土木建筑行業(yè)是我國支柱型產(chǎn)業(yè),是推動(dòng)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素,是解決人類生命活動(dòng)的基礎(chǔ),為滿足時(shí)代發(fā)展對(duì)土木建筑的需求以及要求,施工建筑不斷創(chuàng)新改革,積極探索現(xiàn)代建筑材料的新型功能,促進(jìn)建筑行業(yè)發(fā)展。隨著時(shí)代發(fā)展建筑工業(yè)要求提高建筑質(zhì)量和速度,改善施工條件和環(huán)境破壞,降低成本節(jié)約能源,擁有獨(dú)特性能的復(fù)合型材料能夠適應(yīng)重載、輕質(zhì)、大跨度等建筑發(fā)展要求,逐漸受到土木工程的歡迎。
一、纖維材料的特點(diǎn)
1.性能可設(shè)性
復(fù)合材料是由至少兩種不同材料組成,是基體、增強(qiáng)兩種材料組合,能夠根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不同的組合以發(fā)揮更大特性,集合原材料特點(diǎn)和組合的新材料特點(diǎn),擺脫單一材料的局限性,更能適應(yīng)建筑材料的需要。
2.比強(qiáng)比剛度更高化
纖維復(fù)合材料的比剛度以及比強(qiáng)度都要比某些材料具有更高的剛強(qiáng)性,是輕質(zhì)高強(qiáng)的新型建筑材料。
3.良好的抗疲勞性
某些纖維復(fù)合材料比一般金屬抗疲勞強(qiáng)度多出30%左右,抗壓效果一流。
4.抗腐蝕抗化學(xué)性
一般建筑材料較易受到空氣水汽等的化學(xué)物質(zhì)影響,接觸發(fā)生化學(xué)反應(yīng),容易腐蝕,造成巨大損失,纖維材料克服了相關(guān)缺陷,是良好的耐腐蝕,抗化學(xué)材料。
5.抗震性
纖維材料部容易產(chǎn)生共振而出現(xiàn)快速脆斷,具有高自振頻率,良好的抗震效果。
6.良好的過載安全性能
纖維復(fù)合材料內(nèi)存獨(dú)立纖維眾多,過載時(shí)根據(jù)不同情況載荷都會(huì)自動(dòng)分配到好的纖維上,避免損壞纖維的影響破壞,即使纖維斷裂也不會(huì)造成建筑構(gòu)件瞬間斷裂的現(xiàn)象,具有較高安全性。
7.結(jié)構(gòu)藝術(shù)觀賞性
纖維復(fù)合材料的纖維柔軟,樹脂可流動(dòng)等特性使得產(chǎn)品形狀不受限制,結(jié)構(gòu)獲得一定智能功能,可以著色,能像人的肌肉纖維具有形狀變化,協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)和材料的矛盾,形成高度統(tǒng)一,能夠展現(xiàn)美學(xué)的建筑藝術(shù)性。
二、纖維復(fù)合材料在土建工程中的主要類型和應(yīng)用
1.纖維復(fù)合混凝土材料
混凝土在施工建筑中具有重要作用,水泥抗壓力小,傳統(tǒng)混凝土抗腐蝕性小、抗拉強(qiáng)度低,利用鋼、碳等纖維的性能加入到水泥基體中形成復(fù)合型材料,提高混凝土的抗壓性能,根據(jù)不同的建筑需求設(shè)計(jì)出了不同特點(diǎn)的混凝土纖維,滿足施工需要,例如玻璃纖維混凝土、C 纖維增強(qiáng)混凝等,提高了普通纖維的防水性能、機(jī)械性能、抗腐蝕性等,同時(shí)還可以吸收震動(dòng)波,具有抗震效果,受到土木工程的認(rèn)可。此外,纖維混凝土可以適當(dāng)減輕建筑構(gòu)件重量,促進(jìn)施工速度,在建筑工程中具有重大作用。
2.纖維聚合物筋
纖維聚合物筋包括具有強(qiáng)度大、抗壓性能的碳纖維纖維聚合物筋、芳綸纖維纖維聚合物筋等,是一種經(jīng)過纖維拉擠處理而成的復(fù)合材料,其工藝?yán)焯匦远加幸欢ㄌ攸c(diǎn)?纱驿摻,用于新建和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中,加固土木工程的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性?梢杂糜诮ㄔO(shè)建筑、修復(fù)建筑構(gòu)件等,例如美國肯尼迪大廈修復(fù)沿海屋面工程,利用碳纖維纖維聚合物筋的特性,穩(wěn)固了建筑結(jié)構(gòu),獲得良好效果。
3.智能型纖維復(fù)合材料
