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橡胶在建筑领域中的应用仅次于交通运输领域

放大字体  缩小字体 发布日期:2012-04-09   浏览次数:896  分享到: 分享到腾讯微博

到目前为止,橡胶在建筑领域中的应用仅次于交通运输领域,成为第二大用胶大户。橡胶在建筑领域中的应用既包括传统应用,如工程施工机械的轮胎、运输带、传动带、胶管、施工人员的作业服、劳动靴、防护罩、安全帽和施工现场常见的胶板、蓬布等橡胶制品等,又包括新兴的直接用于建筑物和构筑物的橡胶材料。由于橡胶具有其它非金属和金属建筑材料所没有的伸缩性、防水性、气密性、阻尼性和缓冲性等集中在一起的一系列优异的特性,因而成为在现代建筑上推进大型化、高层化、地下化、多样化和长寿化的重要一环,使用范围和数量逐年在扩大,目前结构性橡胶建筑材料已发展到数千种之多。橡胶建筑材料主要包括橡胶防水材料、橡胶密封材料、橡胶支撑与隔震材料、橡胶铺装材料等4大类型。

1·橡胶防水材料

建筑物和构筑物防水是建筑领域中最为重要,也是最大的难题,会影响建筑工程的质量寿命和人们的居住环境。由此而造成的多次施工返修和常年对水的浪费,甚至超过了新建的费用。

沥青是价格最便宜的防水材料,多年来一直是建筑防水的主导材料,并以油毡纸、热熔涂层的形式遍及到各个方面。然而,沥青存在着严重的耐温性差和脆化龟裂等缺点,使用寿命短,给防水工程带来很大隐忧和无穷后患,大大增加了维修的工作量。另外,作为建筑基本材料的混凝土,虽然具有非常优异的强度,但耐弯曲和抗冲击性差,且有渗水等弱点。为解决这一问题,出现了可以提高水泥耐水性和高屈挠性的水密性混凝土。这一方法主要是通过在水泥搅拌中加入2.5%的NR、SBR、CR、NBR等乳胶制成配有橡胶的混凝土,以促使其吸水率下降到原来的1/3~1/10。但这一方法要导致建筑成本显著提高,而且往往又会影响到混凝土的强度质量,因而除特定场合和要求之外,技术经济性不强,难以普遍推广。为此,从20世纪50年代开始,普遍采用复合密封防水的形式,各种结构性的橡胶建筑防水材料应运而生。

1.1防水胶片

防水胶片是使用一层合成橡胶或合成树脂用压延或挤出的方法制成,然后以胶粘剂粘贴固定在建筑物和构筑物上形成防水层。虽然它的造价比沥青防水要高出几倍,但由于防渗漏性强,耐温性和耐天候性能好,具有施工方便、缩短工期、效率高、寿命长等优点,终于为建筑部门认可,成为现代建筑不可缺少的组成部分。从人造水池、高尔夫球场开始,到大型建筑物的屋顶防水,现已得到普遍推广。特别是因为防水胶片系单层防水,重量比较轻,每平方米不过2kg,仅为传统沥青屋顶防水层的1/5~1/8,使用年限也高出5~10倍,因此,对于现代大型建筑和高层建筑具有无比的优越性,公认是高性能的新型建筑防水的重要资材。

1.2止水带

止水带主要用在混凝土构筑物的构件接缝以及由于温度变化而引起的膨胀和收缩的伸缩接缝,例如桥梁、高架路、隧道、涵洞的对接等。它起着防水板的作用,以防止由于进水而产生的不等下沉、龟裂等变形,保持构筑物的稳定。止水带是在混凝土浇灌施工过程中或其后安装放置在接缝上的。根据要求,其形状分为板形、扁平形、管形、沟纹形和毛边形以及O、W、M、Q形等多种多样形态,以适合不同的构件接缝。我国现用的止水带主要以橡胶为主,视不同环境要求,常用的有NR、CR、NBR、IIR、EPDM等。近年来还出现了橡胶改性的PVC,橡胶与吸水性树脂共混的水胀橡胶止水带等,进一步实现了产品升级换代。

