復(fù)合材料FRP作為綠色建筑材料的應(yīng)用探究

鄒 镕

(湖南勞動(dòng)人事職業(yè)學(xué)院，湖南 長沙 410000)

1 復(fù)合材料FRP的概述

復(fù)合材料FRP是一種纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料，與纖維材料和基本材料按著一定的比例混合而成，而且是經(jīng)過了一些工藝技術(shù)才形成的一種新型綠色建筑材料。常被應(yīng)用在混凝土結(jié)構(gòu)的加固中，它屬于一種新型的綠色節(jié)能建筑材料，近些年來得到了非常廣泛的應(yīng)用和關(guān)注。FRP材料具有強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、抗腐蝕性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，所以被應(yīng)用在建筑工程中。目前常用到的FRP復(fù)合材料主要有碳纖維、玻璃纖維和芳綸纖維，因?yàn)樗鼈兊幕瘜W(xué)成分不同，所以在力學(xué)性能上也是有一定差異性的，但是FRP復(fù)合材料總體來說密度都是比較小的[1]。

2 FRP復(fù)合材料作為綠色建筑材料應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)

2.1 對(duì)已經(jīng)成形工藝的可設(shè)計(jì)性

在新時(shí)期下，隨著人們生活水平的提高，僅僅依靠基礎(chǔ)物質(zhì)來滿足人們的需求是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，人們會(huì)更加重視精神上的需求，也更加重視個(gè)性。尤其是在新時(shí)期下，人們對(duì)千篇一律的建筑設(shè)計(jì)已經(jīng)出現(xiàn)審美疲勞，他們會(huì)更加崇尚自由、個(gè)性和創(chuàng)新。同時(shí)建筑行業(yè)與人們的生活和工作都息息相關(guān)，所以如何對(duì)現(xiàn)有建筑的工藝進(jìn)行創(chuàng)新，使建筑更加美觀和個(gè)性是目前建筑行業(yè)最關(guān)注的問題，也是熱點(diǎn)話題。但是想要實(shí)現(xiàn)這種愿望，僅僅依靠傳統(tǒng)的建筑材料是非常困難的，所以需要去挖掘和探究。而FRP復(fù)合材料的出現(xiàn)和應(yīng)用就能很好地解決這個(gè)問題，因?yàn)镕RP復(fù)合材料自身就具有非常高的設(shè)計(jì)性質(zhì)，即使對(duì)于再復(fù)雜的建筑制品來說，也是能很好實(shí)現(xiàn)和完成的，而且FRP復(fù)合材料還具有強(qiáng)度高、質(zhì)量輕等特點(diǎn)，能很好地滿足我國建筑行業(yè)的需求，尤其是大型的建筑行業(yè)；當(dāng)然也給我國的建筑設(shè)計(jì)工作帶來了非常大的發(fā)展空間。

2.2 具有良好的力學(xué)性能

對(duì)于FRP復(fù)合材料來說，它是非常輕的，是普通鋼鐵材料的1/5。金屬鋁算是很輕的建筑材料了，但是FRP復(fù)合材料比金屬鋁還要輕，而這也是FRP復(fù)合材料的最大優(yōu)勢(shì)。但并不是說質(zhì)量輕，強(qiáng)度就會(huì)差，經(jīng)過調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)FRP復(fù)合材料的強(qiáng)度比普通鋼鐵還要高，也正是因?yàn)樗倪@種力學(xué)性能，所以決定了FRP復(fù)合材料作為綠色建筑材料的應(yīng)用。在建筑工程中，通過FRP復(fù)合材料的應(yīng)用，不但可以降低基礎(chǔ)建筑的承載力，而且對(duì)提高建筑質(zhì)量也是有很大作用的，而建筑質(zhì)量一旦提高，那么建筑工程的使用壽命自然也會(huì)提高。此外，F(xiàn)RP復(fù)合材料對(duì)成形工藝有可設(shè)計(jì)性，所以它可以被應(yīng)用在各種復(fù)雜、質(zhì)量輕和高強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)制作中，以此來提高建筑工程的質(zhì)量，如可以應(yīng)用在屋頂?shù)慕M裝上、拱形整體的設(shè)計(jì)上等[2]。

