GRPGRC材料在建筑轻质构件中的应用

■ 钱 城 Qian Cheng 刘 靖 Liu Jing 李奕南 Li Yinan

1 概述

1.1 GRPGRC材料及其特性

GRPGRC材料，全称增强塑料复合材料，俗称玻璃钢，是开发较早的一种复合材料。与金属或其他无机材料相比，GRPGRC材料具有无限可塑性，且重量轻、比强度高、耐腐蚀、电绝缘、传热慢、隔音、防水、无污染等特点。通常，GRPGRC材料可按其基体分为热固性树脂和热塑性树脂两大类。在20世纪70年代之前，世界发达国家的GRPGRC材料产量增长十分迅速，在建筑和城市公共设施中有较多的应用[1]。自70年代起，受全球性石油危机的影响，GRPGRC材料和制品发展缓慢，直到80年代以后，情况才有所好转。

GRPGRC材料除了具有复合材料的一般特点外，在应用于建筑中，还有其自身的一些显著优点。

（1）GRPGRC材料的原材料来源丰富，其主要原料之一是合成树脂，几乎完全可以从石油化工产品中获得，甚至可以由石油化工副产品替代。所以，GRPGRC材料完全可以做到工业化的大量生产，适合建筑材料用量巨大的特点。

（2）GRPGRC材料制品设计的灵活性强，成型方法多种多样。即便是结构复杂的制品，它也可以很容易地一次脱模成型，便于普及、节约成本，且制成品的整体性好，产品竞争力强。同时，由于比同尺度的建材制品重量轻，还能制造大型产品[2]，比传统建筑材料更具有发展优势。

（3）GRPGRC材料的某些特性，如无限可塑性、耐腐蚀性、透微波性、轻质高强等等，更是传统的建筑材料所无法比拟的。如果发挥GRPGRC材料的这些特性，将其应用在建筑方面，那么无论是建筑物的使用效果，还是建筑物的成本造价，或是建筑物的维护、运行和管理，都将大大优于传统的建筑材料，也会积累丰富的新材料使用实践经验。

1.2 GRPGRC材料在建筑上的应用

当前，建筑技术和建筑结构形式的发展对建筑材料及相应的施工技术都提出了新的要求：建筑设计、施工要求标准化、装配化、机械化；建筑材料要求预制、轻质、高强，满足各种结构形式和功能的需要。GRPGRC材料因其独特的性能，可用作建筑物的采光材料、围护材料、装饰装修材料、给排水工程材料、采暖通风材料和其它土木工程类材料及相应的构件制品，开始逐渐用于民用及工业建筑中，它不仅代替了砖瓦、灰砂石以及金属、木材等，而且制成的产品轻盈美观，色彩丰富、经久耐用。最初，由于原材料供应不足及价格较贵等原因，用量不大，应用范围有限[3]。但是，随着石油化学工业、建筑工业及其他工业的飞跃发展，GRPGRC材料在建筑中应用一定会越来越广泛和成熟。

本文主要探讨GRPGRC材料在建筑轻质构件中的应用。

2 GRPGRC制作的建筑轻质构件

建筑使用的材料基本分为两类。一类是承担建筑主体的结构性材料，以传统的砖、石、砂、水泥、钢筋等建材为主，因性能稳定、成本经济、施工技术成熟，仍将是今后较长时期使用的主要建筑材料。另一类是建筑设计上非常关注的建筑装饰性材料，也就是建筑的表皮与功能构件。建筑的外观形象给人以第一视觉冲击，其立面效果至关重要。因此，建筑师非常重视建筑的表皮设计，而轻质构件在此可起到画龙点睛的关键作用。从构件的作用上，轻质构件可分为装饰性轻质构件和功能性轻质构件，或两者作用兼顾[4]。

2.1 GRPGRC制作的装饰性轻质构件

建筑师孜孜不倦地探索和追求建筑的外观表现，通过立面造型及元素符号的营造装饰，给人们心态上带来更多的情感享受。这种设计理念也催生了各种新的建筑材料，以及对生产工艺、原料供给、安装技术及美学价值等方面的研究。

GRPGRC材料具备复合材料的优势，环境气候适应性好，适于建筑中的各种装饰性轻质构件，可以任意选择凹槽和折线变化或者各种曲线造型，用于制作装饰造型和表现强烈的质感，也可以对建筑进行局部重点装饰。用GRPGRC材料制作的墙饰、拱肩、罗马柱、窗套、门套、花坛、须弥座、水池、檐口线条、山花、花瓶栏杆、文化石、梁柱头、腰线、雕塑等（图1～3），构件细部精美，足以假乱真，安装便利，便于工业化生产，已开始出现在各类民用建筑中。

2.2 GRPGRC制作的功能性轻质构件

GRPGRC材料在建筑功能性构件的使用中，较为常见的是幕墙和屋顶（图4、5），以功能为主，兼围护和装饰作用，特别是幕墙能表现较强烈的表皮视觉效果。这类由GRPGRC材料制成的构件，以其良好的理化性能，代替了传统的建筑材料，避免了诸如易腐蚀、不环保、难维护等缺点，同时还能够制作出不同风格的装饰性构件，提升了它们的美学感受和品味。目前，由GRPGRC制造的幕墙，其板幅已能够达到20m2以上[5]。虽然受生产工艺及成本价格的制约，GRPGRC材料的使用量还不能与传统建材相比，但随着科技理念和生产工艺的不断进步，其材料的普及使用指日可待。

