CN101050648A - 隔热抗震幕墙复合材料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隔热抗震幕墙复合材料，由内层板、中间层、聚氨酯发泡塑料、外层板、蜂窝支架组成，采用隔热抗震幕墙复合材料结合本发明给出的固定型材安装可以组成安全幕墙，造价低廉，隔热节能，质轻、抗震性能优于玻璃墙幕。

Description

隔热抗震幕墙复合材料

技术领域

本发明涉及建筑材料，特别是隔热抗震幕墙复合材料。

技术背景

全国幕墙企业年产值在3亿元的有10多家，8000万元有20余家，硅酮结构密封胶(结构胶)是隐型铝合金玻璃墙幕的关键性材料，用于建筑幕墙受力金属构件与玻璃等非金属材料的结构粘接，用胶粘接取代焊接或机械连接是当前建筑幕墙突出特点，1987～1997我国结构胶用量在5000吨左右，用去外汇超过1亿美元，20年来全国各地的使用假冒伪劣结构胶十分严重，有的使用透明硅胶，有的使用粘接鱼缸的胶水粘接，施工质量也鱼龙混杂，有的经过专业培训有的根本没有训练过的农民工，2000年建设部先后进行两次大检查，结果令人十分担忧，有的省份不合格率达30％～50％，隐框型铝合金玻璃墙幕是1994年引入我国，迅速掀起“隐框型铝合金玻璃墙幕热”，1994年就达到150万平方米，投资了18亿元，相当美国全美使用隐框型铝合金玻璃墙幕的的总和，1996年达到500万平方米，隐框型铝合金玻璃墙幕没有使用传统玻璃墙幕以夹持玻璃并承重的铝合金外框，而是完全依靠玻璃背面的结构胶粘在铝合金架上，数千块数百公斤重的玻璃完全依赖胶水粘接粘在铝合金架的表面，要长期有效抵抗大风的载荷，自重的载荷(每平方米50～100公斤)，热胀冷缩、地震威胁，对材料的要求极为严格，质量稍有差错，危险性极大。隐框型铝合金玻璃墙幕在国际上还是有争议的新技术，日本严格限制使用，德国禁止使用，美国也只能保证使用10年[建设部建材研究院装饰协会高级工程师黄白，玻璃幕墙隐患甚忧，北京观察，2005，5]。

隐框型铝合金玻璃墙幕险情已经发生；

2004年8月13日，台风“云娜”与申城擦肩而过，但它却为上海的公共安全提了个醒：乌鲁木齐北路498弄上空“从天而降”一大块玻璃，将三辆停放在此的汽车砸得伤痕累累。忙了一夜的防汛防台人员，终于发现这块玻璃来自弄堂隔壁已停建八个多月的万泰大厦，大厦28层的东南角有一块玻璃幕墙缺失。

无独有偶，2004年5月7日，淮海路一商厦的幕墙玻璃自动粉碎，从23楼坠下，所幸碎玻璃落在该大厦裙房楼顶，未造成人员伤亡[宋秉权，玻璃墙幕大厦隐藏杀机，科学与技术，2005，1]。

处处潜在危险；

据上海市建筑科学研究院检测所的调查，上海有931幢玻璃幕墙建筑存在危险隐患，而成都市有70％安全玻璃不安全，自爆现象时有发生。玻璃中的硫化镍杂质是导致钢化玻璃自爆的主要原因，这种自爆可能发生在生产完成后的任何时候。从技术角度看，目前世界上最先进的玻璃缺陷自动检测仪也只能检测大于0.2毫米的点缺陷，试图在玻璃生产线上将有缺陷的玻璃全部挑出来几乎是不可能的。另外玻璃本身对红外线的吸收率也是一个关键因素，吸热玻璃和镀膜玻璃的热炸裂是一个比较普遍的现象。吸热玻璃本身的热吸收率就比较高，如果再镀膜，则玻璃被经过双重太阳能的加热，导致玻璃中心温度与边部温度相差过大，更容易产生炸裂。

交通事故隐患——光污染是制造意外交通事故的杀手，一幢幢玻璃幕墙大厦，就像一面面巨大的镜子，使本来光洁的路面，清晰的交通信号灯变得斑斑驳驳、光怪陆离，令人眼花缭乱，严重影响驾驶员的视线，成为事故隐患。更严重的是反射光进入高速行驶的汽车内，会使驾驶员发生突发性暂时失明和视力错觉，在刹那间发生事故。

