論土木建筑基礎結構中復合材料的運用

【關鍵詞】土木建筑結構；復合材料；GFRP；混凝土結構；加固

　　一、復合材料的定義

　　復合材料是由兩種或者兩種以上的不同物理性質和化學性質的物質組合而成的，即復合材料是由微觀形式或宏觀形式組合而成的。

　　二、土木建筑基礎結構中運用的復合材料的特點

　　1.多種材料性能。復合材料是由多種物質組成的新型材料，被廣泛運用于建筑業(yè)，主要是由于復合材料可以表現(xiàn)出各種組成材料的優(yōu)點，復合材料的研發(fā)使得一種材料具有多種性能，并且具備天然材料不具備的性能，這種集多種優(yōu)勢于一身的新型工業(yè)材料，解決了建筑業(yè)材料的合理利用問題。

　　2.良好的力學性能。選材不同使得復合材料力學性能的設計范圍很大，例如拉伸強度超過建筑鋼可達1000MPa的單向玻纖增強環(huán)氧復合材料。使用碳纖維作為增強材料，可以制得密度比鋼材小4—5倍，而彈性模量可以達到建筑鋼材水平的樹脂基復合材料。

　　3.材料的可設計性強。根據(jù)土木建筑中對材料性能的選擇，譬如對耐水和防腐性能要求，人們可以選擇可依據(jù)建筑需求進行設計和加工的復合材料。對于結構復雜和工程量較大的建筑，為節(jié)約成本，快速高效的完成建筑制品，重量輕且制造方便的復合材料成為土木建筑基礎結構中所需材料的首選。

　　4.材料的可塑性強。在土木建筑基礎結構中，人們已經(jīng)不能僅僅滿足于材料的性能，建筑學中人們也注重建筑物的協(xié)調美觀和藝術價值，復合材料的可塑性強，可以按照人們的需要設計出各種形狀，并且不需要多次加工工序就可以實現(xiàn)這一目標。

　　5.良好的透光性。復合材料玻璃鋼的透光率與玻璃相似，可達85%以上，由于它堅韌不易碎且能承受超大的負荷，加之具有較強的可塑性，通常根據(jù)實際需求被綜合加工成建筑行業(yè)所需的建筑材料，從而達到節(jié)約資源、降低成本的目的。

　　6.隔音性。隨著工業(yè)的發(fā)展，人們的日常生活往往受到噪音污染，噪音污染會嚴重影響人們的睡眠質量和身心健康，隔音效果的好壞依然成為評論建筑物質量的標準之一。隔音效果好的傳統(tǒng)建筑材料笨重，而且隔熱性能差，在安裝和運輸上都很不便，但復合材料能夠起到削弱振動音波及船舶音波的作用，經(jīng)過專門的夾層設計既能達到隔音效果，又能達到隔熱效果，并且復合材料材質很輕，在運輸和安裝方面也很方便，解決了建筑工程中材料隔音效果差的問題。

　　三、復合材料在土木建筑基礎結構中的運用

　　土木工程的熱點建筑材料碳纖維（CFRP）增強塑料憑借其良好的物理性能被廣泛運用于土木建筑基礎結構中，CFRP增強塑料在國內外的市場均有運用，在新混凝土中加入短切碳纖維制成新結構的碳纖維混凝土已在土木工程中得到應用。棒條狀的碳纖維長絲可以代替鋼筋運用于建筑結構，也可以將碳纖維加工成繩狀，在大型土木工程中作拉索使用，用于提升建筑材料，經(jīng)久耐用。因其質量輕并且耐腐蝕性強，可以將其制成混凝土板或大跨梁、架等，在房屋和橋梁等大型建筑的運用上非常普遍。最早研究并將CFRP用于混凝土結構加固修補的國家是80年代的美國和日本等發(fā)達國家，CFRP的力學性能良好，材質輕，施工簡便，又具有耐腐蝕性和耐久性，因此受到各國土木工程建筑研究人員的青睞，它的高性能已成功運用于建筑業(yè)的各個領域，譬如在建筑物的隔音和抗震方面。據(jù)外資介紹，CFRP增強型材料在土木工程中的運用將得到大力推廣，碳纖維材料在土木工程中增長率將達到20%以上，成為土木工程中較為有發(fā)展前景的新型建筑材料。我國在近幾年著重對CFRP用于加固修補混凝土結構技術進行研究，并由最初只有國家工業(yè)建筑診斷與工程技術研究中心一個單位，逐步發(fā)展成為有清華大學、天津大學、東南大學、同濟大學等十余所高等院校進行對復合材料的各種性能的研究，取得了實質性的成果，并且在我國橋梁、房屋建筑方面廣泛應用。

