玻璃之家讯：摘要：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，是运用高新技术对材料进行复合利用的又一重要成果。介绍了GRC材料及特点，GRC建筑幕墙（词条“建筑幕墙”由行业大百科提供）和屋面的特征及实例，GRC幕墙板结构设计及物理力学性能，GRC幕墙的生产与安装，GRC幕墙接缝设计及专用密封胶，并列举了GRC幕墙工程案例。GRC具有轻质、高强、隔热保温、防水、防火、可加工性良好及价格适中等诸多优点，可根据设计意图，通过模板对其表面的纹理和分割进行设计，从而创造出令人赞叹的表面效果。我国建筑行业应尽快推广GRC建筑幕墙和屋面。 GRC(玻璃纤维增强水泥)是以硅酸盐水泥为基体，以耐碱玻璃纤维（词条“耐碱玻璃纤维”由行业大百科提供）、通用合成纤维（词条“合成纤维”由行业大百科提供）、各种陶瓷纤维、碳和芳纶等高性能纤维、金属丝以及天然植物纤维和矿物纤维为增强体，加入添加剂的工厂预制的环保复合材料。GRC板材因添加剂的不同。产生不同颜色和质感的板材，并且因具有较高的强度，单个板材尺度可以非常大(高度可达3 m以上)，设计师可根据建筑设计需要，对GRC板塑造各种外形，并能较完美地实现特殊造型的整体性，提供基本构造，控制建筑成型。目前有不少用GRC幕墙的建筑，给予人们的视觉感受是现代气息浓厚。GRC优异的材料性能在非线性幕墙中的表现尤为淋漓尽致(见本期封面后的彩色插页)。 1 GRC幕墙概况 GRC板材的制作特性非常适合用于现代建筑幕墙建造。GRC板材特点：强度高、韧性（词条“韧性”由行业大百科提供）好、吸水率低、绿色环保、不易褪色、造价低和重量轻。与主体建筑具有同等使用寿命。产品表面具有“降雨自洁”功能，使外观效果常年如新，且具有安全保温（词条“保温”由行业大百科提供）、安装简单等特点，可做出与石材仿真的明缝效果，美化建筑环境。因此， GRC幕墙板产品是配合玻璃幕墙以及新旧楼装饰的首选产品。 1.1 GRC优点 (1)抗折强度大于18MPa，是普通混凝土的5倍、石材的2倍： (2)质感和色彩丰富; (3)轻质高强，可提高建筑施工的速度; (4)可塑性（词条“可塑性”由行业大百科提供）强，非常适合用于非线性现代建筑和主要研究方雕塑建筑： (5)抗化学腐蚀，耐碱玻璃纤维不会像混凝土内的钢筋一样容易锈蚀： (6)耐候性好，适合各种气候环境; (7)属于A级不燃材料; (8)可制作保温装饰一体化的单元幕墙和装配式住宅： (9)表面通过自密实处理及加入无机纳米材料，可达到保温和自洁功能。 1.2 GRC幕墙特征 (1)GRC材料依靠模具成型，几乎不受任何限制，完全可满足建筑师富有想象力的、极具个性的设计构想。 (2)GRC可通过采用外露骨料、整体着色、纹理饰面以及镶板等材料肌理处理和材料着色处理，在造型的基础上，可更加突出恢宏壮观、古朴典雅、清丽秀美和凝重厚实等风格。 (3)加入纳米光催化材料，表面带有自洁功能。 (4)玻璃纤维在产品结构中起柔性钢筋作用，破裂后也会藕断丝连，可用于高层建筑。 (5)使用年限可达N50年。 (6)通过复合以及表面涂层，实现建筑更为广阔的性能诉求和表面效果的多样化，例如实现建筑的节能、保温，可做防水涂料，也可通过添加光触媒材料，实现GRC幕墙的自洁功能。 1.3 GRC幕墙材料生产工艺 GRC材料的制造工艺较多，但GRC幕墙材料的生产工艺一般采用喷射法。因为喷射法有利于得到密实的GRC，从而最终获得坚固耐久的高强度产品。