淺談現(xiàn)代新型建材在工程中的應(yīng)用

劉文寬 舒亞飛

（中建七局第四建筑有限公司，陜西 西安 710000）

由于新型建材種類比較多，且功能不同，為了充分發(fā)揮出建材效果，需要采用科學(xué)的措施，以此實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保、節(jié)能降耗目標(biāo)，從根本上促進(jìn)建筑行業(yè)發(fā)展。在現(xiàn)代技術(shù)支持下，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。城市現(xiàn)代化進(jìn)程日益加快，為建筑行業(yè)帶來較多發(fā)展機(jī)遇。為了抓住發(fā)展機(jī)遇，滿足城市化發(fā)展要求，需要研發(fā)新型建材，全面提升施工效率。建筑材料性能質(zhì)量，對(duì)建筑工程質(zhì)量影響非常大。

1 新型建材在工程中應(yīng)用的意義

1.1 節(jié)約資源

在建筑工程建設(shè)中，存在嚴(yán)重的材料浪費(fèi)問題，多是由于材料選擇不合理，導(dǎo)致材料尺寸、標(biāo)準(zhǔn)不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，加大資源損失率。通過應(yīng)用新型建筑材料，可以優(yōu)化建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[1]。新型建筑材料，可以降低成本支出，環(huán)境保護(hù)力度強(qiáng)，可以避免資源浪費(fèi)，滿足可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。

1.2 改善居住環(huán)境

對(duì)常規(guī)建筑材料，只注重降低材料成本。技術(shù)應(yīng)用期間，逐漸暴露出建筑材料不足與缺陷，質(zhì)量缺陷比較多，會(huì)嚴(yán)重影響人體健康與環(huán)境。在建筑工程設(shè)計(jì)中，應(yīng)用低成本、低質(zhì)量材料。當(dāng)遭受自然災(zāi)害侵襲時(shí)，極易導(dǎo)致建筑損毀，還會(huì)影響人體健康[2]。因此，合理選擇建筑材料，可以減少污染影響，加強(qiáng)工程質(zhì)量與效果，同時(shí)可以發(fā)揮出保溫、防潮效果，建設(shè)優(yōu)質(zhì)居住環(huán)境。

2 項(xiàng)目概況

某建筑工程為公共建筑項(xiàng)目，建筑總面積：25821.81m2；室內(nèi)裝修區(qū)域面積：9117.5 ㎡；地上6 層：建筑面積12130.64m2，裝修面積9117.5m2。為了執(zhí)行地區(qū)綠色節(jié)能建筑建設(shè)要求，該建筑均采用節(jié)能綠色真空玻璃，該文就綠色真空玻璃應(yīng)用問題展開討論。

3 綠色真空玻璃

玻璃功能在于采光和通風(fēng)，在建筑物中屬于重要建筑材料。然而，傳統(tǒng)玻璃無法阻絕紫外線，也不能按照氣溫變化，對(duì)室內(nèi)溫度進(jìn)行調(diào)整，因此作用效果不佳。但是，應(yīng)用新型綠色真空玻璃，既可以降低建筑能耗，也可以發(fā)揮出隔熱隔音效果，為人們提供安全舒適環(huán)境，有效過濾紫外線，減少不良影響[3]。圖1 為真空玻璃結(jié)構(gòu)圖。

圖1 真空玻璃構(gòu)造圖

玻璃幕墻與窗戶能源消耗，占據(jù)建筑總能源消耗的50%，基本滿足超低能耗要求。建筑幕墻與窗戶，必須滿足節(jié)能化要求。為了實(shí)現(xiàn)玻璃幕墻與窗戶節(jié)能化效益，應(yīng)當(dāng)選用優(yōu)質(zhì)節(jié)能玻璃。當(dāng)前所常用的節(jié)能玻璃就是真空玻璃，節(jié)能效益明顯高于中空玻璃。中空玻璃在玻璃之間預(yù)留0.1mm 真空層，實(shí)現(xiàn)保溫絕熱效果。真空層內(nèi)部包括合金支撐物，確保玻璃可以承受大氣壓強(qiáng)，內(nèi)質(zhì)合金支撐物不會(huì)對(duì)玻璃透光性造成影響。在玻璃邊緣使用玻璃焊料燒接，能夠保證玻璃內(nèi)部真空度。

