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GRC 在澳大利亚的发展(一)——设计
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GRC 在澳大利亚的发展(一)——设计

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       GRC 在劳动力成本相对低廉的地区最受欢迎,如中东、中国和土耳其等国家。在其它地方,GRC生产商们发现,如果仅仅是为了追求与众不同的效果而使用GRC材料,那么项目往往在预算审查阶段就会被淘汰。2011 年至 2014 年间,约有 3000 万美元的GRC 工程被迫砍掉。仅在悉尼一地,即使建筑师在最初提供给客户的设计方案中指定使用 GRC,但最终还是有近 2000 万美元的 GRC 工程被否决。

       研发设计人员一直在寻找优质的外墙板来创造与众不同的建筑效果。尽管建筑成本较高,但是 GRC 行业还是取得了显著的进步:

       •开发了三维清水效果的整体墙板。

       •应用 3D 建模技术制造模具,以获取独特的表面形状。

       •利用 GRC 的轻质特性设计一种外墙板,它的外表面(GRC)是非承重构件。

       随着装配式建筑的兴起,GRC 在标准化产品市场取得了很大的成功:

       •用作浴室地板

       •提高检查井的性能

       •提高地坪系统防火等级

       长期蠕变设计分析技术的日益成熟和预混 GRC 行业的日益规范,大大促进了GRC 的上述发展。

       玻璃纤维增强混凝土(GRC)的商业化是在 1956 年左右由皮尔金顿兄弟公司奠定的,而这些都建立在英国建筑研究院(BRE)的研发工作基础上的。在那之后的60 多年间,业界开展了大量的研发工作。但事实上,虽然生产方面的研发取得了很多发展,但在协助 GRC 设计师和生产商的工程设计方面取得的进展非常有限。如果有人读过这些年发表的各种论文,那他可能会发现这些论文几乎都可以追溯到皮尔金顿兄弟或他们雇佣的人员做过的工作,尤其是 Messrs. Knowles, Proctor, Litherland 和 Oakley 这些人员。

       跟世界上其他地方类似,GRC 在澳大利亚是一个高度竞争的市场。在过去的几十年中,GRC 的工程应用经历了一段持续增长的黄金时期。建筑师和客户们都渴望寻找一些“与众不同”的建筑材料,砖、混凝土、复合铝板和玻璃都已经被认为是“过去时”,现如今,任何形式的多孔或者有细部表现力的饰面材料都非常受欢迎,所以 GRC 被认为是一种完美的选择。GRC 行业终于开始明白,把 GRC 单纯看作一种对其他材料简单模仿的替代品是没有出路的。为了提高竞争力,GRC 应该充分利用以下几个优势:

       •其他材料无法取得的表面效果

       •防火/隔声

       •轻质

       1956年兴建于伦敦的里昂信贷大厦,三年前大厦进行了一次清洗工作,到那时这座大厦已经落成了 56 年,但是我们发现 GRC 和当初安装时一样完好如初。这座大厦对于 GRC 行业是一种鼓舞,不仅在于它独特的外形设计,还在于它全面展现了 GRC 这种产品的优异性能。

图 1 里昂信贷大厦,伦敦(1956)

       一、设计方面的进展

       在澳大利亚,GRC 这种产品毫无疑问是在“设计与开发”的基础上生产的。仅通过那些代表客户的设计师提供的性能指标,往往不能真正领会使用这种材料的真谛,这导致在招标评审阶段会经常出现问题。因此,GRC 行业应该在这个关键问题上来引导市场。对此而言,GRC 生产商应该明白在招标工作上的前期投入是非常重要的,如果可以避免对招标文书的误解,那么 GRC 的竞争优势就可以得以实现。

       1.1 基本力学性能

       从参考其他人员设计的经验来看,皮尔金顿兄弟公司在 1956 年提出的观点一直以来都没有再获得实质性的突破进展,如图 2a 和 2b 所示。简单来说就是,在 MOR 值为 21MPa 的基础上,他们将长期强度衰减率设定为 50%,然后他们采用了 1.75 的安全系数,以此得出的许用弯曲应力为 6MPa,如图 3a 和 3b 所示。工程师们还需考虑初期搬运产生的应力和收缩造成的应力以此提供一个许用应力净值来承受一些永久荷载,比如风荷载。类似方法也被用来计算其他的许用应力值,如拉应力、剪应力和弹性模量等。目前,业界已经开发出了不同等级的玻璃纤维来适应不同的生产情况。另外,20 世纪 80 年代引入了聚合物(Forton 或许是开拓者),它可以增加墙板的早期强度,允许使用比之前更加宽松的养护方式。这些基本力学性能推荐值和皮尔金顿兄弟公司的相关理念至今仍值得参考。

图 2a 应力应变曲线(皮尔金顿设计指南 1979)

图 2b 摘录自用加速老化方法预测长期强度值的方法(The use of accelerated aging procedure to predict long-term strength of GRC), Litherland, Oakey and Proctor, C&CA. Vol II, 1981

图 3a GRC 随时间变化的强度损失值,摘自澳大利亚 GRC 工程规范(Australian Code of Practice for GRC)

图 3b 几种典型 GRC 配比的比较结果,摘自澳大利亚 GRC 工程规范(Australian Code of Practice for GRC)

       1.2 极限状态设计

       1975 年,当时针对钢筋混凝土的极限状态设计刚刚开始。极限状态设计对于钢筋混凝土结构有着举足轻重的意义。极限状态设计被列入了澳大利亚工程规范,以适应现代发展潮流的需求,但前提是我们必须首先确保这个极限状态设计和许用应力设计有相同的设计结果。在早期引入这个概念时,GRC 材料的设计强度一夜之间发生了降级。

