GRC(玻璃纖維增強水泥)是近30年來新開發(fā)的一種新型復合材料，是運用高新技術對材料進行復合利用的又一重要成果。介紹了GRC材料及特點，GRC建筑幕墻和屋面的特征及實例，GRC幕墻板結構設計及物理力學性能，GRC幕墻的生產與安裝，GRC幕墻接縫設計及專用密封膠，并列舉了GRC幕墻工程案例。GRC具有輕質、高強、隔熱保溫、防水、防火、可加工性良好及價格適中等諸多優(yōu)點，可根據設計意圖，通過模板對其表面的紋理和分割進行設計，從而創(chuàng)造出令人贊嘆的表面效果。我國建筑行業(yè)應盡快推廣GRC建筑幕墻和屋面。
GRC(玻璃纖維增強水泥)是以硅酸鹽水泥為基體，以耐堿玻璃纖維、通用合成纖維、各種陶瓷纖維、碳和芳綸等高性能纖維、金屬絲以及天然植物纖維和礦物纖維為增強體，加入添加劑的工廠預制的環(huán)保復合材料。GRC板材因添加劑的不同。產生不同顏色和質感的板材，并且因具有較高的強度，單個板材尺度可以非常大(高度可達3 m以上)，設計師可根據建筑設計需要，對GRC板塑造各種外形，并能較完美地實現特殊造型的整體性，提供基本構造，控制建筑成型。目前有不少用GRC幕墻的建筑，給予人們的視覺感受是現代氣息濃厚。GRC優(yōu)異的材料性能在非線性幕墻中的表現尤為淋漓盡致(見本期封面后的彩色插頁)。
1 GRC幕墻概況
GRC板材的制作特性非常適合用于現代建筑幕墻建造。GRC板材特點：強度高、韌性好、吸水率低、綠色環(huán)保、不易褪色、造價低和重量輕。與主體建筑具有同等使用壽命。產品表面具有“降雨自潔”功能，使外觀效果常年如新，且具有安全保溫、安裝簡單等特點，可做出與石材仿真的明縫效果，美化建筑環(huán)境。因此， GRC幕墻板產品是配合玻璃幕墻以及新舊樓裝飾的首選產品。
1.1 GRC優(yōu)點
(1)抗折強度大于18MPa，是普通混凝土的5倍、石材的2倍：
(2)質感和色彩豐富;
(3)輕質高強，可提高建筑施工的速度;
(4)可塑性強，非常適合用于非線性現代建筑和主要研究方雕塑建筑：
(5)抗化學腐蝕，耐堿玻璃纖維不會像混凝土內的鋼筋一樣容易銹蝕：
(6)耐候性好，適合各種氣候環(huán)境;
(7)屬于A級不燃材料;
(8)可制作保溫裝飾一體化的單元幕墻和裝配式住宅：
(9)表面通過自密實處理及加入無機納米材料，可達到保溫和自潔功能。
1.2 GRC幕墻特征
(1)GRC材料依靠模具成型，幾乎不受任何限制，完全可滿足建筑師富有想象力的、極具個性的設計構想。
(2)GRC可通過采用外露骨料、整體著色、紋理飾面以及鑲板等材料肌理處理和材料著色處理，在造型的基礎上，可更加突出恢宏壯觀、古樸典雅、清麗秀美和凝重厚實等風格。
(3)加入納米光催化材料，表面帶有自潔功能。
(4)玻璃纖維在產品結構中起柔性鋼筋作用，破裂后也會藕斷絲連，可用于高層建筑。
(5)使用年限可達N50年。
(6)通過復合以及表面涂層，實現建筑更為廣闊的性能訴求和表面效果的多樣化，例如實現建筑的節(jié)能、保溫，可做防水涂料，也可通過添加光觸媒材料，實現GRC幕墻的自潔功能。
1.3 GRC幕墻材料生產工藝
GRC材料的制造工藝較多，但GRC幕墻材料的生產工藝一般采用噴射法。因為噴射法有利于得到密實的GRC，從而最終獲得堅固耐久的高強度產品。決定GRC幕墻板材質量的要素在一開始時就應充分考慮，要素包括模具、料漿各組分的配合比與攪拌、噴射、附加工序以及養(yǎng)護。工藝過程為：根據要求進行料漿的配合比設計，按設計好的配合比依序配制好不同的料漿，依序逐層噴射在模具上，并輔以附加工序(如放置預埋件、加肋、壓實以及放置鋼架等)，確保產品質量可靠。在模具上固結完全后脫模，進行后期表面處理并養(yǎng)護，包裝出廠。在這個過程中，料漿的配合比設計以及工藝操作的可靠性是GRC幕墻板材質量的保證，其中料漿的配合比要考慮其物理性能指標、纖維的含量和長度、灰砂比、水灰比、聚合物的養(yǎng)護劑含量和其他外加劑以及工藝操作的可靠性等。
