土木建筑工程中纤维复合材料的应用_张营.pdf

116 STONE 2 0 2 3 No.2综合利用土木建筑工程中纤维复合材料的应用张 营（济南工程职业技术学院，山东 济南 2 50 2 0 0）将纤维复合材料应用到土木建筑工程中，有利于全面提高整体工程施工质量。1 纤维材料的特点1.1 性能可设计性纤维复合材料不但具有良好适应性，而且还具有很强可塑性，在目前土木工程施工中纤维复合材料使用越来越普遍。在进行土木工程建设时，所采用材料是非常特殊，因此需要设计人员及技术人员共同努力，并根据实际结构来设计及施工，以保证纤维复合材料合理应用。同时，纤维复合材料由于其纤维柔韧、树脂流动性，使制品外形不受约束，协调结构与材质冲突，从而达到建筑艺术美感。1.2 抗腐蚀性较强由于建筑材料特殊性加之建筑场地限制，尤其是沿海地区高湿度，会对物料产生一定影响从而加速材料腐蚀。如建筑材料遭到较大损坏将会造成较大安全隐患，甚至会影响工程经济效益。纤维复合材料的耐腐蚀性能较好，即使是在潮湿环境，也不会产生任何锈蚀。若将纤维复合材料应用于土木建筑，可从根本上改善土木工程质量，为土木工程安全提供保证，从而延长工程使用寿命。1.3 良好的过载安全性能纤维复合材料中存在着大量独立纤维，在超负荷状态下按照不同负载会自动分布在纤维上防止对纤维损伤及破坏，即使在纤维断裂时也不会引起结构构件断裂，具有较高的安全性。1.4 更高拉伸强度纤维复合材料物理性质发生变化，根据相关研究，纤维复合材料拉伸强度要远高于普通钢筋。通常，纤维增强材料拉伸强度是普通混凝土210倍。另外，在达到标准拉伸强度前，纤维复合材料塑性变形很小，可以替代钢筋。1.5 更好防震性能纤维复合材料抗震性及减震性都很好，在承受外部冲击同时，还能吸收冲击力。纤维复合材料组织结构有其独特之处，可在各种频率、加速度作用下保持良好稳定性及完整性。从纤维复合材料试验结果可知，纤维复合材料抗震性及减震性均优于其他材料，因而具有应用于土木工程价值。2 纤维复合材料在土建工程中的应用2.1 在混凝土中应用纤维复合材料纤维复合材料可以用来加固混凝土。由于钢筋在酸碱作用下会产生腐蚀现象，从而对工程质量产生一定影响。因此，在混凝土中加入纤维物质可以提高混凝土抗拉性能及延伸性能，从而使混凝土综合利用价值得到提高。纤维增强混凝土抗冲击性，提高混凝土抗裂缝能力及耐震能力，延长其使用寿命。混凝土抗压强度小，常规混凝土抗腐蚀性差、抗拉强度差，利用钢、碳纤维等纤维特性在混凝土中添加复合材料，从而改善混凝土抗压性能，并针对不同结构要求，设计出各种性能各异混凝土纤维，如玻璃纤维混凝土、C纤维增强混凝土等，增强纤维防水、机械、抗腐蚀性等性能，并能吸收振动波，起到抗震作用。另外，纤维混凝土还能有效地降低结构构件自重，加快施工进度，在建筑领域有着重要应用价值。纤维复合材料拉伸强度要比钢筋高，而且重量只有钢筋四分之一，耐海水及水泥腐蚀程度要比钢筋低，但玻璃纤维具有高强度、低密度、高硬度、高弹作者简介：张营（19 8 1），女，辽宁人，副教授。研究方向为土木工程DOI:10.14030/ki.scaa.2023.0060石材2 0 2 3 年2 期 117 石 材S H I C A I综合利用性模量及拉伸强度。2.2 在结构补强运用纤维复合材料传统的结构加固材料多为钢板，但由于其本身的质量较高，抗腐蚀性能差。采用纤维材料进行结构加固，可以提高其强度。例如，在连续纤维板上粘贴树脂胶粘剂，再通过其他结构部件实现结构加固。现在使用的是纤维，因为碳纤维可以承受更大的重量，并且可以防止裂缝。因此，它可以被广泛地用于卷材修复，或用于增强主体结构。