       1.3 GRC 的类型

       多年来,大多数的生产商都误认为“预混 GRC”比“喷射 GRC”强度要低很多。然而,在如今的澳大利亚,估计预混 GRC 的销量已经大大超过了喷射 GRC,其比例大概是3:1。自密实预混 GRC 在澳大利亚的市场份额一直处于增长中,Power Sprays 公司一直在为澳大利亚最大的两家GRC生产商供应原材料。单向MOR值通常都能够达到16MPa以上,这个强度为开发标准预混 GRC 产品做出了很大的贡献。

       在澳大利亚,添加聚合物的喷射 GRC 的强度能够达到 32MPa,普通的标准喷射GRC 的强度很容易就能达到 20 MPa 以上。目前 GRC 仍然作为大型建筑板材使用,但它也取得了一些技术创新,比如预应力技术的应用。我们越来越关注如何去解决 GRC饱和吸水性问题,比如如何在低含水量时密封产品的所有表面,荷载的属性和大小将会如何影响基材中纤维的粘结性等。

       1.4 老化测试

       最好的参考文献是 Litherland, Oakley 和 Proctor 撰写的《The Accelerated Ageing Procedures to Predict the Long Term Strength of GRC Composites》(用加速老化方法预测长期强度值的方法)这篇文章。随着GRC 发展的多样化,我们有了各种各样的原料配合比,所以我们需要有一个行之有效的测试标准。很多人可能没有意识到皮尔金顿兄弟公司对不同环境下的 GRC 进行专业测试所做出的贡献,如图 1 所示。皮尔金顿兄弟建立了标准 GRC 试件测试的数据库,进行了各种环境下的老化试验,然后通过这些老化试验建立了一个相关的数学模型。简单来说,他们得出了将 GRC 试件放置在 75℃环境中 28 天就相当于暴露在英国自然环境中 20 年这个结论。

       图 2 展示了澳大利亚已经出台的设计标准是如何鼓励 GRC 设计师更加充分地利用相关的材料测试方法来满足不同原料配比、不同工程地点和不同用途的需求。预计在未来几年内针对这一领域的研发工作能带来真正的效益。

       1.5 养护

       1984 年时,澳大利亚的 GRC 生产商会将产品放在特定的环境中,然后连续 7 天每天进行喷水养护。2015 年时,澳大利亚的 GRC 生产商仍会将产品在特定环境中放置 7 天,但是,没有一个生产商会再花时间去对产品进行湿养护,虽然并不是每个配方都添加了聚合物。

       带钢框架的 GRC 产品显然比带肋的 GRC 产品更需要养护。在中东地区基本没有采用带钢框架的 GRC 产品,考虑到他们的养护方式,这可能会是一件好事。我们应该把更多的精力放在对产品中的密封和和控制含水量上。

       1.6 使用连续纤维

       使用连续纤维增强GRC板背面肋相对于没有使用连续玻璃纤维的板来说,它的强度增加了 25%,这显然非常有经济效益。

       1.7 GRC 所用增强材料

       钢材的使用应该局限在由于脱模而造成的高应力区或运输可能产生的应力区,而且长度要加以限制。我们应该将钢筋混凝土和 GRC 区分开,因为 GRC 中没有骨料来形成微裂缝去分布收缩产生的影响。可以在 12mm 厚的 GRC 面层下设置 3-4 米长的带钢筋肋被事实证明会导致面板弯曲和面层开裂等问题。使用钢筋来加固 GRC 面板的安装点部位来控制起吊应力,通常是在产品加工后的 18 个小时内。

       1.8 GRC 墙用模板

       2011 年的伊斯坦布尔 GRC 国际年会上,有一个优秀的报告介绍了在楼层间利用GRC 板作为浇筑后面结构混凝土的永久性模板的研究。在当时,GRC 和后面新浇混凝土墙之间产生的收缩差是一个令人担忧的问题。但后来发现只要 GRC 材料的收缩情况跟后面混凝土结构墙的收缩情况接近到一定程度,那就不用担心这个问题。材料早期的快速收缩使 GRC 与后面混凝土很容易趋于一致。

       1.9 预应力 GRC

       1992 年在设计阿德莱德澳洲税务局遮阳板时采用预应力 GRC。时至今日,这个大楼已经使用了 23 年,从安装到现在还没有必要去重新紧固那些预应力筋。预应力筋采取“无粘结”形式是特意为以后重新施加预应力而设计的。美国有一家公司正在积极推广预应力 GRC,这是 GRC 未来发展的一个方向,预应力 GRC 的关注重点是增强材料本身而不是再去增强 GRC。

       1.10 防火等级

       GRC 优异的防火性能在建筑初期设计阶段往往被设计师所忽视,我们正在澳大利 亚针对该方面进行相关的市场引导和推广工作,以增加 GRC 产品的市场份额。 GRC 的防火测试工作目前在美国和英国,相关的测试工作一直在持续进行,最新的测试报告可以追朔到 2008 年。

       1.11 绿色建筑

       在过去的四年中,绿色建筑几乎已经成了所有商业和政府建筑的主要关注点,GRC在这方面做出了积极的贡献,它正是澳大利亚的建筑市场极为需求的材料。

 

GRC品牌——美砼

专注于GRC研发、设计、生产、安装

 

 

       作者:美砼建材

       来源:www.meitongjc.com

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