2 GRC幕墻結構設計
2.1使用年限
GRC的使用年限很大程度上依賴設計計算，使用功能也會影響其生命周期。行業(yè)規(guī)定GRC夕b墻應有建筑物同壽命的質量保證。設計上要采取的與使用壽命有關的幾個重要措施為：
(1)GRC產品通過50次抗凍融試驗(國家標準為25次)后的強度保留率能達到70%以上，足夠滿足建筑結構性能的要求：
(2)重要預埋件采用鍍鋅處理，同時用塑料皮套包裹，這樣可緩減水泥對預埋件的腐蝕;
(3)龍骨須按7509/m2的熱鍍鋅進行防銹處理，并做好板與板之間的密閉：
(4)板面進行憎水處理，防止毛細水滲透到板內空間而腐蝕龍骨：
(5)盡量避免現場焊接，因為現場的焊縫是最容易氧化的部分：
(6)對重要節(jié)點要做詳細的力學計算，對錨栓要進行拉拔測試。
2.2設計原則
GRC幕墻板的結構設計須按承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)分別計算和驗算。
2.3荷載和作用設計值
GRC幕墻作為建筑物的外圍護構件。主要承受自重荷載、風荷載、地震作用效應以及溫濕度作用效應等。由于GRC幕墻與石材幕墻的使用環(huán)境相同，因此，對應于GRC幕墻的極限狀態(tài)設計。其荷載效應基本組合和標準組合設計值可參照國家標準《金屬與石材幕墻工程技術規(guī)范)(JGJ 133—2001)相關規(guī)定。這里要特別強調的是。由于GRC是一種較石材的孔隙率更高的親水性多孔體系。它受外界溫濕度變化產生的應力往往高于石材，因此，溫濕度應力是不容忽視的。關于GRC幕墻溫濕度應力的計算，我國尚無相應的規(guī)范可查，建議參考國際GRC協(xié)會(GRCA)技術委員會編制的(GRC實用設計指南》。
3.1綜合物理力學性能
GRC幕墻板的強度不僅取決于水泥基材，還取決于玻纖的含量、長度以及玻纖的分布和方向。在通常情況下，纖維呈二維亂向分布，且分布方向與板平面平行。因此，其強度沿板的不同方向而異。表l為GRC幕墻板綜合物理力學性能指標范圍，僅適用于裝飾外墻板。其中最重要的試驗是彎曲性能試驗，以確定GRC的比例極限(LoP)和斷裂模數(MOR)，因為這是構件設計中使用的主要數據。在初次檢查之前，應對每種生產方法和每個配料系統(tǒng)和(或)噴射機器至少連續(xù)試驗40d，此后，要求每個批量和每個噴射車間，每周至少進行一次彎曲試驗。表2為GRC材料性能值的典型范圍，這些性能值取決于配料設計、材料的質量控制、制造工藝和養(yǎng)護制度，灰砂比在1：1—3：1之間。
3.2彈性模量通過彎曲應力一應變曲線
確定GRC板的設計彈性模量值，彎曲彈性模量值隨著基材組分、密度和養(yǎng)護制度的改變而改變，因此須通過試驗確定在設計中采用的適宜彈性模量值。
3.3抗剪切強度
在用噴射工藝制造的GRC板中，纖維在板平面內隨機分布，因此剪切值隨荷載施加方式而變化。
(1)層間剪切。層間剪切強度值實質上是基材的剪切強度值，在單層面板的受彎狀態(tài)和面內承載粘結 中密度優(yōu)塊中會產生層間剪切應力。