决定GRC幕墙板材质量的要素在一开始时就应充分考虑，要素包括模具、料浆各组分的配合比与搅拌、喷射、附加工序以及养护。工艺过程为：根据要求进行料浆的配合比设计，按设计好的配合比依序配制好不同的料浆，依序逐层喷射在模具上，并辅以附加工序(如放置预埋件、加肋、压实以及放置钢架等)，确保产品质量可靠。在模具上固结完全后脱模，进行后期表面处理并养护，包装出厂。在这个过程中，料浆的配合比设计以及工艺操作的可靠性是GRC幕墙板材质量的保证，其中料浆的配合比要考虑其物理性能指标、纤维的含量和长度、灰砂比、水灰比、聚合物的养护剂含量和其他外加剂（词条“外加剂”由行业大百科提供）以及工艺操作的可靠性等。 2 GRC幕墙结构设计 2.1使用年限 GRC的使用年限很大程度上依赖设计计算，使用功能也会影响其生命周期。行业规定GRC夕b墙应有建筑物同寿命的质量保证。设计上要采取的与使用寿命有关的几个重要措施为： (1)GRC产品通过50次抗冻融试验(国家标准为25次)后的强度保留率能达到70%以上，足够满足建筑结构性能的要求： (2)重要预埋件采用镀锌（词条“镀锌”由行业大百科提供）处理，同时用塑料皮套包裹，这样可缓减水泥对预埋件的腐蚀; (3)龙骨须按7509/m2的热镀锌进行防锈处理，并做好板与板之间的密闭： (4)板面进行憎水处理，防止毛细水渗透到板内空间而腐蚀龙骨： (5)尽量避免现场焊接，因为现场的焊缝是最容易氧化的部分： (6)对重要节点要做详细的力学计算，对锚栓要进行拉拔测试。 2.2设计原则 GRC幕墙板的结构设计须按承载能力极限状态和正常使用极限状态分别计算和验算。 2.3荷载和作用设计值 GRC幕墙作为建筑物的外围护构件。主要承受自重荷载、风荷载、地震作用效应以及温湿度作用效应等。由于GRC幕墙与石材幕墙的使用环境相同，因此，对应于GRC幕墙的极限状态设计。其荷载效应基本组合和标准组合（词条“标准组合”由行业大百科提供）设计值可参照国家标准《金属与石材幕墙工程技术规范)(JGJ 133—2001)相关规定。这里要特别强调的是。由于GRC是一种较石材的孔隙率更高的亲水性多孔体系。它受外界温湿度变化产生的应力往往高于石材，因此，温湿度应力是不容忽视的。关于GRC幕墙温湿度应力的计算，我国尚无相应的规范可查，建议参考国际GRC协会(GRCA)技术委员会编制的(GRC实用设计指南》。 3.1综合物理力学性能 GRC幕墙板的强度不仅取决于水泥基材（词条“基材”由行业大百科提供），还取决于玻纤的含量、长度以及玻纤的分布和方向。在通常情况下，纤维呈二维乱向分布，且分布方向与板平面平行。因此，其强度沿板的不同方向而异。表l为GRC幕墙板综合物理力学性能指标范围，仅适用于装饰外墙板。其中最重要的试验是弯曲性能试验，以确定GRC的比例极限(LoP)和断裂模数(MOR)，因为这是构件设计中使用的主要数据。在初次检查之前，应对每种生产方法和每个配料系统和(或)喷射机器至少连续试验40d，此后，要求每个批量和每个喷射车间，每周至少进行一次弯曲试验。表2为GRC材料性能值的典型范围，这些性能值取决于配料设计、材料的质量控制、制造工艺和养护制度，灰砂比在1：1—3：1之间。 3.2弹性模量（词条“弹性模量”由行业大百科提供）通过弯曲应力一应变曲线 确定GRC板的设计弹性模量值，弯曲弹性模量值随着基材组分、密度和养护制度的改变而改变，因此须通过试验确定在设计中采用的适宜弹性模量值。 3.3抗剪切强度 在用喷射工艺制造的GRC板中，纤维在板平面内随机分布，因此剪切值随荷载施加方式而变化。 (1)层间剪切。