經(jīng)過長(zhǎng)期應(yīng)用實(shí)踐可知，真空玻璃的隔熱保溫性能優(yōu)勢(shì)顯著。真空玻璃具備較高熱阻效應(yīng)，防結(jié)霜、防結(jié)露作用明顯。當(dāng)濕度條件相同時(shí)，真空玻璃結(jié)露溫度比較低，因此可推廣應(yīng)用于寒冷地區(qū)。在應(yīng)用真空玻璃時(shí)，能夠避免出現(xiàn)普通中空玻璃內(nèi)結(jié)露問題。真空玻璃的隔聲性能優(yōu)，在中低頻段，真空玻璃防噪聲性能明顯高于中空玻璃。真空玻璃的抗風(fēng)壓能力顯著，厚度與面積條件相同時(shí)，開展抗風(fēng)壓試驗(yàn)可知，真空玻璃抗風(fēng)壓性能明顯優(yōu)于中空玻璃。應(yīng)用真空玻璃時(shí)，還可以發(fā)揮出可靠性、穩(wěn)定性、持久性優(yōu)勢(shì)。參考中空玻璃模擬環(huán)境、壽命試驗(yàn)，做好紫外線照射試驗(yàn)、高濕高溫試驗(yàn)、氣候循環(huán)試驗(yàn)，結(jié)果顯示，真空玻璃熱阻變化小于2%。通過相關(guān)試驗(yàn)檢測(cè)可知，真空玻璃內(nèi)支撐合金材料，金屬疲勞度長(zhǎng)達(dá)50a，明顯優(yōu)于建筑使用壽命[4]。真空玻璃厚度最小可達(dá)6mm，無須改變住宅窗框，可以直接進(jìn)行安裝操作，有效減少窗框材料。真空玻璃材質(zhì)，噪聲污染非常低，因此值得推廣應(yīng)用。

4 綠色真空玻璃在建筑工程中的應(yīng)用

4.1 應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)

圍護(hù)結(jié)構(gòu)是建筑節(jié)能的關(guān)鍵部位。由于建筑物的圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔熱保溫性能差，導(dǎo)致冬季采暖、夏季空調(diào)制冷能耗高。大面積使用玻璃幕墻的公共建筑能耗更高。因此，國(guó)家和地方關(guān)于建筑節(jié)能的標(biāo)準(zhǔn)中都硬性規(guī)定了各個(gè)朝向的窗墻面積比，這是為了限制建筑能耗而采取的方法。玻璃對(duì)現(xiàn)代建筑的作用十分重要，不可或缺。在搬運(yùn)和安裝綠色真空玻璃時(shí)，嚴(yán)禁撞擊和震動(dòng)。同時(shí)要避免硬物在玻璃表面劃痕，以免造成不良損傷，縮短真空玻璃使用壽命。真空玻璃封邊部分，嚴(yán)禁外露使用。在使用真空玻璃之前，應(yīng)確保排氣管與保護(hù)帽面對(duì)室內(nèi)。當(dāng)室內(nèi)外溫度差大于50℃時(shí)，則應(yīng)當(dāng)采用復(fù)合真空玻璃。對(duì)普通真空玻璃，應(yīng)采用垂直安裝模式。

4.2 真空玻璃性能參數(shù)

