復合材料FRP作為綠色建筑材料的應用探究

鄒 镕

(湖南勞動人事職業(yè)學院，湖南 長沙 410000)

1 復合材料FRP的概述

復合材料FRP是一種纖維增強的復合材料，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)過了一些工藝技術才形成的一種新型綠色建筑材料。常被應用在混凝土結構的加固中，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用和關注。FRP材料具有強度高、質量輕、抗腐蝕性強等優(yōu)點，所以被應用在建筑工程中。目前常用到的FRP復合材料主要有碳纖維、玻璃纖維和芳綸纖維，因為它們的化學成分不同，所以在力學性能上也是有一定差異性的，但是FRP復合材料總體來說密度都是比較小的[1]。

2 FRP復合材料作為綠色建筑材料應用的優(yōu)勢

2.1 對已經(jīng)成形工藝的可設計性

在新時期下，隨著人們生活水平的提高，僅僅依靠基礎物質來滿足人們的需求是遠遠不夠的，人們會更加重視精神上的需求，也更加重視個性。尤其是在新時期下，人們對千篇一律的建筑設計已經(jīng)出現(xiàn)審美疲勞，他們會更加崇尚自由、個性和創(chuàng)新。同時建筑行業(yè)與人們的生活和工作都息息相關，所以如何對現(xiàn)有建筑的工藝進行創(chuàng)新，使建筑更加美觀和個性是目前建筑行業(yè)最關注的問題，也是熱點話題。但是想要實現(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復合材料的出現(xiàn)和應用就能很好地解決這個問題，因為FRP復合材料自身就具有非常高的設計性質，即使對于再復雜的建筑制品來說，也是能很好實現(xiàn)和完成的，而且FRP復合材料還具有強度高、質量輕等特點，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)；當然也給我國的建筑設計工作帶來了非常大的發(fā)展空間。

2.2 具有良好的力學性能

對于FRP復合材料來說，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復合材料比金屬鋁還要輕，而這也是FRP復合材料的最大優(yōu)勢。但并不是說質量輕，強度就會差，經(jīng)過調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)FRP復合材料的強度比普通鋼鐵還要高，也正是因為它的這種力學性能，所以決定了FRP復合材料作為綠色建筑材料的應用。在建筑工程中，通過FRP復合材料的應用，不但可以降低基礎建筑的承載力，而且對提高建筑質量也是有很大作用的，而建筑質量一旦提高，那么建筑工程的使用壽命自然也會提高。此外，F(xiàn)RP復合材料對成形工藝有可設計性，所以它可以被應用在各種復雜、質量輕和高強度的結構制作中，以此來提高建筑工程的質量，如可以應用在屋頂?shù)慕M裝上、拱形整體的設計上等[2]。

2.3 具有光學性能和很強的裝飾效果

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，所以在對玻璃材料進行施工的時候非常困難，而且會增加浪費建筑材料的可能。但是通過FRP復合材料的應用，不但能給建筑行業(yè)帶來了新的采光材料，而且發(fā)揮了自身的光學性能，提高了采光材料的穩(wěn)定性。舉一個簡單的例子，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，就會降低屋面的重量，提高承載能力，同時FRP綠色建筑材料又有很強的穩(wěn)定性，也會在很大程度上降低施工的難度，使其安裝可以變得更加簡單。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建筑設計的多樣化和個性化要求，在提高建筑工程質量的同時，促進了建筑行業(yè)的發(fā)展。

3 FRP復合材料作為綠色建筑材料在建筑工程中的應用

3.1 FRP復合材料在建筑工程防護系統(tǒng)中的應用

很多國內(nèi)外專家都有表明，F(xiàn)RP復合材料應用在建筑工程中，擁著很強大的防護作用，主要表現(xiàn)在以下兩種方式：第一，能夠對已經(jīng)受損的建筑進行固定作用，同時還具有修復功能；第二，可以作為新型綠色建筑材料對現(xiàn)有的鋼結構和混凝土進行補充，提高其強度和密度，更好地保證建筑工程的質量。防護系統(tǒng)在整個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整個建筑防護系統(tǒng)來說，影響是非常大的，所以一定要對建筑結構的內(nèi)部進行仔細分析，這樣才能采集到準確的信息數(shù)據(jù)，將其用于建筑防護系統(tǒng)的設計和應用中。而FRP復合材料對于建筑工程來說，有效性和應用價值有一定的不同，所以在實際的建筑工程中，需要根據(jù)建筑工程的具體情況以及FRP復合材料的性能進行選擇，這樣能夠很好地保證防護效果，而且還能滿足相關部門的要求[3]。

3.2 FRP復合材料在建筑工程裝飾結構中的應用

FRP復合材料的設計性和靈活性是比較強的，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，而且還會有很好透光效果，生產(chǎn)商也是可以通過FRP復合材料的放置位置去選擇合適的顏色。FRP復合材料在制成以后，透光率可以達到50%左右，非常符合現(xiàn)代人們的生活，而且具有非常強的環(huán)保效果。FRP復合材料與金屬材料相比，減少了距離感。此外，因為FRP復合材料中有聚合物存在，所以會增加材料降解的難度，將FRP復合材料應用在建筑工程裝飾結構中，會降低損壞的概率，節(jié)省了很多的維修費用，而且即使出現(xiàn)了損壞，維修起來也是非常容易的。也正是因為FRP復合材料的這個優(yōu)勢，所以被廣泛地應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，還延長了使用壽命[4]。