火灾隐患——凹型建设的大厦，玻璃幕墙就像一面巨大的聚光镜，照射到的地方如有可燃物，就容易发生大火灾及爆炸事件。北京曾经发生过停在玻璃幕墙旁边的一辆小轿车，因玻璃幕墙的反光照射，使车门橡胶密封条熔化流淌。在德国柏林1987年曾发生过一场大火，警方在建筑物内部始终未能找到起火的原因，最后终于发现对面高层玻璃幕墙产生的聚光造成了这次火灾。

对人类健康产生许多不利因素；

光污染又称“噪光”，是指建筑幕墙上采用的镀膜玻璃对照射在其表面上的光产生的反射眩光对人体和环境产生的有害影响。国际上一般将光污染分为三类，即白亮污染、人工白昼和彩光污染，玻璃幕墙建筑产生的主要是白亮污染，其危险隐患有：

眼睛杀手——高层建筑上的镀膜玻璃，其反射率为15％～38％刺眼的光束足以破坏人视网膜上的感光细胞，视网膜和虹膜都会受到不同程度的损害，造成视力急剧下降，白内障的发病率增高。

恶化居住环境——玻璃幕墙的反射光给附近居民住宅带来干扰，受光污染影响的居民身心受到很大损害，如精神压抑、心情烦躁、视力下降、产生头昏目眩、失眠、心悸、食欲下降以及情绪低落等类似神经衰弱的症状，使人的正常生理及心理发生变化，长期下去会诱发某些疾病，夏日玻璃幕墙将阳光反射到居室中，强烈的刺目光线破坏室内原有的良好氛围也使室内气温平均升高4℃～6℃，容易加剧家用电器和家具的老化。

城市热岛效应——豪华气派的高层建筑玻璃幕墙所造成的光污染也对城市的气候产生了潜移默化的影响。光彩照人的玻璃幕墙将热量反射到四周，加剧了城市的热岛现象。据深圳市气象台的资料显示，深圳市的年平均温度10年来提高了整整2℃，相当于把整个城市南移了300公里，其中就有玻璃幕墙热岛效应的作用。

放射性污染——有些玻璃幕墙，如茶色的)含有一定的金属钴成分。钴是放射性元素，在阳光照射下更容易使人受到放射性污染，严重时会破坏人体的造血功能，引发癌症及其他疾病过期的结构胶据了解，国内玻璃幕墙行业所使用的结构胶有效期大多为10年，比起国外能使用四五十年的质量差得很远，还有20世纪90年代初，在没有行业规范的情况下，有的隐框幕墙工程甚至使用玻璃胶来代替结构胶，其危险性又加剧了一步。

隐框型铝合金玻璃墙幕虽然展示建筑物的现代风格，发挥面板材料本身的特性，使建筑物显得别具一格：光亮、明快、挺拔、具有现代品味，而给人一种全新的感觉，是现代建筑的显著特征，但是，幕墙受温度、地震、风荷载等多种因素的影响发生位移，发出摩擦噪声，玻璃墙幕由于其表面光滑风阻小风速大流过玻璃平面的气流产生啸叫声，噪声随着风速愈大噪声越大，幕墙的噪声会使人对幕墙产生一种不安全的感觉，干扰人们的正常工作和生活，同时也是影响幕墙质量的大问题[宋咏明，幕墙降噪设计，广东建材，2006年第1期]。

本质上的缺陷

玻璃幕墙的通病，隐框幕墙未设置附框，直接将结构胶打在主龙骨上，有些玻璃幕墙结构胶宽度不能满足规范要求，通过现场原位荷载试验玻璃幕墙在短暂设计水平荷载作用下，有发生双面胶条被拉开的现象，工程层间未设置防火层留有火灾安全隐患，有一个工程8层以上没有预埋件，玻璃幕墙与主体连接采用的是膨胀螺栓连接，部分膨胀螺栓是打在砖墙上且玻璃幕墙与主体连接只是靠后置的角钢通过拉铆钉与主龙骨连接，靠其承重受力，强度达不到规范要求。