真空玻璃是一種新型節(jié)能玻璃。它基于保溫瓶原理，將2片玻璃四周密封，之間形成0.1mm～0.2mm 的薄真空層。由于沒有氣體傳熱，內(nèi)表面又有起保溫瓶銀膜作用的透明低輻射膜，使真空玻璃的保溫隔熱性能比中空玻璃好得多。真空玻璃的傳熱系數(shù)K值可以低至0.6W/（m2·K）以下，與保溫墻體的熱工性能相近。隔熱保溫的同時(shí)，還具有隔聲降噪、防結(jié)露、提高舒適度等特性。真空玻璃與中空玻璃的區(qū)別如表1 所示。真空玻璃可以由不同厚度、不同品種或不同功能的玻璃構(gòu)成。真空玻璃也因此具有不同的傳熱系數(shù)和遮陽系數(shù)，以滿足不同氣候地區(qū)的熱工要求。真空玻璃的主要性能參數(shù)見表2。

表1 真空玻璃與中空玻璃區(qū)別

表2 真空玻璃性能參數(shù)

4.3 室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量

4.3.1 噪聲

真空玻璃的計(jì)權(quán)隔聲量在36dB 以上，復(fù)合真空玻璃更可達(dá)40dB 以上。使用真空玻璃窗或幕墻，可以有效隔絕室外噪聲，改善室內(nèi)聲環(huán)境。

4.3.2 防結(jié)露真空玻璃的超強(qiáng)保溫隔熱性能，可以完全隔絕室內(nèi)外環(huán)境溫度，抗結(jié)露因子＞75。即使在室外零下20℃的寒冷冬季，玻璃室內(nèi)表面的溫度與室內(nèi)空氣的溫差，也不會(huì)超過5℃，遠(yuǎn)高于結(jié)露溫度。

4.3.3 舒適度

真空玻璃超強(qiáng)的隔熱保溫性能易于維持室內(nèi)的恒溫和恒濕。玻璃室內(nèi)表面溫度與室溫相差小于3℃～5℃，杜絕了嚴(yán)重的冷熱輻射現(xiàn)象，減少了窗前溫度梯度，顯著提高了室內(nèi)環(huán)境舒適度。

5 現(xiàn)代新型建材在工程中的應(yīng)用

對(duì)公共建筑來說，空調(diào)制冷、采暖系統(tǒng)消耗較大，且以幕墻傳熱消耗為主，尤其是大面積玻璃幕墻建筑。某地區(qū)圖書館圍護(hù)結(jié)構(gòu)，以玻璃幕墻設(shè)計(jì)為主，聯(lián)合節(jié)能挑戰(zhàn)。為了滿足建筑外形設(shè)計(jì)要求，1 樓共享大廳，應(yīng)用高通透性單層玻璃。按照相關(guān)計(jì)算額抗震和，玻璃幕墻傳熱系數(shù)小于1.86W/M，滿足公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)要求。在改造設(shè)計(jì)中，通過以下措施，有效彌補(bǔ)以下不足：第一，單層玻璃幕墻，面積比例為9.1%；注重幕墻保溫性，以復(fù)合真空玻璃材料為主。第二，分析陽光對(duì)室內(nèi)空間的影響，天窗部位設(shè)置電動(dòng)遮陽簾。通過應(yīng)用真空玻璃，以對(duì)流、輻射、傳導(dǎo)方式，降低熱量傳遞，傳熱系數(shù)小于0.8W/m2·K，計(jì)權(quán)隔聲量高于42dB。復(fù)合真空玻璃，能夠滿足節(jié)能需求。將圖書館主樓可透視部分，應(yīng)用真空玻璃方式，可以減少電能使用，資金節(jié)約量高達(dá)28 萬元。表3～表4 為性能參數(shù)。

表3 中空玻璃、真空玻璃幕墻性能參數(shù)