(2)面內剪切。對一定配方的噴射GRC，在經受各種老化處理之后，其面內剪切強度與極限抗拉強度是相等的。因此，可將面內剪切強度值用作抗拉強度值。板邊緣的螺栓連接會產生面內剪切應力。
3.4收縮和由水分引發(fā)的尺寸變化
GRC在初期發(fā)生的不可逆干燥收縮，很大程度上取決于灰砂比和水灰比，隨后的水分含量變化引發(fā)可逆的尺寸變化，尺寸變化主要由灰砂比控制，隨著齡期延續(xù)，尺寸變化率降低。約束收縮所引起的應力會導致構件開裂，特別是受形狀、變截面厚度、預埋件或外部荷載約束的構件。足夠的纖維含量和纖維隨機取向可控制板的收縮開裂。盡管纖維不能從本質上降低水泥基材的干燥收縮，但可提高強度并降低收縮裂紋在GRC中擴展。隨著在室外環(huán)境下暴露時間的延續(xù)，應變能力和抑制收縮裂 紋擴展的能力逐漸降低。尺寸變化取決于GRC配合比和使用環(huán)境條件，因此應在設計之前確定初期收縮和由水分變化引發(fā)的尺寸變化特征值，在沒有約束的試驗樣品上測量其收縮值和由水分引發(fā)的尺寸變化值。GRC材料隨著溫度的提高而發(fā)生膨脹，通常情況下GRC材料在受熱時會產生水分損失而干燥.因此膨 脹值可被GRC的干燥收縮部分抵消。熱膨脹和干燥收縮主要受基材密度和灰砂比的控制，在設計GRC構件時應考慮熱膨脹特性。粘結到GRC上的裝飾材料的熱膨脹特性應盡可能接近GRC的熱膨脹特性.否則會引發(fā)墻板內的巨大應力。
3.5抗凍融性
玻璃纖維的存在可有效保護水泥基材抵抗凍融循環(huán)引起的惡化。實際上，GRC構件的外表面都是模板面，GRC材料的密實度較高，具有較好的抗?jié)B透性，可有效保護GRC材料免受凍融循環(huán)作用。
3.6耐火性能
用水泥、玻璃纖維、砂子和水制造的GRC為不燃性材料。當用作表面材料時，火焰?zhèn)鞑ブ笖禐榱恪?/p>
3.7密度
噴射GRC的密度主要與纖維含量、水灰比、灰砂比、密實技術和噴射技術有關，從密度大小可得到制造過程的質量信息，密度可被用作工廠質量控制的一個度量指標。纖維水泥板按照密度可分為高、中、低三種類別。纖維水泥板的好壞和密度密切相關，用戶可根據 板的密度來判斷板材的好壞。根據密度的大小分為：
(1)低密度普通板，密度在1.5～1.759/cm3;
(2)中密度優(yōu)等板，密度1.75-1.95 g/cm3;(3)高密度特優(yōu)板，密度1.959/cm3以上。
纖維水泥壓力板為優(yōu)等板，其常規(guī)板(厚度4～12mm)的密度在1.8 g/cm3左右，自然狀態(tài)下1 200nlmx2400mm的板重量大概在5.5奴左右，厚板(15。30mm)
密度在1.959/cm3左右.自然狀態(tài)下1200mmx2400mln 的板重量大概在6kg左右。高密度纖維水泥板改善了產品的干縮濕脹能力、強度、耐酸堿和耐腐蝕能力，也不會遭受潮氣或蟲蟻等損害，而且強度和硬度隨時間而增強，保證有超長的使用壽命，具有優(yōu)異的耐候性、抗凍融、抗日照、抗雨和抗酸霧性能。
3.8滲透性
GRC基材趨向于吸水并將水均勻快速地分布在整個復合材料中，但是水分沿板厚方向通過的能力很弱。試驗表明，雨水以117km/h的風速落到板上時，在10lain厚度GRC板的內側沒有水分出現。
3.9長期力學性能
GRC幕墻板的長期力學性能是設計計算的重要依據。GRC幕墻板在大氣條件下。因基材中的堿對玻纖產生化學侵蝕，導致其抗彎強度隨時間變化逐漸下降直至接近比例極限強度，但其比例極限強度則因基材隨時間變化而緩慢水化，使其強度十分穩(wěn)定甚至有所增長。因此可認為，GRC老化后的抗彎強度值不小于28d[t,d的比例極限強度值。上述假定十分重要，現已成為GRC板極限狀態(tài)設計時必須遵循的基本原則。
