■胡京平

江蘇南京有個新晉“網紅打卡地”——江蘇園博園的未來花園。區别于其他植物園，這裡有片透明蓄水的采光頂，頂下滿是珍稀植物。這一透光有水的采光頂采用獨具一格的超現代傘狀造型，輕盈、通透、山水相映的屋面，仿佛山谷中荷塘上一片片荷葉。煙霧缭繞、好似幻境的未來花園，打造出天池浮空的勝景。

采光頂下夜景 孫洲/供圖

未來花園項目由中國建築設計研究院有限公司崔愷院士團隊打造，輕盈的設計，優美的結構，恰當的材料選擇，成就夢幻般的人造景觀。采光頂以不鏽鋼傘殼結構與大幅有機玻璃結構相結合。42把鏡面不鏽鋼傘殼單元構成植物園的主體結構，托起整個有機玻璃屋面，屋面盛着100mm的水，合計近15700㎡，水面下掩映着珍稀植物園。在下面賞覽植物的同時，頂部水面産生的漣漪映射于地面，靈動而富有生機。

近日，本報采訪了中國建築設計研究院有限公司建築帷幕設計咨詢中心主任孫洲，請他為我們講述這42把傘頂着42幅直徑21m巨幅、每片頂面積近330㎡的有機玻璃頂棚的材料性能、工藝技術、施工安裝和應用前景。

未來花園現場 孫洲/供圖

問：什麼是有機玻璃，有機玻璃有哪些性能優勢？

孫洲：有機玻璃又叫亞克力，化學名為聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），是由甲基丙烯酸甲酯聚合而成的高分子化合物，是一種開發較早的重要熱塑性塑料。有機玻璃分為無色透明、有色透明、珠光、壓花有機玻璃四種。

主要的生産方式有擠出型和澆築型兩種。一般作為結構功能使用的有機玻璃多采用澆築型，比如水族館、室外泳池等。其具有以下幾種特征：

一是較好的透明性。有機玻璃是優良的高分子透明材料，透光率達到92%及以上，比一般的玻璃透明度高。

二是機械強度高。澆築型有機玻璃屬于長鍊高分子化合物，且形成的分子鍊比較柔軟，抗拉強度比較高，承壓能力好，抗拉伸和抗沖擊能力是玻璃的10倍以上。

三是重量輕。有機玻璃的密度為1.18g/cm³，同樣大小的材料，其重量隻有普通玻璃的一半。

四是易于加工。有機玻璃可以像金屬一樣用機械加工的方式進行加工，車、鉗、刨、銑，也可以利用數控設備加工出設計要求的形狀，加工成型并抛光後各項性能指标沒有變化。

五是可本體聚合。有機玻璃的本體聚合又叫本體焊接，采用制作有機玻璃的原料将兩塊或者更多的有機玻璃粘接在一起，進行退火，得到一個整體的有機玻璃構件，構件本身的性能無較大衰減，整體透光性能無變化。

澆築型有機玻璃還具有良好耐候性能，不會自燃并具有自熄性。

問：大闆有機玻璃存在哪些技術和拼裝焊接難點？

孫洲：大闆有機玻璃的生産比較困難，澆築型有機玻璃是将原料（甲基丙烯酸甲酯）注入玻璃模具并浸入特定溫度的熱水中，經過一定時間聚合而成的産品，越厚的有機玻璃生産的時間越長。時間不足的有機玻璃易産生瑕疵和力學性能的變化，不能滿足基礎性能要求。

有機玻璃是一種脆性材料，在加工過程中因為抗沖擊能力弱，加工時銳角易産生裂紋，裂紋可以像未鋼化玻璃一樣随着時間變化而生長，且規律難以掌握，所以需要通過技術手段控制銳角的産生。

有機玻璃的彈性模量低，屬于溫度敏感性材料，設計和使用時要考慮因溫度帶來的變形，溫度過高也會帶來材料力學性能的變化。有機玻璃的蠕變性能相對目前沒有準确數據，根據塑料材料的蠕變規律，經過長時間使用，力學性能會有較大衰減，那麼在設計和使用中需要預留較大餘量。

有機玻璃的本體焊接也成為本體聚合，經過本體聚合可以得到較大闆幅或者較大厚度的材料，使得應用場景進一步擴大。抛開材料配方來說，有機玻璃在本體聚合過程需要經曆兩個階段，第一階段為低溫聚合，在20~30℃間保持24~72h，不同溫度的材料配方不同，低溫聚合期間需要保持溫度不能有2℃的變化，較大的溫度變化易産生氣泡和未聚。

第二階段完成低溫聚合工藝後需要進行高溫退火，高溫退火是将低溫聚合後材料緩慢加熱到80℃左右，保持24~72h，然後适宜速度冷卻，目的是降低硬度、降低殘餘應力、穩定尺寸，減少變形與裂紋傾向，細化晶粒，調整組織，消除組織缺陷。溫度控制不好易産生爆裂，從而報廢産品。

問：有機玻璃的防火性能如何？

孫洲：澆築型有機玻璃的材料防火等級為B2級材料，不會自燃并具有自熄性，在針對有機玻璃的結構消防性能試驗中證明以上特點，并發現燃燒冷卻後有機玻璃的力學性能變化不大，且容易撲救，細水霧、噴淋、幹粉都可以輕松撲滅，撲滅後不會再次複燃。

問：有機玻璃會“水土不服”氧化變色嗎？

孫洲：有機玻璃屬于塑料，很多塑料都會産生黃變。經過老化試驗，非再生澆築型有機玻璃抗老化能力最好，最長時間暴露在外透明無色有機玻璃作為面闆的項目是慕尼黑奧林匹克運動場的開放式屋頂，已經有50年的曆史，目測未有黃變狀況。國内的高鐵和城市道路兩側聲屏障大量安裝有機玻璃，優秀的項目已經有20年及以上曆史未見黃變，再生或者擠出則表現出較大差異，産生黃變銀紋。

選擇非再生的澆築型有機玻璃應該能滿足維護結構使用。

問：有機玻璃亞克力的應用前景如何？

孫洲：有機玻璃應用廣泛，不僅在商業、輕工、建築、化工等方面，特别是在廣告裝飾、水族館、遊泳體育行業有大量應用。

有機玻璃用于結構一般為屋頂泳池及水族館的透明觀景牆壁。本次未來花園的全新做法及獨特構造，開拓了有機玻璃新的應用場景，将有機玻璃的結構特性合理呈現，美輪美奂的效果和震撼的場景令人歎為觀止。除此之外，更創新的應用是在雄安站立面上使用的4.5m×21m站名标識結構，确保立面效果的同時未使其受損。

從目前研究來看，有機玻璃可以用作建築外圍構件（牆面、頂面、地面）、結構工程、廣告标識結構等領域，未來我們需要研發出防火等級更高的有機玻璃來刺激拓寬其使用領域。

本文原載于《中國建材報》8月15日4版

責編：丁濤

校對：和新龍

監審：韓鳳鳳

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