[00739485]高性能建筑装饰围护复合材料关键技术及其应用

2015年《中国制造2025》出台，进一步要求发展节能、绿色、结构功能一体化的建筑材料。据权威统计，2015年城市公共建筑装饰围护行业产值达到4000亿元。超高性能混凝土(UHPC)具有轻质超高强、任意装饰等优点，可在异型建筑、高层建筑中实现复杂个性化的造型。基于UHPC进行技术升级，开发中国具有自主知识产权的超高性能装饰混凝土材料(UHPDC)关键技术，对于推动建筑装饰多元化、绿色功能集成化发展，具有十分重要的战略意义。项目在国家自然科学基金等项目的资助下，针对中国建筑行业领域对UHPDC的紧迫需求，开展了基础理论、新技术和工程化应用三个层面的系统研究。 主要的创新成果如下： (1)开发了有机-无机混杂纤维增强的高白度UHPDC材料体系，并且同步提升了材料的强度、韧性和热容。通过热处理温度和氧化气氛的控制，实现了硅质原料中纳米SiO₂与白度填料的有机结合，在纯化原料中碳杂质的同时，保证其活性不受破坏。采用有机-无机混杂纤维定向增强和骨料级配优化技术，在表面羟基化的纳米材料和高效外加剂的辅助下，充分发挥颗粒的球珠效应，获得低水灰比、高扩展度的自流平自密实浆体，实现了混凝土材料的超高强度和超韧性。材料的抗压强度、抗弯比例极限强度和抗弯极限强度分别在150MPa、16MPa和30MPa，性能全面超越国内应用的传统GRC装饰材料。 (2)装饰环保型材料表面的美观性、自清洁性、超防水性、隔热性、和耐腐蚀性等多功能集成技术。采用喷砂、水磨、抛光、纹理饰面等多种材质肌理处理，使装饰墙体面层具有类化石、木纹、仿铜等各种自然图案的装饰效果。在光催化功能涂层的设计中创新性的引入二维-三维复合材料载体，其可以隔绝水泥表面碱性和腐蚀性离子，最大可能的保证了功能材料稳定持续的发挥其性能。在此基础上，设计开发了新型的C₃N₄-SiO₂-SnO₂三元自洁净涂层材料体系，实现超亲水自清洁和抗静电防尘功能的一体化。 (3)开发了大型装配式装饰围护材料的结构与功能一体化应用技术，实现建筑围护结构的高效、低成本、清洁化施工。基于建筑外形设计，成功开发出了非线性造型、大型装配构件背负钢架设计与优化技术，有效解决了模具制作、产品尺寸控制、接缝控制的难题，建立了围护结构装配工艺标准与技术体系，实现了UHPDC构件的功能化、模块化、装配化，使工厂化生产和绿色施工成为现实。开发的产品集成了建筑结构、非线性装饰、墙体保温、防火防水、隔音降噪等功能。 项目获专利授权32件，发表SCI论文41篇。项目成果已经在水泥龙头企业南京倍立达新材料股份有限公司应用，平均每年为公司新增利润500万。产品示范性工程有：梅溪湖文化艺术中心、杭州余杭大剧院、美国塞班岛娱乐度假村等，经济和社会效益显著。成功的由基础科学发现推动了技术创新，进而驱动了工程化应用，为推动江苏省高附加值建筑材料行业的发展做出了积极的贡献。