建筑復合材料點綠成金

　　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，產生協同效應，使復合材料的綜合性能優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、金屬絲和硬質細粒等。

　　隨著建筑工業的迅速發展，環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，主要用于工業廠房、民用建筑、農業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材料，再經擠壓、模壓、注射成型等塑料加工工藝，生產出的板材或型材。主要用于建材、家具、物流包裝等行 業。將塑料和木質粉料按一定比例混合后經熱擠壓成型的板材，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點，更重要的是低碳環保特征顯著。研究數據顯示，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，節約80桶原油，節約11噸標準煤。

　　木塑復合材料內含塑料和纖維，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。由于內含纖維并經與塑料充分混合，因而具有與硬木相當的抗壓、抗彎曲等物理機械性能，并且其耐用性明顯優于普通木質材料。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，塑料可以發生聚合、發泡、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定性、著色性良好：其最大優點就是變廢為寶，并可100%回收再生產?？梢苑纸?，不會造成“白色污染”， 是真正的綠色環保產品。木塑復合材料原料來源廣泛：生產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，生產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，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業在中國的發展，同時也引起了國家相關管理部門的重視。“十一五”以來，木塑復合材料產業中有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量超過70萬噸，近年來年均增長率超過20%，主流生產企業達500多家，近30%的產品出口到歐美。

　　隨著人們對環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型經濟發展模式已成為 世界經濟發展的趨勢。大力開發資源循環利用技術，將對國民經濟發展和環境可持續發展產生深遠影響。而利用廢舊塑料和木制纖維生產木塑復合材料制品正符合了 這一趨勢。在國內，每年產生的各種廢舊塑料和木制纖維廢料數量可觀。但由于國內木塑市場尚處起步階段，木塑制品在國內還沒有大面積推廣。因此，木塑復合材 料及其制成品的發展空間十分巨大。據樂觀估計，“十二五”期間木塑復合材料年產量有望達到500萬噸左右，產值超過600億 元。如果能充分利用現有條件，較好地借鑒國內外木塑制造新技術，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、玻璃等傳統材料的有 力競爭者，進而擴展成為產值達數千億元的新興產業，不僅可以為國內循環經濟和資源節約作出貢獻，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能中的應用

　　玻璃鋼復合材料憑借其優異的性能，也在建筑節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,而且質量難以保證;預應力鋼筋混凝土管在運行中易出現爆管、滲漏等質量問題,節能效果較差。而玻璃鋼管道由內襯層、結構層和外保護層構成,管道內襯層含有豐富的樹脂,耐腐蝕且內壁光滑,輸送介質摩阻系數小,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,門窗節能在整個節能建筑中起到至關重要的作用。玻璃鋼窗框通過拉擠生產出空腹型材,經過切割、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、節能性能,更具有自身獨特的隔音、抗老化、尺寸穩定等性能,被譽為21世紀建筑窗框的綠色產品。玻璃鋼窗框輕質高強,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為9.96 ㎡·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。優質玻璃鋼窗框的保溫性能優于國家標準中規定的保溫性能一級指標。玻璃鋼窗框尺寸穩定、隔音性好。玻璃鋼型材熱變形溫度為200℃，線脹系數與建筑物和玻璃相當,在冷熱溫差變化較大環境下，不易與建筑物及玻璃之間產生縫隙，可提高玻璃鋼窗框的密封性能。

　　我國建筑窗框行業形成了以塑鋼窗為主的產品結構體系，也是建筑窗框產量最多的國家。目前全國城鎮建筑市場的窗框需求量已經達到2億平方米，由于玻璃鋼窗框特有的保溫、節能等優點，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新設計堪稱獨樹一幟，其外部和內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。

　　目前國內生產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、木屑等農業廢棄物作原料，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。被聯合國工業發展組織譽為“21世紀新材料”。它的特點是不使用木材，可以保護生態環境，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，節約能源，保護環境;無毒無害，沒有尿素和甲醛的成份，不會對人體產生危害;產品密度高，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，節約并降低成本;產品有很強的可塑性，可根據用戶需要，替換不同的模具或模板，直接生產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不僅解決了農業廢棄物和城市廢棄物的污染排放問題，還節省了有限的林業資源，必將對我國的21世紀的環保產業產生巨大影響。

　　復合材料產物在建筑業中的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。據有關部門估算，2013年，亞洲復合材料在建筑市場中的利用產值將到達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在，復合材料產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、住房和城鄉建設部聯合發布《關于加快推動我國綠色建筑發展的實施意見》，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、新能源等下游產業的轉型升級。同時，業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年全球經濟將逐步復蘇，建筑業的發展速度也將開始緩慢回升，全球建筑業發展前景看好，建筑塑料材料用量將穩步增長，在亞洲、南美的新興市場增速會較快。據統計，每年建筑業消耗塑料約占塑料總產的1/4，位居應用塑料的首位。

　　十二五期間我國節能環保領域累計投入將超過5萬億元人民幣,其中建筑節能行業有望獲得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能的重要環節。中國外墻保溫普及率僅為1成,節能標準顯著落后于發達國家,未來市場空間廣闊。發達國家經驗表明政策刺激對建筑節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調控以及火災事故等原因出現了短暫停滯,未來隨著建筑節能細則的推出,保溫材料市場有望迎來爆發式增長。

　　國內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需求,外墻保溫行業發展出現短暫停滯。而2011年12月國務院發布46號文明確規定“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將有機保溫材料一刀切的限制規定已經有所松動,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越,阻燃性優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或將抬升全球mdi行業開工率至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優異,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%。

　　據分析，建筑塑料市場潛力巨大，發展建筑塑料刻不容緩。一方面，隨著全球經濟逐步復蘇，建筑業的發展速度也逐步 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，創收2015億美元。

　　建筑工業在國民經濟中占有很重要的地位，不論是哪一個國家，建筑工業是國民經濟的支柱產業之一。隨著社會的進步,人們對居住面積、房屋質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改革發展的動力。當前,節能和環保已成為人類改善生存環境和社會尋求良性發展的主題,因此,推進建筑節能是我國走可持續發展之路的必然趨勢，特別是采用環保復合材料對既有建筑的節能改造和新建建筑的節能選材設計是未來一段時間內降低建筑能耗的必由之路。