论土木建筑基础结构中复合材料的运用

【关键词】土木建筑结构；复合材料；GFRP；混凝土结构；加固

　　一、复合材料的定义

　　复合材料是由两种或者两种以上的不同物理性质和化学性质的物质组合而成的，即复合材料是由微观形式或宏观形式组合而成的。

　　二、土木建筑基础结构中运用的复合材料的特点

　　1.多种材料性能。复合材料是由多种物质组成的新型材料，被广泛运用于建筑业，主要是由于复合材料可以表现出各种组成材料的优点，复合材料的研发使得一种材料具有多种性能，并且具备天然材料不具备的性能，这种集多种优势于一身的新型工业材料，解决了建筑业材料的合理利用问题。

　　2.良好的力学性能。选材不同使得复合材料力学性能的设计范围很大，例如拉伸强度超过建筑钢可达1000MPa的单向玻纤增强环氧复合材料。使用碳纤维作为增强材料，可以制得密度比钢材小4—5倍，而弹性模量可以达到建筑钢材水平的树脂基复合材料。

　　3.材料的可设计性强。根据土木建筑中对材料性能的选择，譬如对耐水和防腐性能要求，人们可以选择可依据建筑需求进行设计和加工的复合材料。对于结构复杂和工程量较大的建筑，为节约成本，快速高效的完成建筑制品，重量轻且制造方便的复合材料成为土木建筑基础结构中所需材料的首选。

　　4.材料的可塑性强。在土木建筑基础结构中，人们已经不能仅仅满足于材料的性能，建筑学中人们也注重建筑物的协调美观和艺术价值，复合材料的可塑性强，可以按照人们的需要设计出各种形状，并且不需要多次加工工序就可以实现这一目标。

　　5.良好的透光性。复合材料玻璃钢的透光率与玻璃相似，可达85%以上，由于它坚韧不易碎且能承受超大的负荷，加之具有较强的可塑性，通常根据实际需求被综合加工成建筑行业所需的建筑材料，从而达到节约资源、降低成本的目的。

　　6.隔音性。随着工业的发展，人们的日常生活往往受到噪音污染，噪音污染会严重影响人们的睡眠质量和身心健康，隔音效果的好坏依然成为评论建筑物质量的标准之一。隔音效果好的传统建筑材料笨重，而且隔热性能差，在安装和运输上都很不便，但复合材料能够起到削弱振动音波及船舶音波的作用，经过专门的夹层设计既能达到隔音效果，又能达到隔热效果，并且复合材料材质很轻，在运输和安装方面也很方便，解决了建筑工程中材料隔音效果差的问题。

　　三、复合材料在土木建筑基础结构中的运用

　　土木工程的热点建筑材料碳纤维（CFRP）增强塑料凭借其良好的物理性能被广泛运用于土木建筑基础结构中，CFRP增强塑料在国内外的市场均有运用，在新混凝土中加入短切碳纤维制成新结构的碳纤维混凝土已在土木工程中得到应用。棒条状的碳纤维长丝可以代替钢筋运用于建筑结构，也可以将碳纤维加工成绳状，在大型土木工程中作拉索使用，用于提升建筑材料，经久耐用。因其质量轻并且耐腐蚀性强，可以将其制成混凝土板或大跨梁、架等，在房屋和桥梁等大型建筑的运用上非常普遍。最早研究并将CFRP用于混凝土结构加固修补的国家是80年代的美国和日本等发达国家，CFRP的力学性能良好，材质轻，施工简便，又具有耐腐蚀性和耐久性，因此受到各国土木工程建筑研究人员的青睐，它的高性能已成功运用于建筑业的各个领域，譬如在建筑物的隔音和抗震方面。据外资介绍，CFRP增强型材料在土木工程中的运用将得到大力推广，碳纤维材料在土木工程中增长率将达到20%以上，成为土木工程中较为有发展前景的新型建筑材料。我国在近几年着重对CFRP用于加固修补混凝土结构技术进行研究，并由最初只有国家工业建筑诊断与工程技术研究中心一个单位，逐步发展成为有清华大学、天津大学、东南大学、同济大学等十余所高等院校进行对复合材料的各种性能的研究，取得了实质性的成果，并且在我国桥梁、房屋建筑方面广泛应用。

　　复合材料可用作承载结构，在建筑材料中可以制成柱子、承重折板、屋面板、楼板等，在化工厂的腐蚀厂房中的承重结构。复合材料可制作成各种波纹板、夹层结构板等维护结构制品，还有一些既能作承重结构的，又能作围护结构的壳体结构板材。这些复合材料围护结构制品可用作建筑外墙板、防腐楼板、屋顶结构、遮阳板、天花板等。基于复合材料的良好透光性能，可将其制作成透明或者半透明夹层结构板及组装式采光罩，广泛运用于温室、大型建筑的天窗、工业厂房等。纤维增强聚合物复合材料重量较轻，经久耐用，人们一直认为纤维增强聚合物是钢铁和混凝土的理想替代产品。人们之所以对纤维增强聚合物复合材料感兴趣是因为这种材料比较符合现代建筑中的性能和耐用性需求。现存结构形状包括宽缘梁、盒型梁、多层叠合梁以及多孔面板。以上结构构件的组成材料一般使用E—玻璃纤维和低成本树脂系统（聚酯、乙烯基酯等）。

　　工业及民用建筑的门窗装饰材料多采用复合材料加工制成，复合材料门窗防水、隔热、耐化学腐蚀，树脂玻璃钢多作窗框型材。在市政建设中排水和污水处理工程复合材料制品得到大量使用，此外复合材料譬如浴盆、洗面盆、坐浴盆，各种整体或者组装式卫生间都是用轻便的复合材料制成的。复合材料可用作采暖通风材料，由于具有较高的可塑性可以制成中央空调系统中的通风厨、排气管、送风管、防腐风机罩等运用于工程上，列入化学器材中的冷却塔、各种管道、板材风机、叶片以及成型的采暖通风制品。复合材料在土木建筑工程中的用途还有很多，如各种灯饰、家具、公共场所的座椅、运动器材、仿古建筑等。

　　四、复合材料在土木建筑行业中的发展前景

　　随着经济的发展和社会的进步，人们对生活用品、住房和娱乐设施的要求越来越高，因此涌现出越来越多的土木建筑工程的研究人员对复合材料的探索和研究，从而推动了建筑工业改革发展的动力。现代化的建筑工业日益精益求精，也给建筑工业提供了明确的发展方向，即：通过使用新型复合材料改善施工条件，加快城市和乡村的建设化进程，高效且降低成本的工程运作达到节能、环保、运输方便等目的。根据市场对建筑的规划和需求，为了快速高效、简单的改良现有的土木基础建筑结构，并且经济又环保，使得复合材料在以后的土木建筑工程中具有远大的市场。由于复合材料的可设计性、良好的力学性能、装饰性能、透水和吸水性等优点，使得复合材料成为土木建筑工程必不可少的建筑材料，在今后的土木建筑工程发展的过程中对减轻建筑物及建筑材料的重量，增加建筑材料的形状，加快施工进度，降低工程造价，提高土木工程建筑的经济效益都起到十分有利的作用。

　　总之，由于复合材料具有众多优点，在基础设施应用领域不断得到人们的认可，不断发掘其在基础设施中的新功能。无论是作为主要承重材料，还是作为次要承重材料，复合材料在基础设施领域中的应用越来越广泛。

　　参考文献

　　[1]王国荣等.《复合材料概论》.哈尔滨工业大学出版社

　　[2]岳清瑞.CFRP加固修补混凝土结构新技术及应用.高科技纤维与应用，1998.23（5）：1—6