表4 中空玻璃與真空玻璃能源消耗

6 綠色真空玻璃的未來發(fā)展

真空玻璃具備綜合性能優(yōu)勢(shì)，可以推廣應(yīng)用到綠色建筑高端門窗中。真空玻璃產(chǎn)業(yè)的專利技術(shù)、產(chǎn)業(yè)化水平高，因此必須加大應(yīng)用重視度。政府部門注重支持真空玻璃產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，不僅要提升建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，合理應(yīng)用節(jié)能產(chǎn)品，還需要支持真空玻璃產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，以此促進(jìn)新型建材技術(shù)發(fā)展[5]。在玻璃深加工處理中，綠色真空玻璃屬于新型模式，可以有效應(yīng)用到綠色建筑設(shè)計(jì)中。綠色真空玻璃屬于行業(yè)新事物，必須做好全方位探究與分析，當(dāng)前關(guān)于綠色真空玻璃的應(yīng)用問題如下：第一，壽命問題。真空玻璃壽命問題，包括真空壽命、力學(xué)壽命。采用技術(shù)工藝，可以有效確保真空壽命。值得注意的是，告辭廠家生產(chǎn)的綠色真空玻璃，出廠前都必須進(jìn)行嚴(yán)格化檢測(cè)，以免出現(xiàn)不合格假冒產(chǎn)品，影響市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)秩序。嚴(yán)格監(jiān)督和管理粗制真空玻璃，例如產(chǎn)品未使用吸氣劑，也沒有進(jìn)行高溫排氣處理，全面保證綠色真空玻璃的性能與質(zhì)量。針對(duì)力學(xué)壽命，注重產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計(jì)，落實(shí)科學(xué)生產(chǎn)工藝，制造半鋼化真空玻璃、鋼化真空玻璃，可以顯著提升綠色真空玻璃力學(xué)強(qiáng)度。通過復(fù)合中空，夾膠方式，可以顯著提升安全性能。第二，成本問題。社會(huì)各界比較關(guān)注綠色真空玻璃的價(jià)格問題，復(fù)合型真空玻璃、三玻兩腔中空玻璃，成本價(jià)格差異比較小，綠色真空玻璃具備較高性價(jià)比，采用自動(dòng)化技術(shù)，有助于提升成品率，推廣應(yīng)用新材料、新工業(yè)制造的綠色真空玻璃。在未來發(fā)展中，綠色真空玻璃的降價(jià)空間比較大。第三，供應(yīng)問題。綠色真空玻璃的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，可以有效處理產(chǎn)品供應(yīng)問題。部分真空玻璃生產(chǎn)企業(yè)，研發(fā)出自動(dòng)化生產(chǎn)線。完成前期調(diào)試測(cè)試之后，設(shè)計(jì)產(chǎn)能達(dá)到每年60 萬m2。因此在未來發(fā)展中，綠色真空玻璃的性價(jià)比持續(xù)升高，并且設(shè)計(jì)大量新型生產(chǎn)線，并投入試驗(yàn)階段。第四，工程應(yīng)用。通過工程應(yīng)用，能夠?qū)Ξa(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)予以檢驗(yàn)。當(dāng)前所生產(chǎn)的綠色真空玻璃，在多數(shù)建筑領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用。例如天恒大廈，是第一個(gè)全真空玻璃大廈，整個(gè)玻璃幕墻均選用綠色真空玻璃。如圖2 所示。當(dāng)前，多數(shù)建筑工程都開始廣泛應(yīng)用綠色真空比例，表5 為簡(jiǎn)單列舉的建筑工程應(yīng)用案例。

圖2 天恒大廈外觀圖

表5 綠色真空比例項(xiàng)目應(yīng)用統(tǒng)計(jì)

展望綠色真空玻璃的未來發(fā)展趨勢(shì)，討論綠色真空玻璃在建筑工程中的應(yīng)用創(chuàng)新。在未來發(fā)展中，能夠與光伏玻璃聯(lián)合起來，實(shí)現(xiàn)一體化應(yīng)用。光伏玻璃在我國(guó)的發(fā)展歷史長(zhǎng)，該類玻璃是利用層壓入太陽電池，通過太陽輻射發(fā)電，具備電流引出裝置，電纜特種玻璃。如圖3 所示。光伏玻璃美觀性強(qiáng)，且透光性能顯著，可以發(fā)揮出節(jié)能優(yōu)勢(shì)，且無需應(yīng)用燃料，噪聲污染非常低[6]。光伏玻璃可以劃分為薄膜型、晶體硅型。注重雙面玻璃電池間隙、邊緣空隙控制，能夠制作光伏玻璃，透光率約為5%～80%。光伏組玻璃，多應(yīng)用到非高溫地區(qū)。薄膜光伏玻璃輕巧，厚度不大，可以進(jìn)行彎曲處理，具備良好弱光性，發(fā)電效果強(qiáng)，電池轉(zhuǎn)化效率低。