在土木工程中，纤维板加固及维修都是采用纤维增强材料来弥补建筑安全隐患，提高建筑耐久性等等，用纤维加固材料来加固主要是用碳纤维及芳纶纤维加固，这种复合材料在建筑行业中应用非常广泛，具有质量轻及可以提高施工灵活性、减少施工难度、加快施工进度等特点，深受建筑业界青睐，如南京长江大桥为例采用的纤维复合加固材料。纤维复合材料种类很多，除纤维增强粘合剂、纤维增强塑料模板、屋顶防水材料、电磁屏蔽板、导电板、幕墙等。纤维复合材料是新型复合材料，适用于钢筋混凝土结构变更、强度不足、存在裂缝及荷载增加等加固修补工程中，与传统粘贴钢板相比，纤维复合技术具有高强度、高维护性能、施工方便、质量高、适用广及智能化等优点，具体表现是纤维复合自身具有轻质高强特点，对原来结构影响不大情况下，能够有效地提高加固构件抗剪、抗弯及抗震等性能；由于碳纤维重量轻、灵活，可以在混凝土表面上进行人工缠绕，无需使用大型机械，无需人工操作及焊接，噪音低，粉尘少；它防护及维修能力都很好，因为它耐久性及耐蚀性都很好，可以抵御各种酸碱及酸液侵蚀，而且经过这种技术处理，即使不需要定期维修，也可以保护混凝土内部。它具有轻薄特性，可对各类结构及类型建筑进行修复，以实现在不改变结构形态及结构外观影响前提下，实现修复，应用范围很广泛；而且还可以实现智能化，由纤维复合材料制成加固材料，可以根据加固后导电特性，进行安全检测及诊断，瑞士利用这种复合材料对39米长伊巴赫桥进行加固。2.3 纤维聚合物筋纤维聚合物筋由具有高强度及高压缩性能碳纤维聚合物筋、芳纶纤维聚合物筋等组成，通过纤维拉挤成型，具有不同工艺拉伸性能。它可以取代传统钢筋，在新型预应力混凝土结构中进行加固。它可以用于建筑构件修复，如美国肯尼迪大楼海岸修复项目，使用碳纤维聚合板特点，使建筑结构得到很好加固。2.4 用于涂层织物涂料在建筑施工中扮演着骨架角色，所以必须选用性能优良、抗拉性能好、尺寸稳定材料。纤维复合材料是新材料，它是具有检测性能涂料，它能很好地保护工程建筑物表面，提高整体美感。在膜结构建筑、封盖屋顶等工艺过程中，纤维复合材料应用更为突出。2.5 纤维复合材料桥面体系在土木工程桥梁施工中，将会采用纤维复合材料桥梁结构，这种结构形式一般采用纤维复合材料。纤维复合材料强度很高，可以确保桥梁强度，并极大地提高桥面承载力。与传统建筑工程相比，纤维复合材料桥面结构具有很好承载力，可以提高桥梁整体动态荷载水平。涂料织物作为骨架的主要功能，要求具有较强的张力、较高的强度和较大的尺寸稳定性。纤维复合材料是一种复合涂料，它可以对组织、表面起到很好的保护作用，同时还可以改善涂层织物的外观。将纤维复合材料应用于承重结构。纤维复合材料可以被加工成各种形状的承重构件，例如：承重折叠板、楼板，这些纤维复合材料可以在化工厂中得到广泛的应用，可以用来做外墙和防腐蚀的地板，可以延长建筑的使用寿命，还可以满足一些特定的环境，代替钢筋和混凝土，提高建筑的耐久性。2.6 用于承载结构纤维复合材料纤维复合材料可以作为外墙及防腐蚀地板，可以极大延长建筑寿命，在特定环境下，可以有效替代混凝土及钢筋，增强建筑耐用性及品质。目前装修中，大部分装修材料都是采用纤维复合材料，例如保温板、门窗等。目前，在水坝、港口、公路等土木工程 118 STONE 2 0 2 3 No.2综合利用建设中，采用纤维复合材料可以有效地提高产品质量，从而达到有效节约成本。2.7 智能型纤维复合材料新型混凝土材料包括：智能混凝土、轻型混凝、低强度混凝土、四种活性混凝土、五种高性能混凝土。其中，智能混凝土是指在原有的混凝土原料中加入添加剂等化学成分，从而改善混凝土的强度和使用寿命。