合成材料功能属性-土木工程材料探讨

所谓功能属性，指的是传统建筑工业在功能上对材料所要求的属性，包括机械强度、质量、隔声隔热性能、耐候性、防火性能等。材料的功能属性，是其应用于建筑的基础。

1.机械强度

建筑材料的机械强度主要包括抗压强度以及抗拉强度，应用于某些场合时还应当考虑抗剪强度和抗扭强度。通常而言，合成材料的机械强度都弱于传统材料，比如石材、混凝土等。不过具体情况仍有不同：聚碳酸酯材料的机械强度良好，虽然不能作为结构材料。然而承担一般室外风荷载、雪荷载都没有问题。甚至有特殊产品，能够在某些场合用作结构部件。玻璃钢GRP具有较强的机械强度。玻璃钢的拉伸强度很高。玻璃钢的抗压强度也很高，短时承压能力不逊于一般石材。不过，玻璃钢的弹模较低，长期受压情况下容易变形，不适合长期承载高强度荷载，因而不能用作建筑的主要结构构件。有机玻璃的机械强度也较好。不过不可以用作结构部件。

2.防火性能

当合成材料应用于建筑外立面表皮时，应当充分而又谨慎地评判其抗火性能。评判材料防火性能的主要标准包括：可燃性；燃点；分解温度；释放的烟雾；分解物的毒性；分解物的腐蚀性等。主要合成材料的防火性能如下：PMMA属于可燃物，不过也早已出现添加了阻燃剂的难燃PMMA。PC属于建筑物消防等级的B1级，难燃，而且自熄。GRP为可燃材料，遇火易燃烧。ETFE膜材达到B1级消防等级，难燃，自熄，燃烧时不会滴落。PVC属于难燃材料，达到B1级。PVC燃烧时会产生氢化物、氯化物以及盐酸，不过燃烧分解物的腐蚀性比较低。PET塑料防火性能良好，不添加防火材料既可以达到B1级的建筑防火要求。

3.质量

通常而言，合成材料的密度都比传统建筑材料小很多。以在外立面中应用得比较多的PMMA和PC为例，其密度分别为1.19g/cm3和1.2g/cm3，约为普通玻璃的一半。质量的减小给建筑带来巨大的收益，比如结构部件就能减小，材料的运输、组装耗费也会大大减少。GRP的质量比其他几种塑料则要稍微重一些。ETFE和PTFE的质量非常轻，单元重量取决于气枕构件的重量。(www.xing528.com)

4.隔声隔热

由于合成材料都是大分子结构，其隔声性能都非常优异。PC板的保温性能可以通过加工为中空板而有很大的提高。双层网格板的K值接近2.5W/（m2·K），三层网格板就更低，达到1.6W/（m2·K）。玻璃钢的隔热性能良好。夹层结构玻璃钢的K值低达0.05～0.08W/（m2·K）。ETFE膜材的保温性能十分优异。由于ETFE通常由气枕单元构成建筑的组件，而10mm的气枕层已经能产生良好的保温效果，因而ETFE膜材本身的保温效果比较好。而如果在气枕边缘应用三元乙丙橡胶（EPDM）垫圈进行密封，整个气枕的保温性能就能保持良好。白色或透明粉末状PMMA可以制作透明隔热材料。不过当周围温度较高的时候，比如材料背后无通风腔时，粉末状PC或者PC中空板更为适合。尤其是，将各种合成材料制成中空板之后，材料各方面的基本属性都会有非常大的提高。

5.耐候性

材料的耐候性主要取决于三个方面：抗酸碱氧化性能；抗紫外线性能；以及适用温度范围。PMMA的抗酸碱、抗氧化性能非常好，不需要特别防护就具有较好耐候性的材料。其他的材料的耐候性就稍微差一些。在添加了紫外线防护层的情况下，PC，PVC，PET，PETG及GRP产品能够在室外用上至少十年时间。不过，由于材料的氧化往往从边缘部位或者UV保护层被破坏处开始，某些材料的边缘则要包住。PC的抗酸碱、抗氧化性能非常好，添加UV保护层之后能够达到十年使用寿命。其使用温度在-40℃到120℃之间。ETFE的耐候性非常优异。经观察，暴露在德国和美国佛罗里达州自然测点长达30多年的ETFE样品并未因为长期暴露在高盐、高湿度和强紫外线的环境中而变脆、变色或者变质。PVC的在-15℃～60℃范围内能够保持正常工作，因而在使用的时候应当采取恰当措施，比如背部通风的方式来确保温度不会过高。

6.抗破坏性

材料应用于建筑外立面时还将承受飞石、雨雪、冰雹、异物等冲击，因而具备一定的抗破坏性是材料应用的基础。PC的抗冲击强度很高，是普通玻璃的250倍，23℃时是PMMA的30多倍。因此PC与PMMA二者可以结合，制作出多层采光圆顶。PMMA的抗冲击强度稍微弱一些，强冲击下易变形。ETFE膜本身具有高度的抗撕裂特性，因而即便膜材表面被利器刺破，破口也不会向其他地方扩散。而同时，中间层膜材会在空气压力作用下被推向外侧，自动修补外部的漏洞。PET塑料的抗冲击能力比较差，因而建筑用途并不多。