隨著時(shí)代發(fā)展,也要求混凝土適應(yīng)智能型多功能建筑的需要,智能型混凝土包括屏蔽磁場(chǎng)水泥基復(fù)合材料、水泥基屏蔽電磁波復(fù)合材料、溫差水泥基復(fù)合材料、導(dǎo)電水泥混凝土等。第一,磁場(chǎng)屏蔽纖維復(fù)合材料能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)材料不能很好的屏蔽電磁波干擾的不足,智能纖維可以解決電磁波出現(xiàn)的若干問題,屏蔽磁場(chǎng),給建筑工程帶來方便。第二,水泥基纖維材料是以碳纖維鋁纖維、鋼纖維為材料加入到水泥基體中混合而成,可以屏蔽電磁波并且還能夠用于交通導(dǎo)航系統(tǒng)中,提高了混凝土的功效。第三,溫差水泥基復(fù)合材料具有熱點(diǎn)效應(yīng),是將碳纖維的性能融入到混凝土材料使得其具有多效性能,可以檢測(cè)建筑的溫度、電力情況,為建筑提供電能。第四,將導(dǎo)電纖維融入運(yùn)用到混凝水泥中,能夠提高混凝土抗損傷能力,提高安全耐用性,導(dǎo)電纖維具有適當(dāng)比例的導(dǎo)電性。用于混凝土建筑結(jié)構(gòu)中可以除去建筑的靜電情況,下雪時(shí)對(duì)于路面融雪也起到了一定作用,應(yīng)該不斷探索研究,在導(dǎo)電取暖等方面創(chuàng)造更多適合建筑需求的功能,推動(dòng)建筑發(fā)展。此外,還有自修復(fù)混凝土、應(yīng)變自感應(yīng)混凝土等智能型復(fù)合材料,隨著時(shí)代的發(fā)展,更多纖維智能復(fù)合型材料將運(yùn)用到建筑工程建構(gòu)中。
4.結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)材料
土木工程中有關(guān)纖維片強(qiáng)補(bǔ)強(qiáng)以及修繕的過程,多是采用運(yùn)用纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)材料完成修補(bǔ)項(xiàng)目,彌補(bǔ)建筑安全性相關(guān)問題缺陷,增加建筑耐用性等建筑后期漏洞都需要纖維結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)材料,多使用碳纖維和芳綸纖維進(jìn)行外部鞏固,纖維復(fù)合補(bǔ)強(qiáng)材料廣泛被應(yīng)用于建筑行業(yè),質(zhì)密且輕,使得施工可操作性變強(qiáng),降低了工程施工的難度系數(shù),加快施工建筑的完成,受到建業(yè)界的喜歡。例如我國南京長(zhǎng)江大橋后期修復(fù)就運(yùn)用了纖維復(fù)合補(bǔ)強(qiáng)材料。
纖維復(fù)合型材料種類繁多,綜上以外,土木工程纖維應(yīng)用還包括纖維增強(qiáng)膠接層板、纖維增強(qiáng)塑料模板、屋面防水材料、電磁屏蔽板和導(dǎo)電板以及用作制作簾墻板等,都各自擁有其自身的特點(diǎn),是土木建筑工程中必不可少的材料,將越來越多的應(yīng)用于施工建筑中,受到建筑業(yè)界喜愛。
三、纖維復(fù)合型材料的不足
復(fù)合材料優(yōu)勢(shì)顯著,除了防水、防腐等特性還有眾多物力、化學(xué)、工程學(xué)、熱學(xué)等相關(guān)方面的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn),已經(jīng)被建筑業(yè)界廣泛認(rèn)可,但是纖維復(fù)合型材料也有不足之處,在建筑行業(yè)并未能夠普及。首先,復(fù)合材料沒有一個(gè)統(tǒng)一的規(guī)范制度制定的標(biāo)準(zhǔn),建筑施工運(yùn)用時(shí)存在不合規(guī)范,不合要求的情況,未建筑施工留下隱患,必須尊造相關(guān)法律法規(guī)制定適用于建筑施工復(fù)合型材料的相關(guān)規(guī)定、標(biāo)準(zhǔn)、方法等,規(guī)范使用復(fù)合型材料行為。其次,復(fù)合型材料成本相較于其他材料來說成本較高,部分土木建筑因各種條件未能夠應(yīng)用纖維材料,限制了建筑材料應(yīng)用。第三,材料回收如何環(huán)保也是纖維復(fù)合型材料可持續(xù)發(fā)展的研究課題,纖維復(fù)合型材料用量非常大,結(jié)構(gòu)損壞后怎樣環(huán);厥仗幚砑夹g(shù)有待提高。第四,纖維復(fù)合型材料自身出現(xiàn)的新問題,例產(chǎn)生裂縫的預(yù)防、如何預(yù)防變形,非力學(xué)之間的藕合效應(yīng)等問題都需要進(jìn)一步探索與克服。
四、結(jié)語
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)進(jìn)程的加快,對(duì)土木建筑工程的要求越來越高,不僅要求建筑本身安全穩(wěn)固、合理舒適等自身特性,而且要求美觀環(huán)保、節(jié)約資源等,選用何種材料進(jìn)行建筑工程施工是關(guān)系到國家支柱型產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要因素,是確保建筑構(gòu)件合理穩(wěn)固的基礎(chǔ)材料,不斷探索研究纖維復(fù)合型材料具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。纖維復(fù)合型材料自身的優(yōu)勢(shì)能夠促進(jìn)土木建筑工程的高效完成,施工工程離不開纖維材料的應(yīng)用,纖維復(fù)合型材料隨著時(shí)代的進(jìn)步要求將越來越高,應(yīng)用越來越廣泛,優(yōu)勢(shì)會(huì)越來越明顯,必須重視纖維復(fù)合材料在土木工程中的運(yùn)用。