2.3 具有光學(xué)性能和很強(qiáng)的裝飾效果

在傳統(tǒng)的建筑工程中，采光建筑材料的首選就是玻璃制品，但玻璃非常易碎，所以在對(duì)玻璃材料進(jìn)行施工的時(shí)候非常困難，而且會(huì)增加浪費(fèi)建筑材料的可能。但是通過FRP復(fù)合材料的應(yīng)用，不但能給建筑行業(yè)帶來了新的采光材料，而且發(fā)揮了自身的光學(xué)性能，提高了采光材料的穩(wěn)定性。舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子，如果利用FRP綠色建筑材料作為建筑工程中的采光屋面，那么它的厚度是很薄的，僅僅在1.2 mm左右，所以在這樣的情況下，就會(huì)降低屋面的重量，提高承載能力，同時(shí)FRP綠色建筑材料又有很強(qiáng)的穩(wěn)定性，也會(huì)在很大程度上降低施工的難度，使其安裝可以變得更加簡(jiǎn)單。此外，F(xiàn)RP綠色建筑材料的表面還很容易著色，能很好地滿足人們對(duì)建筑設(shè)計(jì)的多樣化和個(gè)性化要求，在提高建筑工程質(zhì)量的同時(shí)，促進(jìn)了建筑行業(yè)的發(fā)展。

3 FRP復(fù)合材料作為綠色建筑材料在建筑工程中的應(yīng)用

3.1 FRP復(fù)合材料在建筑工程防護(hù)系統(tǒng)中的應(yīng)用

很多國內(nèi)外專家都有表明，F(xiàn)RP復(fù)合材料應(yīng)用在建筑工程中，擁著很強(qiáng)大的防護(hù)作用，主要表現(xiàn)在以下兩種方式：第一，能夠?qū)σ呀?jīng)受損的建筑進(jìn)行固定作用，同時(shí)還具有修復(fù)功能；第二，可以作為新型綠色建筑材料對(duì)現(xiàn)有的鋼結(jié)構(gòu)和混凝土進(jìn)行補(bǔ)充，提高其強(qiáng)度和密度，更好地保證建筑工程的質(zhì)量。防護(hù)系統(tǒng)在整個(gè)建筑工程中有著非常重要的作用，也是建筑工程中很重要的內(nèi)容，事故發(fā)生的原因以及解決方法對(duì)整個(gè)建筑防護(hù)系統(tǒng)來說，影響是非常大的，所以一定要對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的內(nèi)部進(jìn)行仔細(xì)分析，這樣才能采集到準(zhǔn)確的信息數(shù)據(jù)，將其用于建筑防護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用中。而FRP復(fù)合材料對(duì)于建筑工程來說，有效性和應(yīng)用價(jià)值有一定的不同，所以在實(shí)際的建筑工程中，需要根據(jù)建筑工程的具體情況以及FRP復(fù)合材料的性能進(jìn)行選擇，這樣能夠很好地保證防護(hù)效果，而且還能滿足相關(guān)部門的要求[3]。

3.2 FRP復(fù)合材料在建筑工程裝飾結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

FRP復(fù)合材料的設(shè)計(jì)性和靈活性是比較強(qiáng)的，所以它可以根據(jù)建筑工程以及人們不同的需求調(diào)制成不同的顏色，而且還會(huì)有很好透光效果，生產(chǎn)商也是可以通過FRP復(fù)合材料的放置位置去選擇合適的顏色。FRP復(fù)合材料在制成以后，透光率可以達(dá)到50%左右，非常符合現(xiàn)代人們的生活，而且具有非常強(qiáng)的環(huán)保效果。FRP復(fù)合材料與金屬材料相比，減少了距離感。此外，因?yàn)镕RP復(fù)合材料中有聚合物存在，所以會(huì)增加材料降解的難度，將FRP復(fù)合材料應(yīng)用在建筑工程裝飾結(jié)構(gòu)中，會(huì)降低損壞的概率，節(jié)省了很多的維修費(fèi)用，而且即使出現(xiàn)了損壞，維修起來也是非常容易的。也正是因?yàn)镕RP復(fù)合材料的這個(gè)優(yōu)勢(shì)，所以被廣泛地應(yīng)用在了城市景觀建筑工程中，在提高建筑工程的美觀的同時(shí)，還延長了使用壽命[4]。