　　復合材料可用作承載結構，在建筑材料中可以制成柱子、承重折板、屋面板、樓板等，在化工廠的腐蝕廠房中的承重結構。復合材料可制作成各種波紋板、夾層結構板等維護結構制品，還有一些既能作承重結構的，又能作圍護結構的殼體結構板材。這些復合材料圍護結構制品可用作建筑外墻板、防腐樓板、屋頂結構、遮陽板、天花板等�；�于復合材料的良好透光性能，可將其制作成透明或者半透明夾層結構板及組裝式采光罩，廣泛運用于溫室、大型建筑的天窗、工業(yè)廠房等。纖維增強聚合物復合材料重量較輕，經(jīng)久耐用，人們一直認為纖維增強聚合物是鋼鐵和混凝土的理想替代產(chǎn)品。人們之所以對纖維增強聚合物復合材料感興趣是因為這種材料比較符合現(xiàn)代建筑中的性能和耐用性需求�，F(xiàn)存結構形狀包括寬緣梁、盒型梁、多層疊合梁以及多孔面板。以上結構構件的組成材料一般使用E—玻璃纖維和低成本樹脂系統(tǒng)（聚酯、乙烯基酯等）。

　　工業(yè)及民用建筑的門窗裝飾材料多采用復合材料加工制成，復合材料門窗防水、隔熱、耐化學腐蝕，樹脂玻璃鋼多作窗框型材。在市政建設中排水和污水處理工程復合材料制品得到大量使用，此外復合材料譬如浴盆、洗面盆、坐浴盆，各種整體或者組裝式衛(wèi)生間都是用輕便的復合材料制成的。復合材料可用作采暖通風材料，由于具有較高的可塑性可以制成中央空調系統(tǒng)中的通風廚、排氣管、送風管、防腐風機罩等運用于工程上，列入化學器材中的冷卻塔、各種管道、板材風機、葉片以及成型的采暖通風制品。復合材料在土木建筑工程中的用途還有很多，如各種燈飾、家具、公共場所的座椅、運動器材、仿古建筑等。

　　四、復合材料在土木建筑行業(yè)中的發(fā)展前景

　　隨著經(jīng)濟的發(fā)展和社會的進步，人們對生活用品、住房和娛樂設施的要求越來越高，因此涌現(xiàn)出越來越多的土木建筑工程的研究人員對復合材料的探索和研究，從而推動了建筑工業(yè)改革發(fā)展的動力�，F(xiàn)代化的建筑工業(yè)日益精益求精，也給建筑工業(yè)提供了明確的發(fā)展方向，即：通過使用新型復合材料改善施工條件，加快城市和鄉(xiāng)村的建設化進程，高效且降低成本的工程運作達到節(jié)能、環(huán)保、運輸方便等目的。根據(jù)市場對建筑的規(guī)劃和需求，為了快速高效、簡單的改良現(xiàn)有的土木基礎建筑結構，并且經(jīng)濟又環(huán)保，使得復合材料在以后的土木建筑工程中具有遠大的市場。由于復合材料的可設計性、良好的力學性能、裝飾性能、透水和吸水性等優(yōu)點，使得復合材料成為土木建筑工程必不可少的建筑材料，在今后的土木建筑工程發(fā)展的過程中對減輕建筑物及建筑材料的重量，增加建筑材料的形狀，加快施工進度，降低工程造價，提高土木工程建筑的經(jīng)濟效益都起到十分有利的作用。

　　總之，由于復合材料具有眾多優(yōu)點，在基礎設施應用領域不斷得到人們的認可，不斷發(fā)掘其在基礎設施中的新功能。無論是作為主要承重材料，還是作為次要承重材料，復合材料在基礎設施領域中的應用越來越廣泛。

　　參考文獻

　　[1]王國榮等.《復合材料概論》.哈爾濱工業(yè)大學出版社

　　[2]岳清瑞.CFRP加固修補混凝土結構新技術及應用.高科技纖維與應用，1998.23（5）：1—6