纖維復(fù)合材料在土木建筑工程中的應(yīng)用
      纖維材料增強(qiáng)混凝土的應(yīng)用在建筑業(yè)中,混凝土是一種不可或缺的材料,它的用量也較大,一般多以鋼筋來增強(qiáng),但由于鋼筋本身易受酸堿作用產(chǎn)生腐蝕,從而對(duì)混凝土造成破壞,因此有必要尋求新的混凝土產(chǎn)品.纖維混凝土是在對(duì)混凝土的創(chuàng)新過程中應(yīng)運(yùn)而生的一種產(chǎn)品,最早使用的多為鋼纖維、玻璃纖維和維綸增強(qiáng)混凝土.目前使用的較為新型的有碳纖維、芳綸和丙綸混凝土.在纖維增強(qiáng)混凝土中,纖維用來充當(dāng)增強(qiáng)材料,纖維的本身性能如強(qiáng)度、模量、斷裂長(zhǎng)度等和纖維在此中的空間結(jié)構(gòu)、體積含量等都決定著混凝土的性能.
      纖維增強(qiáng)混凝土分為短纖維增強(qiáng)混凝土和長(zhǎng)纖維增強(qiáng)混凝土.短纖維增強(qiáng)混凝土中的纖維一般切成幾毫米至幾十毫米長(zhǎng)度,隨機(jī)摻入砂漿基材之中,可以替代或部分替代鋼筋.與傳統(tǒng)混凝土相比,它的拉伸強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度大,防裂性能好,多用于內(nèi)外裝飾板材和部件.長(zhǎng)纖維增強(qiáng)混凝土多采用連續(xù)碳纖維、芳綸等制成棒狀、網(wǎng)狀或三維異型織物,用環(huán)氧樹脂或乙烯酯樹脂制成纖維增強(qiáng)塑料骨架,以替代鋼筋構(gòu)成新型復(fù)合混凝土材料,常用作墻板、護(hù)墻板和主體建筑物.一般來說,長(zhǎng)纖維增強(qiáng)混凝土的性能優(yōu)于短纖維增強(qiáng)混凝土.
      常用各種不同類型纖維混凝土的特點(diǎn)傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)隨著時(shí)間的推移,其腐蝕、劣化問題不斷發(fā)生,其中以鋼材銹蝕最為常見.這不僅影響到工程結(jié)構(gòu)的正常使用和壽命,還會(huì)產(chǎn)生工程安全事故及隱患.鋼纖維由于成本高,易腐蝕,應(yīng)用有限;玻璃纖維的拉伸強(qiáng)度高于鋼筋,其重量只有鋼筋的四分之一,受水泥和海水的侵蝕遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于鋼筋,但玻璃纖維易折斷,不耐堿,應(yīng)用有污染;丙綸加工工藝簡(jiǎn)單,價(jià)格低廉,性能優(yōu)異,丙綸增強(qiáng)混凝土很好地解決了建筑生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題,避免和減少了鋼材銹蝕事故的發(fā)生,近年來得到推廣應(yīng)用.碳纖維具有低密度、高強(qiáng)度、高硬度的多種特點(diǎn),抗拉強(qiáng)度和彈性模量高,導(dǎo)電導(dǎo)磁,能耐惡劣環(huán)境,耐磨損,耐高溫,與混凝土粘結(jié)良好,但碳纖維因?yàn)閷?dǎo)電導(dǎo)磁有些建筑不能應(yīng)用,且碳纖維成本較高;芳綸輕質(zhì)高強(qiáng),柔韌性好,力學(xué)性能介于碳纖維和玻璃纖維之間,而且是電場(chǎng)、磁場(chǎng)的絕緣體,不會(huì)對(duì)電場(chǎng)、磁場(chǎng)產(chǎn)生干擾,但芳綸價(jià)格也高.新型纖維增強(qiáng)混凝土的應(yīng)用逐漸增多.