3.3 FRP復(fù)合材料在民用建筑、橋梁以及工業(yè)廠房建筑工程中的應(yīng)用

FRP復(fù)合材料在民用建筑、橋梁以及工業(yè)廠房建筑工程中的應(yīng)用主要包括三個(gè)方面。第一，對(duì)建筑工程的梁進(jìn)行加固應(yīng)用。而在對(duì)梁加固的作用中又包括抗彎和抗剪，在對(duì)抗彎加固的時(shí)候，F(xiàn)RP復(fù)合材料需要與梁的軸向保持一致，這樣能有效地提高梁的承載能力。經(jīng)過調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，只要所加固的梁不是超筋梁，承載力通過FRP復(fù)合材料的應(yīng)用是會(huì)有非常明顯的提高；而在抗剪加固的時(shí)候，F(xiàn)RP復(fù)合材料要與梁的軸向垂直的，這是在應(yīng)用FRP復(fù)合材料時(shí)應(yīng)該注意的地方。第二，板加固。將FRP復(fù)合材料應(yīng)用在板加固中，有利于提高板結(jié)構(gòu)的美觀。第三，柱加固。因?yàn)镕RP復(fù)合材料的彈性模量小，所以會(huì)有很強(qiáng)的延性，而且可以提高工作效率，減少工時(shí)。

3.4 FRP復(fù)合材料在地鐵、隧道特殊大型建筑工程中的應(yīng)用

地鐵和隧道都是在地下工作的建筑模式，所以它的承受力與地面建設(shè)是有很大差異性的，尤其是山洞的頂部和側(cè)部，會(huì)有很大的土壓力作用，而且還要有凈空的要求，在這樣具有一定難度的建筑工程中，如果僅僅通過傳統(tǒng)的建筑材料來進(jìn)行加固的話，是很難起到非常好的作用和效果，但是通過FRP復(fù)合材料就能很好地滿足要求，應(yīng)用效果也是非常不錯(cuò)的[5]。主要是因?yàn)闊o論是地鐵施工還是隧道，所呈現(xiàn)的裂縫都是不規(guī)則的，對(duì)建筑材料的應(yīng)用也有很高的要求，尤其是要具有非常好的抗剪性能，而FRP復(fù)合材料就具有這種性能。