层间剪切强度值实质上是基材的剪切强度值，在单层面板的受弯状态和面内承载粘结 中密度优块中会产生层间剪切应力。 (2)面内剪切。对一定配方的喷射GRC，在经受各种老化处理之后，其面内剪切强度与极限抗拉强度是相等的。因此，可将面内剪切强度值用作抗拉强度值。板边缘的螺栓连接会产生面内剪切应力。 3.4收缩和由水分引发的尺寸变化 GRC在初期发生的不可逆干燥收缩，很大程度上取决于灰砂比和水灰比，随后的水分含量变化引发可逆的尺寸变化，尺寸变化主要由灰砂比控制，随着龄期延续，尺寸变化率降低。约束收缩所引起的应力会导致构件开裂，特别是受形状、变截面厚度、预埋件或外部荷载约束的构件。足够的纤维含量和纤维随机取向可控制板的收缩开裂。尽管纤维不能从本质上降低水泥基材的干燥收缩，但可提高强度并降低收缩裂纹在GRC中扩展。随着在室外环境下暴露时间的延续，应变能力和抑制收缩裂 纹扩展的能力逐渐降低。尺寸变化取决于GRC配合比和使用环境条件，因此应在设计之前确定初期收缩和由水分变化引发的尺寸变化特征值，在没有约束的试验样品上测量其收缩值和由水分引发的尺寸变化值。GRC材料随着温度的提高而发生膨胀，通常情况下GRC材料在受热时会产生水分损失而干燥.因此膨 胀值可被GRC的干燥收缩部分抵消。热膨胀（词条“热膨胀”由行业大百科提供）和干燥收缩主要受基材密度和灰砂比的控制，在设计GRC构件时应考虑热膨胀特性。粘结到GRC上的装饰材料的热膨胀特性应尽可能接近GRC的热膨胀特性.否则会引发墙板内的巨大应力。 3.5抗冻融性 玻璃纤维的存在可有效保护水泥基材抵抗冻融循环引起的恶化。实际上，GRC构件的外表面都是模板面，GRC材料的密实度较高，具有较好的抗渗透性，可有效保护GRC材料免受冻融循环作用。 3.6耐火性能 用水泥、玻璃纤维、砂子和水制造的GRC为不燃性材料。当用作表面材料时，火焰传播指数为零。 3.7密度 喷射GRC的密度主要与纤维含量、水灰比、灰砂比、密实技术和喷射技术有关，从密度大小可得到制造过程的质量信息，密度可被用作工厂质量控制的一个度量指标。纤维水泥板按照密度可分为高、中、低三种类别。纤维水泥板的好坏和密度密切相关，用户可根据 板的密度来判断板材的好坏。根据密度的大小分为： (1)低密度普通板，密度在1.5～1.759/cm3; (2)中密度优等板，密度1.75-1.95 g/cm3;(3)高密度特优板，密度1.959/cm3以上。 纤维水泥压力板为优等板，其常规板(厚度4～12mm)的密度在1.8 g/cm3左右，自然状态下1 200nlmx2400mm的板重量大概在5.5奴左右，厚板(15。30mm) 密度在1.959/cm3左右.自然状态下1200mmx2400mln 的板重量大概在6kg左右。高密度纤维水泥板改善了产品的干缩湿胀能力、强度、耐酸碱和耐腐蚀能力，也不会遭受潮气或虫蚁等损害，而且强度和硬度随时间而增强，保证有超长的使用寿命，具有优异的耐候性、抗冻融、抗日照、抗雨和抗酸雾性能。 3.8渗透性 GRC基材趋向于吸水并将水均匀快速地分布在整个复合材料中，但是水分沿板厚方向通过的能力很弱。试验表明，雨水以117km/h的风速落到板上时，在10lain厚度GRC板的内侧没有水分出现。 3.9长期力学性能 GRC幕墙板的长期力学性能是设计计算的重要依据。GRC幕墙板在大气条件下。因基材中的碱对玻纤产生化学侵蚀，导致其抗弯强度随时间变化逐渐下降直至接近比例极限强度，但其比例极限强度则因基材随时间变化而缓慢水化，使其强度十分稳定甚至有所增长。因此可认为，GRC老化后的抗弯强度值不小于28d[t,d的比例极限强度值。