新型建筑材料应用的重要性与膜结构材料的简介

新型建筑材料应用的重要性与膜结构材料的简介

李子昂

天津市市政工程设计研究院

摘要：在传统的钢筋、水泥、玻璃及陶瓷等建筑材料之后，各种新型建筑材料不断涌现。大力发展轻型、高强、节能、少污染的新型建筑材料对我国现代化建筑具有极重要的现实意义。随着建筑材料的发展，环境问题愈来愈突出，作为这方面的工程技术人员必须认真考虑对环境带来的影响。

关键词：新型建筑材料；膜结构材料

1.新型建筑材料应用的重要性

建筑业对环境造成的各种污染相当严重，反之环境恶化对建筑业的影响也不可忽视。当前环境遭受各种因素的影响，生态平衡已经失衡，应当引起我们的高度重视，表现在建筑物上主要有：

（1）大气污染与酸雨的影响。

（2）建筑表面析白现象。

（3）建筑用高分子材料老化。

（4）金属材料的化学腐蚀和电化学腐蚀。

（5）其他影响。

据实践证明，工业固体废渣是用作建筑材料与原材料的最佳来源。我们应该大力对建筑工程环保科研加大投入，对有利于建材工业的三废处理、资源再利用回收，大力提倡和增大投入力度。同时应大力推广应用塑料门窗、塑料管道、新型防水材料、新型墙体材料等具有十分明显的节能和环保效果的新型建材；应当加强节能建材的检测、生产、销售和应用立法，完善法律法规，从法律制度的高度推进环保建材的发展。加强人们建筑环保的意识，提高使用新型环保建材的自觉性和主动性，珍爱我们生活的环境，我们任重道远。

2．一种新型建筑材料—膜结构的简介

膜结构是近几十年发展起来的一种新型的大跨度空间结构，它由具有优良性能的织物（膜材）通过支撑构件（如刚性梁、柱、柔性索），或给膜内空气加压以一定的方式组合并施加适当的初始预张力而形成具有一定刚度的空间结构形状，从而承受一定外荷载的一种空间结构形式。它的历史可以追溯到远古时期的人们利用树木的纤维和兽皮建造的帐篷。

膜材料是这种大跨度空间结构最重要的组成部分，被称为“第五代建材”。它的作用等同于传统的刚性结构中的混凝土、钢筋等材料。早期的膜结构由于膜材开发的缓慢，一直处于停滞状态。直到现代，由于科学技术的发展，新材料的出现，特别是20世纪七十年代后，美国杜邦公司开发出以聚四氟乙烯为涂层（PTEF）的玻璃纤维织物作为膜材，才引发了膜结构在近几十年的突飞猛进的发展。1970年日本大阪万国博览会，由美国工程师DavidGeiger和H．Berger设计的美国馆（见图1）采用气承式膜结构，首次以聚氯乙稀（PVC）为涂层的玻璃纤维织物作为覆盖材料，是第一个现代意义上的大跨度膜结构。

2．1组成

膜材一般由膜材的基质及高分子聚合物组成，即高分子聚合物涂层与基材层按需要的厚度、宽度，通过特定的加工工艺粘合在一起的产物。基质是高强度聚酯纤维，膜材的强度主要由这一层提供，涂层主要保证膜材的密实性；惰性材料涂层保证膜材的自洁性。

2．2性能

2．2．1自洁性能

PTFE膜材和经过特殊表面处理的PVC膜材具有很好的自洁性能，雨水会在其表面聚成水珠流下，使膜材表面得到自然清洗。

2．2．2光学性能

膜材料可滤除大部分紫外线，防止内部物品褪色。其对自然光的透射率可达25％，透射光在结构内部产生均匀的漫射光，无阴影，无眩光，具有良好的显色性，夜晚在周围环境光和内部照明的共同作用下，膜结构表面发出自然柔和的光辉。

2．2．3力学性能

中等强度的PVC膜：其厚度仅0．61ram，但它的拉伸强度相当于钢材的一半。中等强度的PTFE膜：其厚度仅0.8mm，但它的拉伸强度已达到钢材的水平。膜材的弹性模量较低，这有利于膜材形成复杂的曲面造型。其极轻的自重很好的满足了大跨建筑的要求，能在很大程度上降低大跨建筑的总造价。