结构胶问题自90年代后期国产幕墙结构胶满足要求之前，国内幕墙基本上使用的是进口结构胶，但对于胶的质量控制几乎完全依赖于国外企业自身提供的资料，销售环节的漏洞使许多假冒产品充斥市场，使必须使用结构胶的隐框玻璃幕墙质量大打折扣，留下隐患[尹小波，建筑墙幕亟带待解决的几个问题，中外建筑，2005，6]。

高能耗，与可持续发展相孛

导热，隐框型铝合金玻璃墙幕需要使用大量的铝材，幕墙材料由其结构表面接受热能，因此两侧存在稳定的温度差，从而材料内部分子和原子产生微观运动引起的传热称为导热，幕墙结构材料的导热量与其两侧温度差、材料导热系数成正比，与材料厚度成反比，铝的导热系数是玻璃导热系数的270倍因此热量集中通过铝框传导，形成了“冷桥”也有称为“热桥”，“冷桥”的能耗大，幕墙表面温度低，容易结露，室内热环境差，尤其是北方地区，而南方地区正好相反，在炎热的夏天大量的向室内传热，在普及率极高的城市采暖、空调所消耗的大量能源玻璃幕墙作为建筑外围护结构尤为显著。

玻璃幕墙作为建筑外围护结构，是建筑物热交换、热传导最活跃、最敏感的部位，是传统墙体热损失5～6倍，幕墙的能耗约占整个建筑能耗的40％左右，幕墙与节能的原则难相吻合[高堃，玻璃幕墙的遮阳节能技术，设计研究，2005，6]。

数据说明：墙体的传热系数K＝0.52，而采用双层玻璃的窗户传热系数K＝2.5，后者是前者的4.8倍，而玻璃幕墙与双层窗户相比还要高出许多，这不仅浪费大量的能源，而且给居住者带来极不舒适的感觉[赵在春，幕墙保温与节能分析，房材应用，2005，33(2)]。

建筑节能是创造资源节约型建筑和建筑要可持续发展的重要组成部分，是以为居住者创造卫生、文明、舒适的居住环境为前提，房地产开发商和设计、施工、监理单位都是在共同创造卫生、文明、舒适的人居环境，应该以人为本，从性价比等因素综合考虑，慎重地选择民用建筑外墙的材料。

国外一些发达国家早在70年代末就已经开始了建筑节能的工作，他们强制建筑业在新建建筑中执行节能标准，并因此取得了巨大的成效，整个国家的建筑能耗大幅度下降。如丹麦1985年比1972年采暖面积增加了30％，但采暖建筑能耗却减少了318万吨标准煤。采暖能耗占全国总能耗的比重，也由39％下降为28％，美国自从制定第一部节能标准至今天。仅佛罗里达州在电力和天然气能源上就节约了158亿美元，预计到2011年，在此基础上又会节约430亿美元。由此可见，国外的建筑节能法规30年来取得了多么显著的社会效益和经济效益[王素霞，国外建筑节能与保温材料一瞥，建筑与发展导向，2005，5]。

北京的建筑节能要达到65％，那么窗的k值必须要达到2.8W/(m2·k)，根据法国圣戈班公司的资料，单片玻璃30年的使用寿命，每平方米玻璃窗的能耗是6500度电，中国工程院院士中国建筑材料科学研究院高级工程师顾真安呼吁：墙材革新建筑节能与建设节约型社会，墙材的创新主要发展保温隔热材料保温隔热材料主要有两类，一类是无机类的，包括玻璃棉、矿渣棉、岩棉，一类是有机发泡材料，包括聚丙烯、聚苯乙烯、聚氨酯，符合防火要求的系列新型墙材[顾真安，墙体革新，建筑节能之基础，墙体革新与建筑节能，2006，1]。