上述假定十分重要，现已成为GRC板极限状态设计时必须遵循的基本原则。 4 GRC幕墙生产与安装 GRC幕墙是由特种装饰层、高性能GRC层、GRC肋或钢框架等材料复合制成。该产品不仅克服了传统GRC$1J品易开裂、变形的缺点，尤其还具有独特的自装饰效果和精准的形状与几何尺寸，是一种可与石材、玻璃等幕墙媲美的新型高档幕墙。 4.1造型 GRC幕墙板采用先进的制造技术，具有极好的易模性，可塑造出造型风格迥异和文化特色突出的建筑产品，为当前个性化建筑的发展提供了一种理想的幕墙材料。 4.2幅面 GRC幕墙板采用独特的制造技术和科学合理的结构构造及连接设计.使之可满足较大规格尺寸的设计要求，板幅可达20m2以上。 4.3饰面 GRC幕墙板通过独特的制造技术，可制成具有传统清水、彩色清水和仿石、仿木纹等多种自装饰效果的产品。其中，传统清水型幕墙可呈现出斑点状、冰花状和云雾状等多种清水效果，较采用浇筑成型的普通清水混凝土相比可表现出更自然、更丰富和更充分的清水装饰效果。彩色清水幕墙具有更丰富的色彩，可大大 拓展清水混凝土的应用范围。 4.4材性 GRC幕墙板大量采用当今水泥与混凝土领域的新材料与新技术.使之彻底解决了当前传统的GRCSU品长期存在的开裂、变形等老大难问题，而且还大幅度提高了材料的强度、密度和耐久性。 4.5分类 4.5.1构造分类 GRC幕墙板按构造形式不同可分为单层板、带肋板、框架板和夹芯板几种(表3，4)。板的较长边定义为板的长度;板的较短边定义为板的宽度;除加强肋和局部加强部位以外，板主体部位定义为板的厚度。 (1)单层板由特殊装饰层和GRC结构层构成，板厚20～30 mm。单层板的幅面较小，一般小于3m2。其中，平板可按合同定规格工业化生产，价格低廉。同时，该 产品采用石材背栓连接方式，易于推广使用。 (2)带肋板是一种沿板四周边缘和设计的受力部位布置有加强肋的单层板。其特点是板面和加强肋采用同一材料一次复合而成，产品的整体性好，结构紧凑，安装占用空间较小且造价较低。带肋板的幅面尺寸在6m2以内。 (3)框架板由板面、钢框架和分布于板背面的L形钢筋等三部分组成。其中钢框架起承载作用，L形钢筋起板面和钢框架间的连接作用。由于L形钢筋的脚部 (指水平部分)预埋在GRC板内，而腿部(指垂直部分)的上端焊接在钢框架上，使得GRC板与钢框架之间的连接十分牢固，其安全度明显优于石材幕墙的连接。同时，这种连接形式还是一种理想的柔性连接形式，它可通过L形钢筋的摆动，有效地消除GRC板面因温湿度变形产生的应力。由于安装点为柔性连接，可防止面板因热胀冷缩的应力不能释放而开裂，且对地震作用的反应相当好，柔性节点能短时间模拟弹簧的作用，对地震水平力起到缓冲作用。 (4)按照板有无装饰层将其分为有装饰层板和无装饰层板。按照产品类型、长度、宽度、厚度和标准编号顺序标记。例如：框架板长度为3 200 mm，宽度为 2000mm，厚度为35mm，标记为GRCKJB3200x2000×35 JC 1057-2007。 4.5.2形状分类 幕墙板按形状不同可分为平板、L形、U形、多面形、曲面形及其他形状等多种异型板(图1)。 4.5.3饰面效果分类 高性能GRC幕墙板按饰面效果不同可分为清水板(灰色、白色、黑色及彩色清水等)、仿石板(洞石、岗石、片石、砂岩及毛石等)及其他装饰板(仿木纹、仿铜、条纹及各种图案花纹)等多种产品。
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