圖3 光伏玻璃結(jié)構(gòu)示意圖

將光伏真空玻璃應(yīng)用到建筑工程中，能夠建造光伏建筑一體化，不僅可以為建筑提供電能，還可以發(fā)揮出建筑結(jié)構(gòu)功能，屬于節(jié)能減排重要表現(xiàn)。但是，在建筑體系中，應(yīng)用光伏真空玻璃的難度較大。單一光伏玻璃，無法滿足建筑使用要求，在保溫、隔熱降噪方面，光伏玻璃應(yīng)用優(yōu)勢(shì)不及普通玻璃，因此需要聯(lián)合綠色真空玻璃。

將光伏真空玻璃應(yīng)用到建筑工程中，能夠?qū)⒔ㄖ鳛楣夥婵詹Ａлd體，有效起到支撐作用。在生產(chǎn)流水線上，可以批量化生產(chǎn)太陽能電池板，整體造價(jià)低廉，不僅可以應(yīng)用到建筑結(jié)構(gòu)中，也可以單獨(dú)安裝使用。但是，光伏真空玻璃也存在缺陷與不足，不能完全代替建筑材料，且太陽能電池板和建筑材料相互重疊，會(huì)產(chǎn)生資源浪費(fèi)現(xiàn)象，增加施工建設(shè)成本。

光伏真空玻璃，可以與建筑工程高度集成。光伏真空玻璃為建筑材料，因此成為建筑工程重要組成部分。光伏真空玻璃與建筑集成技術(shù)，具備較高的應(yīng)用要求，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)電功能，還需要發(fā)揮出結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、保溫、防水效果[7]。為了提升光伏建筑一體化水平，必須重視光伏真空玻璃使用情況，將其作為建筑工程重要組成，可以代替建筑結(jié)構(gòu)，例如建筑立面、門窗、屋頂板等，提升光伏真空玻璃在建筑體系中的應(yīng)用價(jià)值。在建筑工程中，注重強(qiáng)調(diào)光伏真空玻璃應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，能夠與建筑工程實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、施工、竣工驗(yàn)收同步化。

例如某地區(qū)建設(shè)的公共建筑，屬于光伏真空玻璃一體化建筑，由太陽能實(shí)現(xiàn)建筑供電。公共建筑涉及上千塊太陽能電池板，可以產(chǎn)生較多建立，不僅可以滿足公共建筑內(nèi)部電力供應(yīng)，還可以為周邊居民提供電力服務(wù)。將光伏真空玻璃應(yīng)用到建筑體系中，有助于緩解電力能源使用，降低煤炭燃燒發(fā)電的不良污染影響。因此，光伏真空玻璃的發(fā)展，能夠展示出建筑一體化發(fā)展趨勢(shì)，為建筑行業(yè)發(fā)展提供新方向。

7 結(jié)語

綜上所述，在現(xiàn)代技術(shù)的支持下，城市化發(fā)展速度加快。建筑行業(yè)獲得較多的發(fā)展機(jī)遇，同時(shí)也面臨較多挑戰(zhàn)。為了緊抓發(fā)展機(jī)遇，滿足城市現(xiàn)代化發(fā)展要求，需要研發(fā)新型建筑材料，并且將其應(yīng)用到工程建設(shè)中，全面提升施工建設(shè)效率。建筑材料性能質(zhì)量，對(duì)建筑工程質(zhì)量安全影響非常大。由于時(shí)代發(fā)展特征與要求不同，因此建筑風(fēng)格差異也比較大。按照建筑風(fēng)格走向、功能需求，注重開發(fā)新型建筑材料，可以滿足建筑工程發(fā)展要求，減少建筑施工的能源消耗，全面提升工程建設(shè)效益，應(yīng)用價(jià)值顯著。