2．2．4声学性能

一般膜结构对于低于60Hz的低频几乎是透明的，对于有特殊吸音要求的结构可以采用具有FABRASORB装置的膜结构，这种组合比玻璃具有更强的吸音效果。

2．2．5防火性能

目前广泛使用的膜材料防火等级为Bl级，属难燃材料。防火性能指标达到法国、德国、美国、日本等多国防火标准。

2．2．6保温性能

单层膜材料的保温性能与砖墙相同，优于玻璃。同其它材料的建筑物一样，膜建筑内部也可以采用其它方式调节其内部温度。例如：内部加挂保温层，运用空调采暖设备等。

2．2．7使用寿命

目前采用最多的法拉利膜材有近60年的使用历史，通过了IS09002国际质量体系认证。在正常使用情况下，该种膜材使用寿命可达l5年。

3膜材的成型

膜材加工的方法很多，建筑膜结构所用的膜材大都是以压延和涂刮成型。

（1）压延成型。将选定的软PVC经塑炼后投入压延机，按所需厚度、宽度压延成膜后立即与布基贴合，再经轧花、冷却即可制得压延膜材。压延法生产膜材可分贴胶法和擦胶法两种。

（2）涂刮成型。将聚氯乙烯糊均匀地涂（或刮）在布基上，再经过烘熔，也就是加热温度高到使糊层完全熔融塑化，并均匀地紧贴于布基上，冷却后即成膜材。

4膜材的分类及选用

膜材是一种复合材料，目前最常用的有PTFE和PVC膜材两大类。

DPTFE膜材：它是在极细的玻璃纤维编织成的基布（织物）上涂敷PTFE（聚四氟乙烯）树脂而形成的复合材料。其主要特点是具有高透光性、高强度、耐久性、防火性、耐腐蚀、抗紫外线、自洁性等特点。因而价格也较高。

（2）PVC膜材：它是在聚酯纤维编织成的基布上涂敷PVC（聚氯乙烯）树脂而形成的复合材料。相比PTFE膜材，PVC膜材的强度和防火性较差，而且它的最大缺点是自洁性差。随着使用期间，PVC树脂中的塑性剂会迁移到膜材表面，粘着空气和雨水中的脏物使表面变脏，一般的PVC膜材使用3～5年就会脏∞]，为了改善它的自洁性，可以在PVC表面涂敷丙烯酸树脂或含氟树脂（如PVDF），或者在PVC表面粘贴含氟薄膜（如PVF）。

对膜结构建筑来说，膜材的选用很重要，需要根据用途、环境、结构特点及建筑造型等具体情况决定。对于永久性建筑、大空间结构、城市景观和标志性建筑等，建议采用PTFE膜材；而展览会、博览会等临时性建筑，或可更换膜面的建筑，可以采用PVC膜材。

5发展前景及挑战

膜结构由于造型新颖轻巧、具有强烈的时代感及艺术美感，且施工期短，综合造价低，将成为未来建筑结构发展的主流。据国外资料报道，全世界建筑膜材的销售量在1990年仅为21亿美元，2000年已达34亿美元，10年内以近6％的增长速率在增长。至今为止，在世界各地特别是欧洲、日本、美国建成的优秀的、有代表性的结构举不胜举。如美国的丹佛新国际机场候机大厅、沙特阿拉伯吉达机场候机大厅的悬挂膜结构、德国的慕尼黑机场、2000年悉尼奥运会的超级穹顶——洪姆布什湾多功能体育馆等都充分展示了膜结构这一新型大跨度空间结构的魅力。

我国膜结构的研究和应用较晚，80年代才建成第一座充气式膜结构——上海工业展览馆。2000年才建成我国第一座自行设计、施工完成的大型膜结构工程——青岛颐中体育场。但近年来发展迅猛。据统计，我国1998年建筑膜材进口量为10万m左右，1999年为15万m左右，2001年为20万m以上，可见其增长速度很快。

目前我国膜材的生产还处于初级阶段。国内现有的建筑用膜材，绝大多数依赖进口。在膜材自主开发中还面临着巨大的挑战：如建筑膜材基布的织造、双向拉伸涂层工艺的开发、表面防污自洁处理工艺中处理剂的开发等。但我们相信，我国国民经济的发展将为我国膜材料进一步的研发、应用提供机遇。

参考文献：

[1]蓝天．当代膜结构发展概述[J]．2000，（9）：17—20

[2]钟莉莉．膜结构的灵魂—膜材料．IndustrialCon—struction1999，Vol9，No11．

[3]唐泽靖子．膜结构建筑与足球场．钢结构与建筑业．2002．3