鈦金屬在建材上的應(yīng)用以純鈦為主,因其具有良好的成型性,高的耐蝕性、美觀性、高檔性、概念性、時(shí)尚性,有比傳統(tǒng)的銅、鋁及不銹鋼更具有特色的優(yōu)勢(shì),更為可貴的是只有鈦?zhàn)鳛榻ㄖ貌模苓_(dá)到100年的品質(zhì)保證。作為一種建筑材料,鈦材不但擁有自然光澤,而且經(jīng)氧化能呈現(xiàn)不同色彩,加之其耐蝕性優(yōu)越,勿需鍍一層防腐膜。由于鈦材的反射率較小,并呈現(xiàn)淡銀灰色,故其自然色澤令人滿意。鈦材經(jīng)過退火和酸洗后,表面熠熠生輝。采取對(duì)金屬進(jìn)行陽極氧化以及氧化前對(duì)表面自然光澤進(jìn)行調(diào)整的方法來改變色調(diào),以滿足顧客對(duì)顏色的要求。鈦的氧化膜是鈦金屬表面與空氣/水發(fā)生反應(yīng)而形成的。和不銹鋼、Al的表面相比,鈦材突出的耐蝕性正是該層氧化膜。鈦板表面的不同顏色取決于氧化膜的不同厚度(<10 am,銀色; 12 am,金色; 20 D_m,棕色;35 nm,藍(lán)色)。通過調(diào)整氧化膜厚度以及鈦材表面光澤度,可以使建筑用鈦材的表面呈現(xiàn)多姿多彩的外觀。建筑用鈦材的表面結(jié)構(gòu)多樣,從柔軟、粗糙到銀光閃閃的表面應(yīng)有盡有。經(jīng)過陽極氧化處理后,其色彩和光澤不會(huì)消退,氧化膜會(huì)增厚,這樣,因光的干涉——彩虹原理就產(chǎn)生了顏色。光線穿過這層氧化膜時(shí),一部分被反射,一部分被折射,一部分被吸收。反射光線的相位不同,產(chǎn)生干涉,表面就呈現(xiàn)出不同顏色。為了保持鈦材在建筑上使用時(shí)顏色的穩(wěn)定性,在實(shí)際生產(chǎn)中要考慮表面光澤控制技術(shù),即退火和酸洗狀況的調(diào)節(jié)。可從光澤監(jiān)測(cè)裝置反饋檢測(cè)結(jié)果來調(diào)節(jié)退火(溫度、時(shí)間)和酸洗(溫度、時(shí)間、酸配比)的狀況。綜合而言,鈦金屬之所以適用作建筑材料主要基于下列諸特性:
密度小,強(qiáng)度高:純鈦的比重是鋼的60%,在鋼架支撐鈦板的設(shè)計(jì)中,鈦材料具有減重的優(yōu)勢(shì),能滿足建材輕量化的要求。作為輕質(zhì)材料,用作建筑材料,在結(jié)構(gòu)上載荷小,容易吊裝。鈦的機(jī)械性能還使它具有耐久性、抗震性及抗彎曲性能好,遭到強(qiáng)烈振動(dòng)(地震)以及暴風(fēng)雨的沖擊也不易損壞。鈦是絕緣性能最好的金屬之一,其熱導(dǎo)率為10BTU/h-F,是Al的1/10,它能夠提高建筑物的節(jié)能效率。
低的熱膨脹系數(shù):在所有建筑用金屬材料中,鈦的熱膨脹系數(shù)是不銹鋼的50%,是Al的30%,具有最低的熱膨脹系數(shù)。它與玻璃、混凝土、磚和石頭的差不多。這就允許設(shè)計(jì)時(shí)使用鈦材和玻璃作為主要建筑材料。一個(gè)典型的有縫屋頂需要周期性的橫向縫,鈦材則可按屋頂?shù)拈L度軋制成一個(gè)連續(xù)的板,而不需要留縫來補(bǔ)償膨脹或收縮。另外,鈦材的熱應(yīng)力也很低,是不銹鋼的一半,鋁材的三分之一。
輕量化與安全:純鈦的比重為4.5g/cm3,約為鋼的60%、銅的50%、鋁的1.7倍,但強(qiáng)度與鋼鐵相當(dāng),且因卓越的耐蝕性,無須考慮抗腐蝕而增加厚度,因此具有輕量化效應(yīng),且可減輕結(jié)構(gòu)物重量,容易吊裝,使建筑物的重心降低,加上其彈性系數(shù)只有不銹鋼的一半,具有較好的柔韌性、抗震性,整體耐震能力提高,即使在遭受強(qiáng)烈的振動(dòng)(地震)、暴風(fēng)雨的沖擊也不損壞。
