议中心

3-3西班牙梅里达会议中心

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


4结语

本文通过GRC材料的性能,GRC幕墙的特点及应用等方面介绍了一种既能适应绿色建筑的节能环保,又能实现设计师独特构思想法的幕墙材料——GRC幕墙。GRC材料因其诸多的性能优势得到了业各界的认可,GRC幕墙也因其轻质高强、绿色环保在国内外建筑界广泛使用和发展。然而在大力推进GRC幕墙发展的同时也出现了一系列的问题:(1)缺少相应的工程规范标准,由于GRC幕墙和石材幕墙的使用环境相同,因此GRC幕墙的设计参照值参照国家标准《金属与石材幕墙工程技术规范》相关规定。没有专门的规范标准就会使得GRC幕墙材料在制造、设计、安装、验收阶段出现一些疏忽问题。(2GRC幕墙的市场体系尚且不够完善,市场上的材料准入需求较低,这样就会出现一些厂家为追逐利益而背离GRC幕墙材料的生产品质,从而影响建筑质量。

随着我国经济的迅速发展,科技水平的不断提高,人们居住条件和生活水平的日趋优越,传统的建筑材料已经不能满足建筑行业绿色换班节能的发展要求,所以需要绿色环保新型建筑材料来替代传统建筑材料。而新型建筑材料成本价格合理、性能优越、绿色环保、同时也应该轻质美观、防水防火、隔音隔热等功能。因此在GRC幕墙材料及制作方面,应该充分的发挥自身的特点优势,也要认真分析研究国内外的创作风格,取其精华融入丰富的历史人文内涵,相信GRC幕墙将会有其势不可挡的未来发展前景。

 

 

 

 

参考文献:

[1] 龙文志,GRC成就建筑幕墙和屋面艺术之美[J].建筑技术,2014.

[2] 汪杉,GRC板材在建筑设计中的应用研究[D].南京大学,2012.

[3] 何景林,新技术、新材料GRC构件在建筑幕墙中的应用[J].广东建材2010.

[4] 雷新忠,高性能GRC幕墙板设计应用[J].2009.

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