玄武巖纖維復合材料綠色建筑景觀產(chǎn)品設(shè)計

【摘要】

玄武巖纖維是我國重點發(fā)展的無機綠色高性能材料，具有輕質(zhì)高強、耐久性好的特點，特別適用于戶外環(huán)境，設(shè)計了玄武巖纖維復合綠色景觀產(chǎn)品，分析景觀產(chǎn)品的特點，提出了2種截面類型的通用性產(chǎn)品，并結(jié)合現(xiàn)有產(chǎn)品現(xiàn)狀和產(chǎn)品定位，設(shè)計了產(chǎn)品性能。

【關(guān)鍵詞】

玄武巖纖維； 復合材料； 景觀產(chǎn)品

【中圖分類號】TQ177【文獻標志碼】A

［定稿日期］2023-06-26

［基金項目］四川省科技計劃項目（項目編號：2022YFS0480）

［作者簡介］李莉（1987—），女，碩士，高級工程師，主要從事建筑新材料新產(chǎn)品研發(fā)工作。

0 引言

根據(jù)《關(guān)于推動城市基礎(chǔ)設(shè)施改造加強城市生態(tài)環(huán)境建設(shè)的指導意見》等系列文件，我國大力發(fā)展公園城市，加強生態(tài)城市建設(shè)，建筑景觀工程作為重要組成部分，景觀產(chǎn)品正量大面廣的推廣應(yīng)用。而大量工程調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前景觀工程中多使用防腐木、竹木、塑木地板等產(chǎn)品，其原材料多為竹木，對自然資源有一定的影響，且產(chǎn)品存在承載力不足、易腐爛、易變形等缺點，影響了城市建筑和公共景觀的品質(zhì)與形象，一般3～5年均需對板材系統(tǒng)進行更新維護，資源浪費巨大，也給人民生活帶來諸多不便。而玄武巖纖維復合材料具有輕質(zhì)高強、耐久性好的特點，特別適合與戶外環(huán)境。因此，開發(fā)玄武巖纖維復合材料綠色建筑景觀產(chǎn)品促進先進材料、綠色建材和公園城市協(xié)同發(fā)展。

1 玄武巖纖維復合材料

玄武巖纖維復合材料（以下簡稱“玄纖復材”）是由玄武巖纖維、樹脂，以及其他摻和物，經(jīng)拉擠工藝成型的先進高性能材料。玄武巖纖維是天然玄武巖石料在1 450～1 500 ℃熔融后、經(jīng)高速拉制而成的一種新型無機綠色高性能纖維材料，被稱為21 世紀無污染的“綠色工業(yè)原材料”，是我國重點發(fā)展的四大高性能纖維之一。我國的玄武巖資源儲量豐富，“十三五”期間，我國已逐步突破玄武巖纖維產(chǎn)能低、質(zhì)量不穩(wěn)定、生產(chǎn)效率低等缺點，已建成世界首套萬噸級池窯拉絲連續(xù)玄武巖纖維生產(chǎn)線，產(chǎn)業(yè)技術(shù)達到世界領(lǐng)先。2020年，四川省玄武巖纖維產(chǎn)能高達2.35萬t，占全國2/3，全國產(chǎn)能已占全世界的80%，已成為我國重要資源優(yōu)勢和產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢。玄武巖纖維是產(chǎn)業(yè)鏈上游的基礎(chǔ)材料，其產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，亟需開發(fā)應(yīng)用端產(chǎn)品，培育和壯大應(yīng)用場景和需求。

根據(jù)中國建筑節(jié)能協(xié)會相關(guān)報告［1］，2018 年我國建筑全過程的碳排放占全國碳排放總量51.3%，其中，建材生產(chǎn)階段的碳排放約占全國總量的28.3%。由此可見，開展低碳綠色建材的研發(fā)和應(yīng)用是實現(xiàn)“綠色建筑”“碳中和、碳達峰”目標的重要途徑。據(jù)統(tǒng)計，玄武巖纖維生產(chǎn)過程中的碳排放量約為鋼材的85%、化學纖維的50%，其廢氣廢水經(jīng)處理后接近“零排放”［2］，固廢可直接填埋，并且因其性能更優(yōu)，可減少建材用量，降低建筑業(yè)碳排放，符合低碳綠色發(fā)展理念。同時，建筑新材料作為先進材料的重要組成部分，是我省“5+1”戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一，是立足我省資源稟賦和產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)的創(chuàng)新型產(chǎn)業(yè)體系戰(zhàn)略部署。玄武巖纖維具有優(yōu)越的力學性能、穩(wěn)定的化學性能、突出的耐高溫、耐低溫特性、優(yōu)異的環(huán)保特性，同時，玄武巖纖維具有優(yōu)良的相容性，可與目前用途最廣的樹脂基、水泥基等材料良好相容。玄武巖纖維-樹脂基復合材料具有輕質(zhì)高強、耐腐蝕、耐磨損、防火性能好等優(yōu)勢，且可制作成線材、板材、型材等豐富樣式，適用于各類戶外環(huán)境。