有些特殊的外加剂，可以制造出特殊的混凝土材料。目前，国内的智能混凝土主要包括：绿色混凝土、温控混凝土、净化空气混凝土、净化水质混凝土、以及调湿混凝土材料。智能混凝土主要有屏蔽磁场水泥基复合材料、水泥基屏蔽电磁波复合材料、温差水泥基复合材料、导电混凝土等。具体如下：利用磁场屏蔽复合材料可以弥补传统材料在电磁干扰方面不足，而智能光纤则可以解决一些电磁问题，屏蔽磁场，为施工提供便利。将碳纤维、铝纤维、钢纤维等材料与水泥基材混合而成，既能隔绝电磁波，又能应用于交通导航，增强混凝土性能。基于温差水泥基复合材料是具有“热点”效应新型材料，它在混凝土中加入碳纤维特性，从而实现对建筑温度、电力等多种功能综合利用。在混凝水泥中加入导电纤维，可以改善混凝土抗破坏性能，增加其安全性及耐久性。在混凝土结构中，它可以消除建筑物静电，在下雪时候，也可以帮助路面融雪。另外，自修复混凝土、自感应应变混凝土等智能复合材料，在未来发展趋势下将会越来越多地应用于建筑结构。3 纤维复合材料在土建工程中的不足及建议3.1 纤维复合型材料的不足综合上述分析可以看出，复合材料在土建工程中具有较大优越性，除防水及防腐外，它还具有许多其他优点如物理化学、工程学、热学等。诚然，目前纤维复合材料具体应用中仍存在诸多不足。首先，对复合材料制订缺乏统一标准、方法，建筑工程应用中存在不符合标准、不符合要求，给建筑施工留下隐患，必须遵照相关法律法规制定适用于建筑施工复合型材料相关规定、标准、方法等，规范使用复合型材料行为。其次，复合材料造价比其他材料要高，一些土建工程由于各种原因无法使用纤维材料，从而制约建筑材料使用。第三，再生资源环境保护也是纤维复合材料可持续发展重要问题。第四，关于复合材料本身一些新问题，如何防止裂缝发生、如何防止变形、非机械间耦合作用等，还有待于进一步研究及解决。3.2 纤维复合材料应用优化措施尽管与常规材料相比，纤维复合材料有诸多优势，但在实际应用中仍存在着诸多问题。在实际应用中，需要优化设计方案，以确保纤维复合材料使用规范。在采用纤维复合材料时，应充分考虑材料特性，并将其与施工现场实际情况相结合。针对目前我国建筑工程现状，提出一些有针对性解决办法。比如在地下室施工时候，因为周围环境比较阴暗所以在进行设计时需要综合考虑到这些因素，选用具有良好防渗性能纤维复合材料，才能确保整个工程质量。土木工程项目涉及因素很多，在施工中存在着许多安全隐患，任何环节都会对工程质量产生很大影响。所以，要坚持安全施工思想，严格按照施工规程来确保建筑工程质量符合要求。在开发纤维复合材料时，必须根据具体情况，尤其是纤维复合材料与常规材料差别。完成工程后还要进行性能检测，检查其性能能否满足建筑使用功能及要求。然而，由于各种因素制约，目前在我国土木工程建设中还没有得到广泛应用，所以在今后发展阶段，必须不断提高土木工程施工质量，以更好地适应新时期要求。参 考 文 献1 王旭东.土木建筑工程中纤维复合材料的应用J.合成材料老 化与应用,2 0 2 2,51（0 4）:13 0-13 2.2 苏亚欣.纤维复合材料在土木建筑工程中的应用研究J.合成 材料老化与应用,2 0 2 2,51（0 2）:154-156.3 陶子龙.纤维复合材料在土木建筑工程中的应用研究J.现代 物业（中旬刊）,2 0 2 0（0 1）:7 3.4 陆世明.纤维复合材料在土木建筑工程施工中的应用J.现代 物业（中旬刊）,2 0 19（0 5）:7 9.5 陈源源.略论土木建筑工程中纤维复合材料的应用J.现代物 业（中旬刊）,2 0 19（0 5）:48.