良好的耐蝕性:鈦材表面有一層厚度不超過100um的氧化膜,它在腐蝕環(huán)境中非常穩(wěn)定。對(duì)空氣、海水及各種化學(xué)試劑具有優(yōu)越的耐蝕性,是目前最能適應(yīng)各種環(huán)境的原材料。鈦材能抵御城市污染、工業(yè)輻射和極端的侵蝕性大氣條件的腐蝕;不會(huì)因紫外線照射而風(fēng)化褪色;耐酸雨腐蝕;能抵抗應(yīng)力、點(diǎn)狀和縫隙腐蝕。
環(huán)保與節(jié)能:由于鈦具有相應(yīng)的惰性和無毒性,不分解,不會(huì)因雨水沖蝕間接污染水源,鈦還可以被100%的回收而不會(huì)降低級(jí)別;鈦不會(huì)污染環(huán)境,符合建筑環(huán)保要求。鈦的熱傳導(dǎo)系數(shù)與不銹鋼相當(dāng),但只有一般鋼鐵的1/4、鋁合金的1/8、銅合金的1/20,具有維持建筑物溫度之效果,因此可稱得上是綠色環(huán)保材料。具有相應(yīng)的惰性,可以被100%地回收,不分解,所以不污染環(huán)境。而當(dāng)其它的金屬暴露在污染物中則會(huì)被侵蝕或腐蝕,泄漏出金屬離子,進(jìn)入地下水,帶來環(huán)境問題。鈦材符合“綠色建筑產(chǎn)品規(guī)范”,它在所有的建筑用金屬中惰性最強(qiáng),壽命最長。最近在阿姆斯特丹修建的lh-ti.com博物館就是使用鈦材進(jìn)行包覆。
使用壽命長:當(dāng)鈦材用于屋頂或外部墻的包覆時(shí),其初始材料成本比其它金屬高。加工和安裝費(fèi)用與其它金屬類似,鈦材的加工和安裝成本僅比不銹鋼高10%。而鈦材的耐腐蝕性使其不需要進(jìn)行維修,可保證100年不會(huì)被腐蝕穿透。從總的壽命周期成本來看,比其它金屬具有優(yōu)越性,在高腐蝕環(huán)境中,如海岸城市和工業(yè)區(qū)顯得更為突出。對(duì)建筑應(yīng)用,美觀和耐蝕性都是現(xiàn)代建筑的建筑師和設(shè)計(jì)者們主要考慮的問題。工業(yè)純鈦材(1級(jí)和2級(jí))產(chǎn)品在建筑中是應(yīng)用最多的。雖然鈦材在西方建筑應(yīng)用的歷史不太長,但在日本已有25年以上的應(yīng)用歷史了,有上百的建筑物都使用了鈦材,使許多重污染地區(qū)、都市和濱海地區(qū)的腐蝕問題得到了解決。
壽命長,保持100年不變:當(dāng)鈦用于屋頂和外墻時(shí),其初始材料成本比其它金屬高,加工和安裝費(fèi)用與其它金屬類似,而鈦的耐蝕性使其不需要進(jìn)行維修和不停的維護(hù)。從總的壽命周期成本來看,鈦明顯比其它金屬具有優(yōu)越性。因此按長期成本運(yùn)作來看,它比其它建筑用金屬材料具有更好的優(yōu)越性,保持100年不變。表面質(zhì)感佳并富有創(chuàng)意性: 鈦金屬經(jīng)酸洗后具有閃亮的銀白光澤,通過其他表面加工也可得到各種不同的表面形態(tài),如鏡面、噴砂、噴丸、壓紋、消光等,此外為達(dá)到美觀的裝飾效果,可經(jīng)過蝕刻、陽極氧化、大晶粒等方法獲得各種圖案和色彩,若加上形狀造型設(shè)計(jì),會(huì)使建筑物表面呈現(xiàn)五彩斑斕的色彩,會(huì)使整個(gè)建造物更加引人注目,更富創(chuàng)意。