玄武岩纤维复合材料绿色建筑景观产品设计

【摘要】

玄武岩纤维是我国重点发展的无机绿色高性能材料，具有轻质高强、耐久性好的特点，特别适用于户外环境，设计了玄武岩纤维复合绿色景观产品，分析景观产品的特点，提出了2种截面类型的通用性产品，并结合现有产品现状和产品定位，设计了产品性能。

【关键词】

玄武岩纤维； 复合材料； 景观产品

【中图分类号】TQ177【文献标志码】A

［定稿日期］2023-06-26

［基金项目］四川省科技计划项目（项目编号：2022YFS0480）

［作者简介］李莉（1987—），女，硕士，高级工程师，主要从事建筑新材料新产品研发工作。

0 引言

根据《关于推动城市基础设施改造加强城市生态环境建设的指导意见》等系列文件，我国大力发展公园城市，加强生态城市建设，建筑景观工程作为重要组成部分，景观产品正量大面广的推广应用。而大量工程调研发现，目前景观工程中多使用防腐木、竹木、塑木地板等产品，其原材料多为竹木，对自然资源有一定的影响，且产品存在承载力不足、易腐烂、易变形等缺点，影响了城市建筑和公共景观的品质与形象，一般3～5年均需对板材系统进行更新维护，资源浪费巨大，也给人民生活带来诸多不便。而玄武岩纤维复合材料具有轻质高强、耐久性好的特点，特别适合与户外环境。因此，开发玄武岩纤维复合材料绿色建筑景观产品促进先进材料、绿色建材和公园城市协同发展。

1 玄武岩纤维复合材料

玄武岩纤维复合材料（以下简称“玄纤复材”）是由玄武岩纤维、树脂，以及其他掺和物，经拉挤工艺成型的先进高性能材料。玄武岩纤维是天然玄武岩石料在1 450～1 500 ℃熔融后、经高速拉制而成的一种新型无机绿色高性能纤维材料，被称为21 世纪无污染的“绿色工业原材料”，是我国重点发展的四大高性能纤维之一。我国的玄武岩资源储量丰富，“十三五”期间，我国已逐步突破玄武岩纤维产能低、质量不稳定、生产效率低等缺点，已建成世界首套万吨级池窑拉丝连续玄武岩纤维生产线，产业技术达到世界领先。2020年，四川省玄武岩纤维产能高达2.35万t，占全国2/3，全国产能已占全世界的80%，已成为我国重要资源优势和产业优势。玄武岩纤维是产业链上游的基础材料，其产业可持续发展，亟需开发应用端产品，培育和壮大应用场景和需求。

根据中国建筑节能协会相关报告［1］，2018 年我国建筑全过程的碳排放占全国碳排放总量51.3%，其中，建材生产阶段的碳排放约占全国总量的28.3%。由此可见，开展低碳绿色建材的研发和应用是实现“绿色建筑”“碳中和、碳达峰”目标的重要途径。据统计，玄武岩纤维生产过程中的碳排放量约为钢材的85%、化学纤维的50%，其废气废水经处理后接近“零排放”［2］，固废可直接填埋，并且因其性能更优，可减少建材用量，降低建筑业碳排放，符合低碳绿色发展理念。同时，建筑新材料作为先进材料的重要组成部分，是我省“5+1”战略性新兴产业之一，是立足我省资源禀赋和产业基础的创新型产业体系战略部署。玄武岩纤维具有优越的力学性能、稳定的化学性能、突出的耐高温、耐低温特性、优异的环保特性，同时，玄武岩纤维具有优良的相容性，可与目前用途最广的树脂基、水泥基等材料良好相容。玄武岩纤维-树脂基复合材料具有轻质高强、耐腐蚀、耐磨损、防火性能好等优势，且可制作成线材、板材、型材等丰富样式，适用于各类户外环境。