3.5 在建筑工程中應(yīng)用FRP復(fù)合材料的正確選擇

首先，需要考慮的是環(huán)境的影響。FRP復(fù)合材料主要是由三種不同纖維復(fù)合材料組成的，所以如果將其應(yīng)用在建筑工程中，需要根據(jù)建筑工程的具體情況來選擇復(fù)合材料。例如，對(duì)于非常潮濕或者堿性非常大的地區(qū)，最好是選擇碳纖維復(fù)合材料，而不要選擇玻璃纖維的復(fù)合材料；在溫度變化比較大的地區(qū)，可以選擇玻璃纖維復(fù)合材料。玻璃纖維和芳綸纖維具有很好的絕緣效果，而碳纖維具有可導(dǎo)電性，因此，為了避免鋼筋的潛在電流對(duì)其腐蝕，在具體的應(yīng)用過程中，碳纖維復(fù)合材料最好是不要與鋼筋有直接的接觸[6]。其次，要考慮荷載的影響。對(duì)于在建筑工程中經(jīng)常受到?jīng)_擊和振動(dòng)荷載的結(jié)構(gòu)來說，最好優(yōu)先選擇芳綸纖維復(fù)合材料和玻璃纖維復(fù)合材料，因?yàn)檫@兩種纖維復(fù)合材料與碳纖維復(fù)合材料相比，會(huì)有很強(qiáng)的韌性和抗沖擊性，所以在受到?jīng)_擊比較大的建筑結(jié)構(gòu)中，應(yīng)該優(yōu)先選擇前兩種；但是對(duì)于要求耐蠕變或者是抗疲勞的建筑結(jié)構(gòu)中，碳纖維復(fù)合材料又是非常好的選擇，因?yàn)樗钠谛阅芎湍腿渥児δ芤绕渌麅煞N纖維復(fù)合材料的效果好很多。最后，要考慮保護(hù)層的影響。在建筑工程中，如何正確地去選擇保護(hù)層的厚度和類型，是要根據(jù)對(duì)FRP復(fù)合材料的要求來選擇的，也就是說不同的FRP復(fù)合材料對(duì)保護(hù)層的要求是不一樣的[7]。對(duì)建筑結(jié)構(gòu)工程設(shè)置保護(hù)層的目的就是避免因?yàn)榄h(huán)境、施工以及人為破壞等給建筑工程帶來的損壞，使FRP復(fù)合材料的力學(xué)性能得到很好的保護(hù)。就目前來說，常用的保護(hù)層方法主要有兩種，其一是在FRP復(fù)合材料外部添加樹脂膠層，保護(hù)其彈性；其二是在FRP復(fù)合材料外涂抹一層高強(qiáng)的水泥砂漿。這兩種方法都能有效、并且很好地保護(hù)FRP復(fù)合材料不會(huì)受到損害。而通過以上對(duì)FRP復(fù)合材料的應(yīng)用分析中可以知道，不同的FRP復(fù)合材料在建筑工程中的應(yīng)用和作用都是不同的，所以在將FRP復(fù)合材料應(yīng)用在建筑工程中的時(shí)候，一定要根據(jù)建筑工程的實(shí)際情況去選擇，這樣才能將FRP復(fù)合材料在建筑工程中的應(yīng)用價(jià)值發(fā)揮出來，才能更好地保證建筑工程的質(zhì)量，延長建筑工程的使用壽命[8]。

4 FRP復(fù)合材料作為綠色建筑材料的展望

4.1 發(fā)展現(xiàn)狀

通過對(duì)建筑行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)來看，以節(jié)能環(huán)保、安全可靠為主，在此基礎(chǔ)還要輕量化和具有美觀性，而FRP復(fù)合材料就能很好地滿足以上要求，所以它應(yīng)該被廣泛的應(yīng)用和重視，但是就目前來看，F(xiàn)RP復(fù)合材料的應(yīng)用范圍并沒有很廣泛，也沒有得到很大的推廣和重視，導(dǎo)致在建筑工程中的應(yīng)用也比較少。而出現(xiàn)這種現(xiàn)象的主要原因如下：第一，F(xiàn)RP復(fù)合材料的生產(chǎn)過程與其他建筑材料相比，有一定的復(fù)雜性，所以它的投入成本相對(duì)來說比較高，而建筑工程又比較重視經(jīng)濟(jì)效益，所以會(huì)阻礙到FRP復(fù)合材料作為綠色建筑材料在建筑工程中的應(yīng)用；第二，F(xiàn)RP復(fù)合材料的回收再利用性能比較差，就目前來說，一旦FRP復(fù)合材料出現(xiàn)報(bào)廢的情況，是無法進(jìn)行正確、科學(xué)回收的，而如果回收，則會(huì)面臨很大的投入成本，也間接地阻礙了它的發(fā)展和廣泛應(yīng)用；第三，在FRP復(fù)合材料應(yīng)用過程中，缺乏有效的檢測(cè)技術(shù)，而FRP復(fù)合材料的可靠性和穩(wěn)定性又與檢測(cè)技術(shù)有很大的關(guān)系，如果FRP復(fù)合材料在使用的過程中，無法對(duì)性質(zhì)和應(yīng)用的實(shí)際狀況進(jìn)行檢測(cè)的話，是無法對(duì)FRP復(fù)合材料進(jìn)行可靠性和穩(wěn)定性保障的，所以阻礙了FRP復(fù)合材料的應(yīng)用和發(fā)展。除此之外，我國建筑行業(yè)缺乏安全系統(tǒng)評(píng)估方法和配套的修復(fù)規(guī)范，與FRP復(fù)合材料低成本、高技術(shù)的發(fā)展方向有了偏差，最終阻礙了FRP復(fù)合材料作為綠色建筑材料的應(yīng)用和發(fā)展[9]。