图1 GRPGRC材料制作的垭口

图2 GRPGRC材料制作的窗套

图3 GRPGRC材料制作的各种外饰面

GRPGRC材料还可以用于制作公共建筑的内部吊顶（图6、7）。如大型观演类空间的观众厅吊顶，要满足演出交响乐、歌剧、舞剧、话剧、曲艺等声学需要，往往形状复杂，用一般材料较难制作；而GRPGRC材料的可塑性优势能够根据观众厅中吊顶的曲率或弧度要求，并根据各个部位的装饰和舞台设备情况，较方便地制作大面积的异型和曲面形状，从而使吊顶满足厅堂的音质效果和视觉要求，并且其装饰性效果也优于其他材料，更适合这类建筑的使用。

3 GRPGRC用于建筑轻质构件的优点

如概述所言，GRPGRC材料用于建筑轻质构件具有很多优点，归纳起来，可分为适应性、耐用性、便捷性3个方面。

3.1 适应性

图4 GRPGRC材料制作的幕墙

图5 GRPGRC材料制作的屋顶

建筑轻质构件一般只承担自重或少量荷载，而砖、石、混凝土、钢和钢筋水泥混凝土等自重较大，用在轻质构件上不经济，也不合理，GRPGRC材料恰能很好地适应这一要求。与传统材料相比，GRPGRC材料制品的韧性、拉伸强度、延伸性能和抗疲劳性能具有明显优势，它的拉伸强度为普通钢材的2倍，重量却仅为普通钢材的1/5，在用量相近的情况下，大大节约了构件运输成本和施工安装成本。用GRPGRC材料制作的建筑外墙板、飘窗阳台（图8、9），能够显著减轻围护结构的重量，使建筑物整体重量减轻40%左右，同时，还可以增加更多的使用面积，这点很受建筑设计师的欢迎。另外，将其用作防水材料时，其尺寸收缩率优于普通水泥, 可解决一般防水层的裂缝问题, 提高建筑物的防渗质量，达到较好的防水效果。

3.2 耐用性

建筑物中的钢筋作为增强材料用量巨大，但钢筋因腐蚀导致的结构或构件破坏却不容小觑，尤其在恶劣气候或腐蚀性环境下，这类情况更容易发生。用GRPGRC材料加工制成复合材料棒，代替钢筋作为建筑物的增强材料，与普通钢材相比，这种纤维复合材料棒材具有耐腐蚀、不导电、非磁化性能，可抵御各种气候变化，应用在腐蚀环境下或结构轻型的预应力混凝土结构中，满足各种条件下的使用要求。

图6 GRPGRC材料制作的吊顶

图7 GRPGRC材料制作的顶棚

图8 GRPGRC材料制作的外墙板

图9 GRPGRC材料制作的飘窗

图10 GRPGRC材料制作的雨篷、天窗

GRPGRC材料还可代替传统建材制作建筑百叶、管道、飘窗、雨搭、雨篷、天窗等轻质功能性构件（图10）。例如构筑物中的管道，传统金属管造价高，且易被腐蚀锈烂，导致管道内水流阻塞发生，影响使用；普通塑料管又因其强度较低易损坏，后期维护需要较高的投入，增加运行成本；而GRPGRC材料具有复合材料的耐用性优势，使其制成的这类轻质构件有更久的使用寿命。

3.3 便捷性

GRPGRC材料的制模脱模整体性好，便于一次成型。在构件的结构设计和制作中，可以充分利用这一特点来增加构件的强度，提高作业率，缩短施工工期，节约成本。目前，许多大型公建立面采用的高性能GRPGRC幕墙板按结构形式可分为单层板、带肋板和结构板3种：单层板比传统墙板小巧灵活，造价较低，便于推广使用；带肋板由单层板加工获得，产品整体性好，结构紧凑，节约空间，且具有成本优势；结构板拥有较为先进的安装工艺，与框架间的连接十分牢固，并能有效消除构件内部因温湿度变化而产生的应力，其安全性能明显优于传统石材幕墙的连接方式。

使用中，还可以在GRPGRC材料复合墙板上直接打钉或固定膨胀螺栓吊挂重物，且墙板的表面不会产生粉尘和裂纹；也可以直接粘贴瓷砖、墙纸或木板等，进行饰面处理，非常方便。当采用自熄性材料制成GRPGRC材料时，其防火性能也有所改善，不会由于燃烧时产生有毒气体而增加其危险性。

4 结语

建筑材料的发展，对建筑构件十分重要。利用GRPGRC材料的优异特性，用于制作建筑轻质构件，由于重量轻而比强度（强度-重量比）高，所以在满足设计要求的前提下，能够减轻建筑物的自重，增加有效荷载；另外，材料本身化学性能稳定，适合于特殊行业，如化工部门的构件耐腐需要等，还能很好的抵御极端气候对构件的不利影响。在实际工程中，可根据需要进行构件预制，或者现场施工，并能直接装配组合，提高施工作业进度。积极开发利用GRPGRC这类合成材料，有助于探索合理决策和选择建筑材料，推动建筑行业的良性循环和可持续发展。

参考文献：

[1]朱航征.几种国外新型GRPGRC材料的开发与应用[J].建筑技术开发,2011,8(11):56-59.

[2]侯君伟.我国GRPGRC材料技术的发展[J].建筑技术,2012,3(8):568-570.

[3]薛甫友,崔朝栋,兰淑青.对GRPGRC材料在工程开发利用中的建议[J].建筑技术,2012,2(l):9-10.

[4]钱城,刘建平,李雪.功能构件在住宅立面造型中的应用[J].青岛理工大学学报,2006,27(6):13-16.

[5]李一平,薛红.浅析GRPGRC材料规范使用的要点[J].四川建筑, 2011,1(4):58-59.