浅谈纤维复合材料在土木工程中的应用进展

纤维复合材料在土木建筑工程中的应用进展土木建筑行业是我国支柱型产业，是推动国民经济发展的重要因素，是解决人类生命活动的基础，为满足时代发展对土木建筑的需求以及要求，施工建筑不断创新改革，积极探索现代建筑材料的新型功能，促进建筑行业发展。随着时代发展建筑工业要求提高建筑质量和速度，改善施工条件和环境破坏，降低成本节约能源，拥有独特性能的复合型材料能够适应重载、轻质、大跨度等建筑发展要求，逐渐受到土木工程的欢迎。一、纤维材料的特点1.性能可设性复合材料是由至少两种不同材料组成，是基体、增强两种材料组合，能够根据建筑结构设计不同的组合以发挥更大特性，集合原材料特点和组合的新材料特点，摆脱单一材料的局限性，更能适应建筑材料的需要。2.比强比刚度更高化纤维复合材料的比刚度以及比强度都要比某些材料具有更高的刚强性，是轻质高强的新型建筑材料。3.良好的抗疲劳性某些纤维复合材料比一般金属抗疲劳强度多出30%左右，抗压效果一流。4.抗腐蚀抗化学性一般建筑材料较易受到空气水汽等的化学物质影响，接触发生化学反应，容易腐蚀，造成巨大损失，纤维材料克服了相关缺陷，是良好的耐腐蚀，抗化学材料。5.抗震性纤维材料部容易产生共振而出现快速脆断，具有高自振频率，良好的抗震效果。6.良好的过载安全性能纤维复合材料内存独立纤维众多，过载时根据不同情况载荷都会自动分配到好的纤维上，避免损坏纤维的影响破坏，即使纤维断裂也不会造成建筑构件瞬间断裂的现象，具有较高安全性。7.结构艺术观赏性纤维复合材料的纤维柔软，树脂可流动等特性使得产品形状不受限制，结构获得一定智能功能，可以着色，能像人的肌肉纤维具有形状变化，协调结构和材料的矛盾，形成高度统一，能够展现美学的建筑艺术性。二、纤维复合材料在土建工程中的主要类型和应用1.纤维复合混凝土材料混凝土在施工建筑中具有重要作用，水泥抗压力小，传统混凝土抗腐蚀性小、抗拉强度低，利用钢、碳等纤维的性能加入到水泥基体中形成复合型材料，提高混凝土的抗压性能，根据不同的建筑需求设计出了不同特点的混凝土纤维，满足施工需要，例如玻璃纤维混凝土、C纤维增强混凝等，提高了普通纤维的防水性能、机械性能、抗腐蚀性等，同时还可以吸收震动波，具有抗震效果，受到土木工程的认可。此外，纤维混凝土可以适当减轻建筑构件重量，促进施工速度，在建筑工程中具有重大作用。2.纤维聚合物筋纤维聚合物筋包括具有强度大、抗压性能的碳纤维纤维聚合物筋、芳纶纤维纤维聚合物筋等，是一种经过纤维拉挤处理而成的复合材料，其工艺拉伸特性都有一定特点。可代替钢筋，用于新建和预应力混凝土结构中，加固土木工程的结构稳定性。可以用于建设建筑、修复建筑构件等，例如美国肯尼迪大厦修复沿海屋面工程，利用碳纤维纤维聚合物筋的特性，稳固了建筑结构，获得良好效果。3.智能型纤维复合材料随着时代发展，也要求混凝土适应智能型多功能建筑的需要，智能型混凝土包括屏蔽磁场水泥基复合材料、水泥基屏蔽电磁波复合材料、温差水泥基复合材料、导电水泥混凝土等。第一，磁场屏蔽纤维复合材料能够弥补传统材料不能很好的屏蔽电磁波干扰的不足，智能纤维可以解决电磁波出现的若干问题，屏蔽磁场，给建筑工程带来方便。第二，水泥基纤维材料是以碳纤维铝纤维、钢纤维为材料加入到水泥基体中混合而成，可以屏蔽电磁波并且还能够用于交通导航系统中，提高了混凝土的功效。第三，温差水泥基复合材料具有热点效应，是将碳纤维的性能融入到混凝土材料使得其具有多效性能，可以检测建筑的温度、电力情况，为建筑提供电能。第四，将导电纤维融入运用到混凝水泥中，能够提高混凝土抗损伤能力，提高安全耐用性，导电纤维具有适当比例的导电性。用于混凝土建筑结构中可以除去建筑的静电情况，下雪时对于路面融雪也起到了一定作用，应该不断探索研究，在导电取暖等方面创造更多适合建筑需求的功能，推动建筑发展。此外，还有自修复混凝土、应变自感应混凝土等智能型复合材料，随着时代的发展，更多纤维智能复合型材料将运用到建筑工程建构中。4.结构补强材料土木工程中有关纤维片强补强以及修缮的过程，多是采用运用纤维复合结构补强材料完成修补项目，弥补建筑安全性相关问题缺陷，增加建筑耐用性等建筑后期漏洞都需要纤维结构补强材料，多使用碳纤维和芳纶纤维进行外部巩固，纤维复合补强材料广泛被应用于建筑行业，质密且轻，使得施工可操作性变强，降低了工程施工的难度系数，加快施工建筑的完成，受到建业界的喜欢。例如我国南京长江大桥后期修复就运用了纤维复合补强材料。纤维复合型材料种类繁多，综上以外，土木工程纤维应用还包括纤维增强胶接层板、纤维增强塑料模板、屋面防水材料、电磁屏蔽板和导电板以及用作制作帘墙板等，都各自拥有其自身的特点，是土木建筑工程中必不可少的材料，将越来越多的应用于施工建筑中，受到建筑业界喜爱。三、纤维复合型材料的不足复合材料优势显著，除了防水、防腐等特性还有众多物力、化学、工程学、热学等相关方面的优势特点，已经被建筑业界广泛认可，但是纤维复合型材料也有不足之处，在建筑行业并未能够普及。首先，复合材料没有一个统一的规范制度制定的标准，建筑施工运用时存在不合规范，不合要求的情况，未建筑施工留下隐患，必须尊造相关法律法规制定适用于建筑施工复合型材料的相关规定、标准、方法等，规范使用复合型材料行为。其次，复合型材料成本相较于其他材料来说成本较高，部分土木建筑因各种条件未能够应用纤维材料，限制了建筑材料应用。第三，材料回收如何环保也是纤维复合型材料可持续发展的研究课题，纤维复合型材料用量非常大，结构损坏后怎样环保回收处理技术有待提高。第四，纤维复合型材料自身出现的新问题，例产生裂缝的预防、如何预防变形，非力学之间的藕合效应等问题都需要进一步探索与克服。四、结语随着社会经济建设进程的加快，对土木建筑工程的要求越来越高，不仅要求建筑本身安全稳固、合理舒适等自身特性，而且要求美观环保、节约资源等，选用何种材料进行建筑工程施工是关系到国家支柱型产业发展的重要因素，是确保建筑构件合理