4.2 發(fā)展展望

雖然FRP復(fù)合材料在目前的發(fā)展上并不是很樂觀，應(yīng)用和推廣也受到了制約，但是，在新時(shí)期下，我國科學(xué)技術(shù)水平發(fā)展的速度是非?？斓?，對(duì)建筑工程的要求也越來越高，當(dāng)然也就提高了對(duì)建筑材料的要求，尤其是在環(huán)保、節(jié)能的新環(huán)境下，人們更崇尚應(yīng)用綠色建筑材料。而在社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步下，人們的需求也變得多了起來，在這種情況下，傳統(tǒng)的建筑材料已經(jīng)無法滿足人們對(duì)建筑工程的需求了，甚至在一定程度上限制了建筑行業(yè)的發(fā)展，而FRP復(fù)合材料具有質(zhì)量好、高強(qiáng)度、耐腐蝕、功能強(qiáng)等多重優(yōu)點(diǎn)所以能很好地滿足人們以及建筑行業(yè)發(fā)展的需求，而FRP復(fù)合材料還在很多重要的建筑工程中，如跨度大、強(qiáng)度高以及工程復(fù)雜的建筑工程中實(shí)現(xiàn)了耐久性的應(yīng)用，此外，在各種特殊建筑工程中、加固修復(fù)工程以及大型工程結(jié)構(gòu)中也作為了一種綠色建筑材料實(shí)現(xiàn)了優(yōu)越性。由此可以看出，F(xiàn)RP復(fù)合材料是一種重大新型材料，它的出現(xiàn)并不是傳統(tǒng)意義上地改變和替代傳統(tǒng)建筑的鋼材和混凝土材料，而是作為一種新型綠色建筑材料對(duì)傳統(tǒng)建筑材料的補(bǔ)充和添加，使建筑材料的應(yīng)用可以發(fā)揮出更大的作用和優(yōu)勢(shì)。就目前來說，關(guān)于FRP復(fù)合材料作為新型綠色建筑材料的應(yīng)用和研究，已經(jīng)成為了建筑行業(yè)的熱點(diǎn)話題，相信在不久的將來，F(xiàn)RP復(fù)合材料一定會(huì)在新技術(shù)的開發(fā)下成為綠色建筑材料而被應(yīng)用在各大建筑行業(yè)中，并打破傳統(tǒng)綠色建筑材料在建筑工程應(yīng)用中的各種限制，迎來更長遠(yuǎn)的發(fā)展和未來，推動(dòng)我國建筑行業(yè)更好的發(fā)展[10]。

5 結(jié)束語

在我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展下，建筑行業(yè)也得到了非常大的發(fā)展，同時(shí)也讓越來越多的新型綠色建筑材料和先進(jìn)的技術(shù)應(yīng)用到了建筑行業(yè)，使我國建筑行業(yè)進(jìn)行了改革和創(chuàng)新。而對(duì)于綠色建筑材料來說，它不但是新型的節(jié)能材料，還是我國可持續(xù)發(fā)展經(jīng)濟(jì)下的產(chǎn)物，擁有著很廣泛的應(yīng)用價(jià)值和很頑強(qiáng)的生命力，所以被廣泛地應(yīng)用在了不同的建筑工程中。而FRP復(fù)合材料具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、耐腐蝕等多種優(yōu)點(diǎn)，有很大的應(yīng)用價(jià)值，雖然現(xiàn)在應(yīng)用上受到了阻礙，但是相信在不久的未來，一定會(huì)在眾多專業(yè)研究人員的研究和探討中，作為綠色建筑材料在建筑行業(yè)中廣泛應(yīng)用的。

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