2 景观产品通用性分析

景观工程中常见的景观产品有：路面铺装板、座椅、设备围栏、花池树池、装饰格栅、廊架等，如图1所示。

经分析，常见景观产品多为恒定截面，板式和矩形截面的型材即可满足大部分的使用要求，即根据使用场景分析，开发两种截面类型的玄纤复材景观产品即可满足大部分的使用常见，分别为Ⅰ类：适用于地面铺装板、桌椅凳面板、花箱树池、廊架装饰板；Ⅱ类：适用于格栅和设备围栏，如图2所示。

3 玄纤复材景观产品性能设计

目前景观产品原材料多为竹木，部分产品性能欠佳，导致存在易腐烂、易变形等问题，而纤维复材性能高且稳定，适合于户外景观产品。但纤维复材常用于航天航空、国防军工等领域，其性能要求高，纤维复材鲜少用于景观产品，需对其性能有一个合理的定位，定位过高，会浪费纤维复材的性能，定位过低，会难以满足户外使用要求。因此，结合现在产品的性能要求、纤维复材的特点以及应用场景的使用要求，设计纤维复合材料景观产品性能。

3.1 性能指标对标

目前市面上常见的景观材料多为重组竹和塑木，并有相关的产品标准规定了其性能指标要求，见表1。

根据GB/T 31539-2015《结构用纤维增强复合材料拉挤型材》，纤维复材作为结构材料的性能指标分为M30级、M23级、M17级，性能指标要求见表2。

建筑设备与建筑材料李莉， 高静， 唐丽娜， 等：玄武岩纤维复合材料绿色建筑景观产品设计

纤维复材的力学性能远高于重竹、塑木，可以适当降低部分性能来降低成本，但产品特性决定了无法过多降低性能，同时过于降低不利于体现产品的优越性。故纤维复材景观产品的力学性能和耐久性指标按GB/T 31539-2015《结构用纤维增强复合材料拉挤型材》中最低等级M17级的结构用材，并结合重竹、塑木和使用要求增加其他理化性能。

3.2 性能指标设计

3.2.1 物理力学性能指标

为简化篇幅，以用于路面铺装板的纤维复合材料为例，其主要性能指标应符合表3的规定。

3.2.2 耐久性能指标

景观产品常用于户外，如普通的户外环境，或位于滨水、沿海、高紫外线、寒冷等环境恶劣地区，不同的使用环境对产品有不同耐久性能要求，为了避免材性的浪费和过高价格，应根据不同的环境规定产品的耐久性，环境可分为一般环境和特殊环境。特殊环境是指长期潮湿或接触水环境、低温环境、冻融环境、氯化物环境、化学腐蚀环境、高紫外线环境等；一般环境是指除特殊环境以外的环境。用于一般环境和特殊环境的拉挤型材耐久性能应分别符合表4和表5的规定。

3.3 检测方法

目前，尚无纤维复材景观产品的检测方法，结合已有相近检测标准和纤维复材景观产品的特点，制定了其检测方法，见表6。

4 结束语

玄武岩纤维被称为21 世纪无污染的“绿色工业原材料”，是我国重点发展的四大高性能纤维之一，随着技术的突破和产能提升，亟需开发应用产品。建筑景观工程是公园城市建设的重要组成部分，景观产品被量大面广的应用。研发玄武岩纤维复合材料建筑景观产品，可解决传统材料耐久性差的问题，可促进先进基础材料和绿色建筑高质量协同发展。

参考文献

［1］ 中国建筑节能协会. 2018中国建筑能耗研究报告［J］. 建筑， 2019（2）：26-31.

［2］ 林希宁，张凤林，周玉梅.玄武岩纤维及其复合材料的研究进展［J］. 玻璃纤维，2013（2）：39-44.

［3］ 户外重组竹材：GB/T 40241-2021［S］.北京：中国标准出版社，2021.

［4］ 园林景观用聚乙烯塑木复合型材： QB/T 4161 -2011 ［S］.北京：中国轻工业出版社，2011.

［5］ 结构用纤维增强复合材料拉挤型材：GB/T 31539-2015 ［S］.北京：中国标准出版社，2015.