邵志偉
談碳纖維復(fù)合材料在土木建筑中的應(yīng)用
邵志偉
(西南科技大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院 621010)
近年來,我國土木工程建設(shè)取得了大跨步的發(fā)展,相關(guān)的施工技術(shù)、施工工藝等也得到了較大的提升,而碳纖維復(fù)合材料作為土木建筑中重要的施工材料,不僅是整個工程項目施工質(zhì)量的有力保障,更是對建筑物結(jié)構(gòu)的安穩(wěn)性起到了關(guān)健性的作用,受到了建筑領(lǐng)域的高度關(guān)注。
土木工程;碳纖維;復(fù)合材料;應(yīng)用
土木建筑行業(yè)是我國發(fā)展的重點行業(yè)之一,它不僅能夠在很大程度上促進(jìn)我國社會經(jīng)濟的發(fā)展,同時還能夠設(shè)計建造出人們生活的各種空間。隨著物質(zhì)的多樣化,人們對生活需求的提升,土木建筑行業(yè)只有不斷的順應(yīng)時代的步伐,不斷前進(jìn)和創(chuàng)新,才能夠滿足時代的需要,社會的需要,人們的需要。我國土木工程建設(shè)取得了大跨步的發(fā)展,相關(guān)的施工技術(shù)、施工工藝等也得到了較大的提升,而碳纖維復(fù)合材料作為土木建筑中重要的施工材料,具有承重大、質(zhì)量輕、強度高等方面的特性,既能夠?qū)崿F(xiàn)人們對建筑結(jié)構(gòu)的需求,還能夠響應(yīng)生態(tài)文明建設(shè)的號召,同時,其不僅是整個工程項目施工質(zhì)量的有力保障,更是對建筑物結(jié)構(gòu)的安穩(wěn)性起到了關(guān)健性的作用。
碳纖維復(fù)合材料具有其他建筑材料所沒有的良好的物理力學(xué)性能,也是新世紀(jì)以來使用性能反映最為良好,用途最多的新材料。在土木建筑工程中,碳纖維增強復(fù)合材料也廣泛的應(yīng)用在土木工程結(jié)構(gòu)補強中。用于土木工程結(jié)構(gòu)補強中的碳纖維增強復(fù)合材料為碳纖維片,這種材料有單向片、單向預(yù)浸片、單向織布、雙向織布等。碳纖維增強復(fù)合材料中的碳纖維增強復(fù)合塑料是一種預(yù)浸料碳纖維,這種新型的復(fù)合材料在力學(xué)性能和物理性能上都要強過普通的碳纖維增強復(fù)合材料。它的結(jié)構(gòu)強度是一般建筑材料強度的十幾倍,其彈性模量與普通的建筑鋼材相比,要高出普通建筑鋼材的一倍左右,同時,它還具有非??捎^的耐久性和耐腐蝕性。[1]
(1)碳纖維復(fù)合材料在土木建筑中的應(yīng)用現(xiàn)狀
碳纖維復(fù)合材料在土木建筑中的應(yīng)用研究始于上個世紀(jì)八十年代初期美國、日本等發(fā)達(dá)國家。期初,碳纖維復(fù)合材料以其優(yōu)良的力學(xué)性能和物理性能,以及其良好的耐久性和耐腐蝕的性質(zhì),得到了土木建筑行業(yè)的青睞和認(rèn)可。特別是在一些災(zāi)后重建過程中,碳纖維復(fù)合材料廣泛的運用在混凝土結(jié)構(gòu)的加固修復(fù)中。目前,碳纖維復(fù)合材料的研究和應(yīng)用在日本、韓國、德國、美國等國家和地區(qū)得到了高度的重視,碳纖維復(fù)合材料不僅被這些發(fā)達(dá)國家運用于新型的土木工程建筑領(lǐng)域,還被成功的運用到其他建筑行業(yè)的各個領(lǐng)域[2]。在土木建筑工程中,以往為結(jié)構(gòu)補強的材料是鋼板,可是鋼板自身卻存在著重量大,耐腐蝕性極差,鋼板老化快等等問題,這些都是造成土木建筑工程中的難題所在。