4 GRC幕墻生產與安裝
GRC幕墻是由特種裝飾層、高性能GRC層、GRC肋或鋼框架等材料復合制成。該產品不僅克服了傳統(tǒng)GRC$1J品易開裂、變形的缺點，尤其還具有獨特的自裝飾效果和精準的形狀與幾何尺寸，是一種可與石材、玻璃等幕墻媲美的新型高檔幕墻。
4.1造型
GRC幕墻板采用先進的制造技術，具有極好的易模性，可塑造出造型風格迥異和文化特色突出的建筑產品，為當前個性化建筑的發(fā)展提供了一種理想的幕墻材料。
4.2幅面
GRC幕墻板采用獨特的制造技術和科學合理的結構構造及連接設計.使之可滿足較大規(guī)格尺寸的設計要求，板幅可達20m2以上。
4.3飾面
GRC幕墻板通過獨特的制造技術，可制成具有傳統(tǒng)清水、彩色清水和仿石、仿木紋等多種自裝飾效果的產品。其中，傳統(tǒng)清水型幕墻可呈現出斑點狀、冰花狀和云霧狀等多種清水效果，較采用澆筑成型的普通清水混凝土相比可表現出更自然、更豐富和更充分的清水裝飾效果。彩色清水幕墻具有更豐富的色彩，可大大 拓展清水混凝土的應用范圍。
4.4材性
GRC幕墻板大量采用當今水泥與混凝土領域的新材料與新技術.使之徹底解決了當前傳統(tǒng)的GRCSU品長期存在的開裂、變形等老大難問題，而且還大幅度提高了材料的強度、密度和耐久性。
4.5分類
4.5.1構造分類
GRC幕墻板按構造形式不同可分為單層板、帶肋板、框架板和夾芯板幾種(表3，4)。板的較長邊定義為板的長度;板的較短邊定義為板的寬度;除加強肋和局部加強部位以外，板主體部位定義為板的厚度。
(1)單層板由特殊裝飾層和GRC結構層構成，板厚20～30 mm。單層板的幅面較小，一般小于3m2。其中，平板可按合同定規(guī)格工業(yè)化生產，價格低廉。同時，該 產品采用石材背栓連接方式，易于推廣使用。
(2)帶肋板是一種沿板四周邊緣和設計的受力部位布置有加強肋的單層板。其特點是板面和加強肋采用同一材料一次復合而成，產品的整體性好，結構緊湊，安裝占用空間較小且造價較低。帶肋板的幅面尺寸在6m2以內。
(3)框架板由板面、鋼框架和分布于板背面的L形鋼筋等三部分組成。其中鋼框架起承載作用，L形鋼筋起板面和鋼框架間的連接作用。由于L形鋼筋的腳部 (指水平部分)預埋在GRC板內，而腿部(指垂直部分)的上端焊接在鋼框架上，使得GRC板與鋼框架之間的連接十分牢固，其安全度明顯優(yōu)于石材幕墻的連接。同時，這種連接形式還是一種理想的柔性連接形式，它可通過L形鋼筋的擺動，有效地消除GRC板面因溫濕度變形產生的應力。由于安裝點為柔性連接，可防止面板因熱脹冷縮的應力不能釋放而開裂，且對地震作用的反應相當好，柔性節(jié)點能短時間模擬彈簧的作用，對地震水平力起到緩沖作用。
(4)按照板有無裝飾層將其分為有裝飾層板和無裝飾層板。按照產品類型、長度、寬度、厚度和標準編號順序標記。例如：框架板長度為3 200 mm，寬度為 2000mm，厚度為35mm，標記為GRCKJB3200x2000×35 JC 1057-2007。
4.5.2形狀分類
幕墻板按形狀不同可分為平板、L形、U形、多面形、曲面形及其他形狀等多種異型板(圖1)。
4.5.3飾面效果分類
高性能GRC幕墻板按飾面效果不同可分為清水板(灰色、白色、黑色及彩色清水等)、仿石板(洞石、崗石、片石、砂巖及毛石等)及其他裝飾板(仿木紋、仿銅、條紋及各種圖案花紋)等多種產品。