      纖維復(fù)合材料的涂層織物在建筑材料方面的應(yīng)用涂層織物是在織物上覆蓋一層高分子涂層劑或其他材料而得的復(fù)合材料.作為底布的織物起著骨架的作用,承擔(dān)著復(fù)合材料的抗張強(qiáng)力、撕裂強(qiáng)力、尺寸穩(wěn)定性等方面的功能;涂層劑則承擔(dān)著保護(hù)底布組織以及表面特性(如防水、耐蝕)的職能.基布是涂層織物的骨架,它的性能影響著最終產(chǎn)品的性能.基布最初多用棉織物,但由于棉織物易霉、怕腐蝕,布身重,使用壽命短,故隨著化纖業(yè)的發(fā)展逐漸棄用,開始大量采用維綸、滌綸、錦綸等,芳綸、玻璃纖維制作基布效果也較為理想,但因成本高不宜于大量使用.在制成織物上,實(shí)際應(yīng)用中仍以機(jī)織物為多.這是由于機(jī)織物的拉伸強(qiáng)度和模量比較高,斷裂伸長(zhǎng)小,具有較好的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系,且織物受外力后抗變形能力強(qiáng),結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,同時(shí)孔徑均勻,孔隙尺寸易控制.涂層劑的選擇品種很多,它賦予涂層織物以不同的性能,比如有機(jī)硅可使涂層織物具有透濕性,同時(shí)又具有防水性;聚丙烯酸酯涂層劑則有良好的耐光熱性.所以應(yīng)根據(jù)涂層織物的應(yīng)用場(chǎng)合不同,選擇涂層劑.涂層織物在建筑中主要用作膜結(jié)構(gòu)建筑材料、篷蓋布、軟性屋頂?shù)?
      纖維復(fù)合材料在結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)材料上的應(yīng)用纖維復(fù)合材料應(yīng)用于土木建筑工程中的結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)材料主要采用纖維片材修補(bǔ)、補(bǔ)強(qiáng)形式.所謂連續(xù)纖維片材修補(bǔ)、補(bǔ)強(qiáng)是指在現(xiàn)有混凝土結(jié)構(gòu)物的表面用樹脂粘合劑粘貼定向排列的連續(xù)纖維片材,通過其與結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的協(xié)同工作,達(dá)到對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件補(bǔ)強(qiáng)加固及改善受力性能的一種結(jié)構(gòu)外部加固技術(shù).傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)材料是鋼板,它自重大、施工不便且耐腐蝕性差、易老化.現(xiàn)在土木建筑工程中結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)材料通常使用的纖維是碳纖維和芳綸.碳纖維適合鋼筋混疑土建筑物結(jié)構(gòu)變更、使用荷重增加、強(qiáng)度不足、抑制裂縫延長(zhǎng)等的加固維修工程;芳綸柔韌性好,更適合纏繞修補(bǔ)、增強(qiáng)柱狀結(jié)構(gòu)等.
      連續(xù)纖維片材結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)材料與傳統(tǒng)的粘鋼板技術(shù)相比,其加固技術(shù)具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì),表現(xiàn)為:高強(qiáng)高效:由于纖維復(fù)合材料輕質(zhì)高強(qiáng)等優(yōu)異的物理力學(xué)性能,可在對(duì)原結(jié)構(gòu)幾乎沒有影響的情況下大大提高被加固構(gòu)件的抗彎、剪、扭、拉承載力和抗震性能;施工方便、質(zhì)量和工效高:纖維質(zhì)輕性柔,可手工纏繞在混凝土表面而無須使用大型機(jī)具,也不需要焊接,無濕作業(yè),噪聲及灰塵極小;防護(hù)、維護(hù)性能好:由于纖維復(fù)合材料往往具有很好的耐腐蝕及耐久性能,可抵抗各種酸、堿、鹽對(duì)結(jié)構(gòu)物的腐蝕.用該加固技術(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)處理后,不僅不需要定期維護(hù),而且對(duì)內(nèi)部混凝土起到了保護(hù)作用;適用面廣:由于復(fù)合材料片材較柔軟,可用于各種結(jié)構(gòu)形狀和各種結(jié)構(gòu)類型建筑物的修補(bǔ),達(dá)到不改變結(jié)構(gòu)形式又不影響結(jié)構(gòu)外觀的效果;有利于實(shí)現(xiàn)智能化:如用碳纖維片材作加固材料,可根據(jù)加固修復(fù)部位導(dǎo)電性能的變化情況,實(shí)現(xiàn)對(duì)該部位的安全檢測(cè)與診斷.瑞士已成功運(yùn)用纖維復(fù)合材料對(duì)損壞的跨長(zhǎng)39m的伊巴赫橋進(jìn)行加固,使其滿足了承載力的要求.日本也廣泛采用了這項(xiàng)技術(shù)對(duì)受損橋梁及建筑進(jìn)行了加固,取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益.國(guó)內(nèi)湖南溆浦大江口橋、上海寶山飛云橋以及南京長(zhǎng)江大橋引橋等,也都采用了環(huán)氧樹脂粘貼玻璃布形成玻璃鋼的方法進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固.研究表明,用先進(jìn)復(fù)合材料板代替鋼板加固混凝土梁可節(jié)約資金25%.
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