而纖維復(fù)合材料利用纖維片材修補來為土木建筑工程中的結(jié)構(gòu)材料補強,它將樹脂粘合劑粘貼在定向排列的連續(xù)纖維片材,需要其它其結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的協(xié)同工作,以此達(dá)到結(jié)構(gòu)補強的目的。在現(xiàn)在土木建筑工程中,主要是以碳纖維以及芳綸來為結(jié)構(gòu)材料補強。其中碳纖維具有荷重增加、強度不足、抑制裂縫延長等特點,在纏繞修補、增加柱狀結(jié)構(gòu)等應(yīng)用的較為合適。根據(jù)國外參考資料和研究報告[3],這種既可以運用于預(yù)應(yīng)力狀態(tài),也可以運用于非預(yù)應(yīng)力狀態(tài)下的碳纖維復(fù)合材料已經(jīng)被各國相繼運用在土木工程建筑行業(yè)中,今后,隨著土木建筑行業(yè)的發(fā)展和開拓,碳纖維復(fù)合材料在該領(lǐng)域的運用也會逐年增長。
(2)應(yīng)用中存在的問題
盡管碳纖維增強復(fù)合材料具有良好的力學(xué)性能和物理性能,其自身還具備承重大、質(zhì)量輕、強度高等方面的特性,能夠?qū)崿F(xiàn)人們對建筑結(jié)構(gòu)的需求,能夠響應(yīng)生態(tài)文明建設(shè)的號召,但是,碳纖維增強復(fù)合材料在土木建筑行業(yè)中發(fā)展的道路并不平坦,其在發(fā)展中仍就有很多的不足,這就使得這種高性能材料沒有得到普及的原因,其主要缺陷主要有以下幾方面:
首先,碳纖維復(fù)合材料目前尚沒有相關(guān)的統(tǒng)一規(guī)章制度,這就使得碳纖維復(fù)合材料在土木建筑行業(yè)中的應(yīng)用沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),是工程建設(shè)出現(xiàn)了血多不穩(wěn)定的因素。
其次,和其他建筑材料相比,碳纖維復(fù)合材料的支出成本較高。而在實際工程建設(shè)中,經(jīng)濟成本在很大程度上限制了碳纖維復(fù)合材料的使用,這樣就造成了碳纖維復(fù)合材料使用的局限性。
再則,在廢棄材料回收方面,碳纖維復(fù)合材料還不能滿足可持續(xù)發(fā)展的要求。其在土木建筑行業(yè)巨大的使用背景下,將回收工作推向了難點。因此,我們還要不斷更新和完善碳纖維復(fù)合材料的使用性能,滿足可持續(xù)發(fā)展的要求。
隨著社會的進(jìn)步,科學(xué)技術(shù)的飛快發(fā)展,生活質(zhì)量的不斷提高,人們對土木建筑材料各個方面的性能和要求也在不斷的提升。不僅能夠適應(yīng)建筑各個方面的要求,還要順應(yīng)社會發(fā)展的潮流,既要實用性,還要講究綠色性、環(huán)保性、藝術(shù)性和美觀性等。因此,要根據(jù)土木建筑工程的特點,不斷更新和完善碳纖維復(fù)合材料的使用性能,時期在土木建筑中發(fā)揮更多、更好的用處,促進(jìn)我國土木建筑業(yè)的長足發(fā)展,開創(chuàng)綠色環(huán)保的建筑時代。
[1]王茜. 纖維復(fù)合材料在土木建筑工程中的應(yīng)用進(jìn)展[J]. 知識經(jīng)濟,2012,06:93.
[2]李沁羽,何雨桐. 纖維復(fù)合材料在土木建筑工程中的應(yīng)用進(jìn)展[J]. 科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2013,29:291.
[3]劉彬. 淺談土木工程中碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用[J]. 門窗,2014,11:190.
G322
B
1007-6344(2017)03-0310-01