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1、#14#纺织科技进展2006年第2期纤维复合材料在土木建筑工程中的应用进展王腾,郭燕坤(东华大学纺织学院,上海200051)摘要:纤维复合材料具有高强、轻质、抗腐蚀和耐疲劳等特点,在土木建筑工程中可替代传统的混凝土、木结构、钢和钢筋材料。介绍了在土木建筑工程中纤维复合材料的主要类型及其应用优势和现状,对存在的问题进行了简要叙述。关键词:复合材料;土木建筑;智能复合材料;桥梁;混凝土中图分类号:TS102文献标识码:A文章编号:1673-0356(2006)02-0014-03随着世界军工生产与航空航天而发展起来的纤维复合材料,由动阻尼性也很大,一旦激起振动,衰减也快。于具有良好而
2、独特的性能,适应了现代工程结构向大跨、高耸、重(6)过载安全性好。在纤维复合材料中,由于有大量独立的载、高强和轻质发展,以及承受恶劣条件的需要,在土木建筑工程中纤维,当过载时复合材料中即使有少量纤维断裂,载荷都会迅速[1]的应用日益扩大。如用于纤维混凝土和结构的补强加固、建筑物重新分配到未被损坏的纤维上,不至于造成土木建筑工程中的柱和桥梁桥墩加固[2]、满足近海建筑物结构的抗腐蚀要求[3]等,此构件在瞬间丧失承载能力而断裂。外将智能复合材料应用于土木建筑工程时,还可以实现桥梁、高速(7)高美学欣赏性。纤维复合材料组分中的材料纤维是柔[4]公路等大型结构的自增强、自诊断、自修复功能
3、。纤维复合材料软的,树脂是可以流动的,其产品的形状几乎不受限制,还可以替代传统建材应用于土木建筑工程,既为纺织行业的发展开辟了新任意着色,从而达到结构型式和材料美学的高度统一。的发展领域,注入了新的活力,同时也为土木建筑业解决一些技术(8)结构功能/智能化。在土木建筑工程中应用智能纤维材难题如能耗大、不利于环境保护等,提供了新的途径。料,还可以使结构具有一定的智能。例如美国人在建筑物使用智能复合材料制作的梁,在热电控制下,能像人的肌肉纤维一样[3,5~8]1纤维复合材料在土建工程中的优势产生形状和张力的变化,从而根据建筑物受到的振动改变梁固纤维复合材料具有传统的建筑材料无法比拟的
4、优点。有刚性和固有振动频率,减小振幅,使框架结构的寿命大大延长,达到了建筑物结构噪声与振动的主动控制[8]。(1)材料性能的可设计性。纤维复合材料作为结构材料应用时,由于其是基体材料和增强材料等组分材料在宏观上的物2纤维复合材料在土建工程中的主要类型和应用理组合,其性能既可保持原组分材料的某些特点,又能发挥组合后的新特性,且可根据结构需要进行设计,以满足单一材料无法211纤维混凝土复合材料达到的性能要求。在土木建材领域中,水泥混凝土是使用最大宗的建筑材料,(2)高的比强度和比刚度。一些纤维复合材料如碳纤维但水泥有脆性大、抗拉强度低、抗冲击性差等缺点。在水泥基体T300/环氧520
5、8的比强度是铝材的6.3倍、钢的5倍,比刚度为中加入纤维(钢纤维、碳纤维、芳纶纤维以及智能纤维等)形成的铝材的4.16倍,因此在土木建筑工程中使用可缩短工期和降低水泥基纤维复合材料则赋予了混凝土高强度、高韧性、高阻裂、工程复杂性。高耐久,体积稳定性、功能化和智能化等优点。(3)抗疲劳性能好。一般金属的疲劳强度为拉伸强度的21111纤维增强混凝土[9~10]40%~50%,而某些纤维复合材料的疲劳强度可达其拉伸强度纤维增强混凝土就是将某些抗碱性强、力学性能优良的合的70%~80%。成纤维用不同方式与水泥砂浆或混凝土相复合,能在不同程度(4)良好的抗化学反应和化学腐蚀性。传统建材如钢
6、筋等上改善后者的力学与物理性能,并提高它们的使用价值和耐久不耐腐蚀,尤其在近海工程中,较易与工程周围的空气、海水以性。其理论基础来源于/纤维阻裂机理0(或称纤维间距理论)和及污水中的化学物质发生反应,使土木工程不能发挥应有的作/复合材料机理0[9]。这两种理论的提出极大地促进了纤维混凝用而引起巨大的损失。而大部分纤维复合材料是优良的电绝缘土的发展。1970年初,钢纤维增强复合材料作为最早的纤维增材料,用其制作的设备或构件一般具有良好的耐酸、碱、盐等化强水泥和混凝土实用化产品应用于土木工程中,而后相继出现学介质侵蚀的能力。了玻璃纤维混凝土、Aramid纤维混凝土、Kelver纤维混
7、凝土、C(5)良好的抗震性能。纤维复合材料相对传统建材自振频纤维增强混凝土,其中以C纤维增强混凝土性能最优,具有普通率甚高,不易出现共振,且在通常加载速度和频率条件下不容易增强型混凝土所不具备的优良机械性能、防水渗透性能、耐自然出现因共振而快速脆断的现象;同时因为其存在大量的界面,振温差性能,在强碱环境下具有稳定的化学性能、持久的机械强度和尺寸的稳定性。用碳纤维取代钢筋或钢丝,可消除钢筋混凝收稿日期:2005-12-13土的盐水降解和劣化作用,使建筑构件重量减轻,安装施工方作者简