2 景觀產(chǎn)品通用性分析

景觀工程中常見的景觀產(chǎn)品有：路面鋪裝板、座椅、設(shè)備圍欄、花池樹池、裝飾格柵、廊架等，如圖1所示。

經(jīng)分析，常見景觀產(chǎn)品多為恒定截面，板式和矩形截面的型材即可滿足大部分的使用要求，即根據(jù)使用場景分析，開發(fā)兩種截面類型的玄纖復材景觀產(chǎn)品即可滿足大部分的使用常見，分別為Ⅰ類：適用于地面鋪裝板、桌椅凳面板、花箱樹池、廊架裝飾板；Ⅱ類：適用于格柵和設(shè)備圍欄，如圖2所示。

3 玄纖復材景觀產(chǎn)品性能設(shè)計

目前景觀產(chǎn)品原材料多為竹木，部分產(chǎn)品性能欠佳，導致存在易腐爛、易變形等問題，而纖維復材性能高且穩(wěn)定，適合于戶外景觀產(chǎn)品。但纖維復材常用于航天航空、國防軍工等領(lǐng)域，其性能要求高，纖維復材鮮少用于景觀產(chǎn)品，需對其性能有一個合理的定位，定位過高，會浪費纖維復材的性能，定位過低，會難以滿足戶外使用要求。因此，結(jié)合現(xiàn)在產(chǎn)品的性能要求、纖維復材的特點以及應(yīng)用場景的使用要求，設(shè)計纖維復合材料景觀產(chǎn)品性能。

3.1 性能指標對標

目前市面上常見的景觀材料多為重組竹和塑木，并有相關(guān)的產(chǎn)品標準規(guī)定了其性能指標要求，見表1。

根據(jù)GB/T 31539-2015《結(jié)構(gòu)用纖維增強復合材料拉擠型材》，纖維復材作為結(jié)構(gòu)材料的性能指標分為M30級、M23級、M17級，性能指標要求見表2。

建筑設(shè)備與建筑材料李莉， 高靜， 唐麗娜， 等：玄武巖纖維復合材料綠色建筑景觀產(chǎn)品設(shè)計

纖維復材的力學性能遠高于重竹、塑木，可以適當降低部分性能來降低成本，但產(chǎn)品特性決定了無法過多降低性能，同時過于降低不利于體現(xiàn)產(chǎn)品的優(yōu)越性。故纖維復材景觀產(chǎn)品的力學性能和耐久性指標按GB/T 31539-2015《結(jié)構(gòu)用纖維增強復合材料拉擠型材》中最低等級M17級的結(jié)構(gòu)用材，并結(jié)合重竹、塑木和使用要求增加其他理化性能。

3.2 性能指標設(shè)計

3.2.1 物理力學性能指標

為簡化篇幅，以用于路面鋪裝板的纖維復合材料為例，其主要性能指標應(yīng)符合表3的規(guī)定。

3.2.2 耐久性能指標

景觀產(chǎn)品常用于戶外，如普通的戶外環(huán)境，或位于濱水、沿海、高紫外線、寒冷等環(huán)境惡劣地區(qū)，不同的使用環(huán)境對產(chǎn)品有不同耐久性能要求，為了避免材性的浪費和過高價格，應(yīng)根據(jù)不同的環(huán)境規(guī)定產(chǎn)品的耐久性，環(huán)境可分為一般環(huán)境和特殊環(huán)境。特殊環(huán)境是指長期潮濕或接觸水環(huán)境、低溫環(huán)境、凍融環(huán)境、氯化物環(huán)境、化學腐蝕環(huán)境、高紫外線環(huán)境等；一般環(huán)境是指除特殊環(huán)境以外的環(huán)境。用于一般環(huán)境和特殊環(huán)境的拉擠型材耐久性能應(yīng)分別符合表4和表5的規(guī)定。

3.3 檢測方法

目前，尚無纖維復材景觀產(chǎn)品的檢測方法，結(jié)合已有相近檢測標準和纖維復材景觀產(chǎn)品的特點，制定了其檢測方法，見表6。

4 結(jié)束語

玄武巖纖維被稱為21 世紀無污染的“綠色工業(yè)原材料”，是我國重點發(fā)展的四大高性能纖維之一，隨著技術(shù)的突破和產(chǎn)能提升，亟需開發(fā)應(yīng)用產(chǎn)品。建筑景觀工程是公園城市建設(shè)的重要組成部分，景觀產(chǎn)品被量大面廣的應(yīng)用。研發(fā)玄武巖纖維復合材料建筑景觀產(chǎn)品，可解決傳統(tǒng)材料耐久性差的問題，可促進先進基礎(chǔ)材料和綠色建筑高質(zhì)量協(xié)同發(fā)展。

參考文獻

［1］ 中國建筑節(jié)能協(xié)會. 2018中國建筑能耗研究報告［J］. 建筑， 2019（2）：26-31.

［2］ 林希寧，張鳳林，周玉梅.玄武巖纖維及其復合材料的研究進展［J］. 玻璃纖維，2013（2）：39-44.

［3］ 戶外重組竹材：GB/T 40241-2021［S］.北京：中國標準出版社，2021.

［4］ 園林景觀用聚乙烯塑木復合型材： QB/T 4161 -2011 ［S］.北京：中國輕工業(yè)出版社，2011.

［5］ 結(jié)構(gòu)用纖維增強復合材料拉擠型材：GB/T 31539-2015 ［S］.北京：中國標準出版社，2015.