1.3防水涂膜

防水涂膜的用途极为广泛,从屋顶防水到浴室、厕所等的建筑构造,乃至公路、桥梁、混凝土构筑物的伸缩缝处,或者是地下构造物的防水等,都可使用这类材料作涂料。目前应用最多的为聚氨酯(PU)涂料,它是一种以TDI与PPG为原料(预聚物),与焦油、炭黑、其它填料和改性剂组成的双组份物,在现场混合固化而形成薄片状PU防水膜。

1.4水密混凝土

水密混凝土又称聚合物水泥、胶乳水泥,是水泥与胶乳类聚合物掺混而成的混凝土。在防水工程中,以水泥为主要成分的混凝土虽然具有非常优异的强度,但存在着容易渗水和不易弯曲以及抗冲击性差的致命弱点。防水水泥虽能在某种程度上稍微改善耐水性,但仍无法解决弯曲和冲击问题,为此,近些年来出现了胶乳水泥。胶乳水泥是在水泥搅拌过程中掺混适量的NR或SBR胶乳以提高混凝土的水密性。视添加量的多少(2%~5%)可使混凝土的吸水率下降到原来的1/3~1/10。

胶乳水泥最大的优点是混凝土本身形成了防水层,省去了以后专门再作防水施工的麻烦,同时也节约了投资费用。但是水密混凝土的耐水性有一定限度,而且造成强度下降,因而使用范围受到一定影响。目前大多用在室内、地下表面的防水,虽然比防水水泥的价格高出很多,但仍受到欢迎,用量在逐步增加。我国将这种聚合物水泥用的胶乳列入防水涂料一类,每年的使用量大约占全部防水涂料的3%左右。

2·橡胶密封材料

随着现代建筑多样化并向空中高层和地下深层发展,随之而来的室内空调换气系统的密闭性和水、煤气管线路的密韧性已成为建筑领域里极为重要的课题。特别是随着预构件和幕墙等快速施工法的普及,更有利地推进着建筑橡胶材料的应用和发展。它已不仅是为了密封防尘,保持室内的温度和清洁,同时也能起到阻止外面雨水浸入以及防止汽、水、气道管线接头泄漏等作用。目前,建筑用密封材料从液体到固体,从可塑材料到成型制件,已发展到千种以上,概括起来可分为密封段、密封条、密封垫片和密封伸缩接头4大类。

防水密封材料应用的范围十分广泛,在众多的应用领域中,最典型的应用范围如下。(1)建筑工程中的幕墙安装;建筑物的窗户玻璃安装及门窗密封以及嵌缝;混凝土和砖墙墙体伸缩缝及桥梁、道路、机场跑道伸缩接缝嵌缝;污水及其它给排水管道的对接密封。(2)电器设备制造安装中的绝缘与密封;仪器仪表电子元件的封装、线圈电路的绝缘防潮。(3)航空航天技术中的各类防水密封;交通运输器具的防水密封及玻璃与金属窗户框之间的密封;机械设备连接面之间的密封。(4)其它各种裂缝的防水密封。

3·建筑橡胶支撑与隔震材料

建筑隔震橡胶支座是近代基础隔震技术中研究深入、应用广泛和技术成熟的一种隔震元件。隔震橡胶支座由多层橡胶和多层钢板交替叠置结合而成,并经过加工,将橡胶与钢板牢固地结合在一起。当橡胶支座承受到其庞大、沉重的建筑物上部结构的自重力和荷载时,橡胶层的横向伸展受到钢板的一定约束,纵向刚度就会增大,夹层钢板赋予橡胶支座较高的纵向刚度和纵向承载力,将有助于橡胶支座稳定地支撑建筑物;当橡胶支座承受水平荷载时,夹层钢板的约束力会使橡胶层的相对侧移大大减小,橡胶支座可以产生很大的整体侧移而不会失稳,并且保持较小的水平刚度。也就是说它具有很强的竖向承载能力、很小的压缩变形和较大的水平变形能力,可确保建筑物的正常使用。这样一来,当发生地震时,建筑物即使受到水平、垂直和扭转等多维力的作用,橡胶支座仍能稳定地保持隔震作用。建筑隔震橡胶支座的耐久性好,抗低周疲劳性能、抗热空气老化、抗臭氧老化、耐酸性、耐水性均较好,其寿命可与建筑物使用寿命相同。