玻璃幕墙因其特别的通透性使人有居高危险感，通常需要保持离墙幕一定的距离，改善恐高感，貌似有效空间家宽其实建筑使用面积缩小，从而且减少了居室的使用面积。

随着我国玻璃幕墙的广泛应用，去年全国使用量已经超过150万m2幕墙作为建筑外维护结构或装饰性结构，它将大面积玻璃等面板应用于建筑物的外墙面，充分体现建筑师的想象力，我国玻璃幕墙在超高层建筑占有优势北京国贸中心、深圳地王大厦、上海金茂大厦……无不采用了玻璃幕墙，正在建设中的世界最高楼———上海环球金融中心，也拟采用玻璃幕墙。据统计，目前我国每年玻璃幕墙的建筑面积达到600万平方米左右，产值达50亿元，据了解，国内玻璃幕墙行业所使用的结构胶有效期大多为10年比起国外能使用四五十年的质量差得很远，还有20世纪90年代初，在没有行业规范的情况下，有的隐框幕墙工程甚至使用玻璃胶来代替结构胶[钱星博，玻璃墙幕建筑物的隐患，科技时空，2005，9]。

一个严峻的事实，若干年后数千万平方米的隐框型铝合金玻璃墙幕的粘界胶到期失效，如何更换，大面积隐框型铝合金玻璃墙幕的卸除之后换上什么样的墙材，是非常急迫的问题。

发明内容：

本发明是要提供一种具有保温性能、抗震性能、减噪性能、减少建筑承重载荷特点的隔热抗震幕墙复合材料。

本发明是这样实现的：

三层刚性材料组成的两个空间腔，一个空间腔填充聚氨脂发泡塑料，另一个空间腔填充蜂窝支架，蜂窝支架内填充聚氨脂发泡塑料，聚氨脂发泡塑料将三层刚性材料在发泡过程粘接组成一个整体刚性板。

生产制造时中间层刚性板与蜂窝支架紧密连接，中间层刚性板在相对蜂窝支架的穴中开通孔，聚氨脂塑料原料从中间层与里层之间的腔内注入，流过中间层刚性板在相对蜂窝支架的穴中开通孔，使蜂窝支架的穴内和中间层与里层之间的腔内都注满聚氨脂塑料原料，在聚氨脂塑料原料发泡的过程，将聚氨脂发泡塑料将三层刚性材料和蜂窝支架在发泡过程粘接组成一个整体刚性板。

以下结合附图作进一步详细说明

附图1是隔热抗震幕墙复合材料的结构示意图；

附图2是隔热抗震幕墙复合材料的板材与板材垂直位式的连接结构示意图；

附图3是隔热抗震幕墙复合材料的在外侧安装固定型材示意图；

附图4是隔热抗震幕墙复合材料的板材与板材水平位式连接示意图；

附图5是隔热抗震幕墙复合材料的在内侧与建筑物梁、柱安装固定型材示意图；

参照附图1，内层板(1)与中间层(3)之间的腔内填充聚氨酯发泡塑料(2)，中间层(3)与外层板(6)之间安装有蜂窝支架(4)，生产工序从内层板(1)与中间层(3)之间的腔内注入聚氨酯发泡塑料原料时，聚氨酯发泡塑料原料从中间层(3)的通孔(9)流入蜂窝支架(4)的穴内，在蜂窝支架(4)的穴内形成发泡固体(5)，并且与外层板(6)良好的粘接，聚氨酯发泡塑料(2)、(5)将外层板(6)中间层(3)内层板(1)蜂窝支架(4)粘接连为整体。

参照附图2，为了将隔热抗震幕墙复合材料安装成幕墙后具有较好的水密性在整体板的一端预制契口(8)，安装墙幕时将契口(8)朝下，雨水可以顺流而下。

参照附图3、附图4，安装墙幕时将外层板(6)的边端楔入固定型材(7)的槽(7C)内，契口(8)分别楔入固定型材(7)的槽(7a)槽(7b)内。

参照附图4、附图5安装墙幕时将外层板(1)的边端楔入固定型材(8)的槽(8C)内，契口(8)分别楔入固定型材(8)的槽(8a)槽(8b)内，建筑物的梁或柱的预制固定件楔入固定型材(8)的槽(8d)内。

按上述方法组成墙幕。

安装墙幕的时候，将与蜂窝支架相连的一层为墙幕外层，由于蜂窝支架与外层钢板受到聚氨酯发泡塑料粘接作用，蜂窝支架与外层钢板整体具有良好的强度和刚度，由于蜂窝支架与外层钢板良好的接触，有效的扩散了外层钢板的受热，使外层钢板与聚氨酯发泡塑料粘接处温度相对均匀。

本发明与现有的聚氨酯发泡复合材料相比具有如下特点：现有的聚氨酯发泡外墙板材是两层薄钢板组成中间一个腔，聚氨酯发泡塑料填充在其间，将两层钢板粘接，实际使用的时候，室外侧在夏季高温季节，外钢板直接接受阳光爆晒，钢板表面温度迅速上升，由于聚氨酯发泡塑料导热系数是0.025w/m.℃、钢板导热系数是45w/m.℃，聚氨酯发泡塑料温升较慢，钢板与聚氨酯发泡塑料之间形成温度差，温差愈大两侧的膨胀率相差愈大，长期处于膨胀率显著差异的钢板和聚氨酯结合处的聚氨酯的粘接性能就易导致疲劳，聚氨酯的粘接性能就易导致疲劳至一定值时，发生与钢板剥离松脱，特别是在高度疲劳或达到一定的极限值，受到风压压强时由于钢板弹性作用，压迫聚氨酯发泡塑料塌陷，由于钢板的弹性效应，导致与聚氨酯发泡塑料粘接处松脱，这是现有的聚氨酯发泡钢板复合材料的突出问题，本发明与现有的聚氨酯发泡板材相比，采用三层刚性材料，外层与中间层的刚性板之间是蜂窝增强结构，蜂窝内填充聚氨酯发泡塑料，聚氨酯发泡塑料同时与外层钢板粘接又与蜂窝粘接还与中间层刚性材料粘接，蜂窝采用薄铝板结构，蜂窝还与外层钢板接触良好，当太阳辐射至钢板时热量通过钢板传给蜂窝铝板，由于铝质蜂窝具有良好的导热，将钢板的热量迅速扩散至整个蜂窝，蜂窝的热量均匀的分布在填充蜂窝内的聚氨酯发泡塑料中，聚氨酯发泡塑料与外层钢板不会形成显著温差，外层钢板与聚氨酯发泡塑料之间没有显著温差也就不会造成显著的膨胀系数差，从而缓解了疲劳系数，起到延长使用寿命的效果，其次，由于蜂窝与外层钢板紧密接触同时又与聚氨酯发泡塑料连为一体，形成整体刚性和强度，当风压压强在钢板表面时也被蜂窝结构分布，这一作用克服了强风压导致现有的两层薄钢板中间组成一个腔结构形式，聚氨酯发泡塑料填充在其间的结构有可能造成聚氨酯发泡塑料塌陷的问题，聚氨酯发泡塑料塌陷之后，随着钢板的自身强度和应力，在弹性作用下就可能导致外层钢板与聚氨酯发泡塑料松脱。外层钢板与聚氨酯发泡塑料松脱之后整体刚性和整体强度都迅速下降，其隔热性能，维护结构的性能逐渐失去，本发明由于采用内填蜂窝结构克服了上述问题。

本发明与玻璃幕墙相比其重量是玻璃幕墙的1/6(玻璃幕墙100KG/m²，本发明15KG/m²)，显著减轻建筑物的荷重造价，由于重量减轻使施工更为安全，使用施工建筑器材消耗减少，其传热系数是玻璃幕墙的1/30，无论是夏季空调还是冬季采暖都具有显著节能效果。由于采用金属机械固定结构施工质量易保证，不存在象粘接胶哪样性能老化的问题。

本发明与加气砖砌墙相比具有重量轻，是加气砖砌墙载荷的1/46(加气砖砌墙载荷700KG/m²)，占空是加气砖砌墙1/8，实实在在的增大了有效使用空间。

本发明由于无须粉刷，无须带水作业，施工不受天气影响，还具有快速施工节约施工期，降低劳动强度，有利机械化作业等优势。

Claims (3)

1、一种隔热抗震幕墙复合材料由内层板(1)、与中间层(3)、聚氨酯发泡塑料、外层板(6)蜂窝支架(4)组成，其特征是：蜂窝支架(4)与外层板(6)相连。

2、按权利要求1所述的隔热抗震幕墙复合材料其特征是：中间层(3)与蜂窝支架(4)连接。

3、按权利要求2所述的隔热抗震幕墙复合材料其特征是：中间层(3)对应蜂窝支架(4)的穴孔开通孔。

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