橡胶支撑与隔震材料是为防止建筑物和构筑物下沉、地震变形而使用的一种结构性建筑部件。它能使地震能量衰减至原来的1/3~1/4,因而从20世纪60年代开始受到重视。首先由英国在桥梁上使用效果十分显著。20世纪70、80年代,美国等国家又研制扩大到建筑物方面。经过洛杉矶、日本阪神大地震的考验,证明效果十分突出,1990年以后全面推广,用量急剧扩大。我国2000年,也开始在北京地铁车站等处重点试用,如用在桥梁橡胶支撑体、建筑物用叠层橡胶支座、桥梁、建筑物伸缩装和预应力锚具、铁路轨枕垫片、地板橡胶支撑体上。

总之,橡胶支撑与抗震材料在建筑领域的应用范围异常厂泛,是个蓄势待发的新型结构性材料。从目前来说,它也是减轻和解决地震害的一种重要手段,特别是对于破坏性很大的7级以上地震,更寄希望于此。近年来,地球又进入新一轮频繁地震期,从1976年我国唐山大地震到20世纪80~90年代美国洛杉矶、日本阪神的地震,21世纪的从我国云南、新疆到土耳其、伊朗、阿富汗以及2000年的日本新泻和罗马尼亚地震,可谓此起彼伏,频频不断。因此,为提高建筑、构筑物抗震级别,减少人民生命财产损失,扩大生产使用橡胶支撑与抗震材料已是势在必行,众望所期。而新一代的隔震体更是摆在橡胶工业和建筑业面前的一项长期重大课题和艰巨任务。

4·橡胶铺装材料

近年来,橡胶作为铺装材料在建筑业中日益受到重视,尽管其成本很高,但在现代化的体育场馆、游乐园、文化娱乐场地、公园、步行道、别墅门庭以及高等级公路等上面已大量采用,并且取得了良好的效果。橡胶铺装材料始于20世纪50年代,80年代得到迅速发展,现己成为一种新型的重要铺装材料。

5·展望

综观上述生产使用现状,世界橡胶建筑材料已开始出现一个庞大的工业基础,正向多元化、功能化的方向发展。其使用的原料除传统橡胶之外,已扩展到聚氨酯(PU)、热塑性弹性体(TPE)、废橡胶的颗粒(RC)、胶粉(RP)和再生胶(RR),以及橡胶类的PVC、PE软质塑料等方面,这些高分子材料的数量已大大超过了橡胶。面对新型建筑材料需求的不断增长,橡胶建筑材料的发展空间和潜力十分巨大。

工程建筑业是我国经济的四大支柱产业之一。建筑材料的产耗量以水泥为例已占到全球1/2以上,其它许多新型建筑材料也正在蓄势待发,不断升级换代。目前,新型防水材料产量已达2亿多平方米,占到整个防水材料总量的约30%,然而效果最佳的橡胶类高分子片材仅在其中占7%,防水涂膜不到l0%。建筑密劐材料虽然已经开始得到快速发展,但大多是低档产品,亟待以橡胶来填补。橡胶支撑与隔震材料和橡胶铺装材料虽然最近发展很快,但大多限于国家大剧院、奥运场馆、快速铁路、高速公路等少数重点工程,有的还是在试用,远未达到普及的程度。

建筑工程现代化、建筑材料新型化已成为当前建筑业的必然趋势,而且转换进程不断在加快,业界许多有识之士已决定把建筑橡胶用品作为新的经济增长点。为适应工程建筑用橡胶的发展,近些年来除上海、天津、广州、沈阳等地不断扩大生产以外,同时河北又建成了以原衡水橡胶一厂为基础扩大发展起来的世界少见的工程建筑橡胶城。这座橡胶城以衡水、中铁建、黄河和宝力四大家为主,已有l8家专业的工程建筑橡胶制品厂,包括其它一些相关及配套企业在内,目前已形成上千家工程建筑橡胶厂为全国配套,包括从隔震、密封、防水到铺装等建筑工程的所有领域,产品大量出口国外。他们采取产学研结合的方法,同中国建筑工程总公司、中国铁道研究院、中国公路研究院等使用单位紧密合作,研发出多种高端橡胶建筑材料与制件,紧跟世界橡胶建筑制品新潮流。现在,河北衡水已成为全国乃至世界橡胶建筑用品的重要生产基地,全国最大的橡胶商品交易中心。

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