3.3 FRP復合材料在民用建筑、橋梁以及工業(yè)廠房建筑工程中的應用

FRP復合材料在民用建筑、橋梁以及工業(yè)廠房建筑工程中的應用主要包括三個方面。第一，對建筑工程的梁進行加固應用。而在對梁加固的作用中又包括抗彎和抗剪，在對抗彎加固的時候，F(xiàn)RP復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復合材料的應用是會有非常明顯的提高；而在抗剪加固的時候，F(xiàn)RP復合材料要與梁的軸向垂直的，這是在應用FRP復合材料時應該注意的地方。第二，板加固。將FRP復合材料應用在板加固中，有利于提高板結構的美觀。第三，柱加固。因為FRP復合材料的彈性模量小，所以會有很強的延性，而且可以提高工作效率，減少工時。

3.4 FRP復合材料在地鐵、隧道特殊大型建筑工程中的應用

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是有很大差異性的，尤其是山洞的頂部和側部，會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復合材料就能很好地滿足要求，應用效果也是非常不錯的[5]。主要是因為無論是地鐵施工還是隧道，所呈現(xiàn)的裂縫都是不規(guī)則的，對建筑材料的應用也有很高的要求，尤其是要具有非常好的抗剪性能，而FRP復合材料就具有這種性能。

3.5 在建筑工程中應用FRP復合材料的正確選擇

首先，需要考慮的是環(huán)境的影響。FRP復合材料主要是由三種不同纖維復合材料組成的，所以如果將其應用在建筑工程中，需要根據(jù)建筑工程的具體情況來選擇復合材料。例如，對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合材料，而不要選擇玻璃纖維的復合材料；在溫度變化比較大的地區(qū)，可以選擇玻璃纖維復合材料。玻璃纖維和芳綸纖維具有很好的絕緣效果，而碳纖維具有可導電性，因此，為了避免鋼筋的潛在電流對其腐蝕，在具體的應用過程中，碳纖維復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。對于在建筑工程中經(jīng)常受到?jīng)_擊和振動荷載的結構來說，最好優(yōu)先選擇芳綸纖維復合材料和玻璃纖維復合材料，因為這兩種纖維復合材料與碳纖維復合材料相比，會有很強的韌性和抗沖擊性，所以在受到?jīng)_擊比較大的建筑結構中，應該優(yōu)先選擇前兩種；但是對于要求耐蠕變或者是抗疲勞的建筑結構中，碳纖維復合材料又是非常好的選擇，因為它的疲勞性能和耐蠕變功能要比其他兩種纖維復合材料的效果好很多。最后，要考慮保護層的影響。在建筑工程中，如何正確地去選擇保護層的厚度和類型，是要根據(jù)對FRP復合材料的要求來選擇的，也就是說不同的FRP復合材料對保護層的要求是不一樣的[7]。對建筑結構工程設置保護層的目的就是避免因為環(huán)境、施工以及人為破壞等給建筑工程帶來的損壞，使FRP復合材料的力學性能得到很好的保護。就目前來說，常用的保護層方法主要有兩種，其一是在FRP復合材料外部添加樹脂膠層，保護其彈性；其二是在FRP復合材料外涂抹一層高強的水泥砂漿。這兩種方法都能有效、并且很好地保護FRP復合材料不會受到損害。而通過以上對FRP復合材料的應用分析中可以知道，不同的FRP復合材料在建筑工程中的應用和作用都是不同的，所以在將FRP復合材料應用在建筑工程中的時候，一定要根據(jù)建筑工程的實際情況去選擇，這樣才能將FRP復合材料在建筑工程中的應用價值發(fā)揮出來，才能更好地保證建筑工程的質量，延長建筑工程的使用壽命[8]。

4 FRP復合材料作為綠色建筑材料的展望

4.1 發(fā)展現(xiàn)狀

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

4.2 發(fā)展展望

雖然FRP復合材料在目前的發(fā)展上并不是很樂觀，應用和推廣也受到了制約，但是，在新時期下，我國科學技術水平發(fā)展的速度是非常快的，對建筑工程的要求也越來越高，當然也就提高了對建筑材料的要求，尤其是在環(huán)保、節(jié)能的新環(huán)境下，人們更崇尚應用綠色建筑材料。而在社會的發(fā)展和進步下，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復合材料具有質量好、高強度、耐腐蝕、功能強等多重優(yōu)點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復合材料還在很多重要的建筑工程中，如跨度大、強度高以及工程復雜的建筑工程中實現(xiàn)了耐久性的應用，此外，在各種特殊建筑工程中、加固修復工程以及大型工程結構中也作為了一種綠色建筑材料實現(xiàn)了優(yōu)越性。由此可以看出，F(xiàn)RP復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傳統(tǒng)建筑材料的補充和添加，使建筑材料的應用可以發(fā)揮出更大的作用和優(yōu)勢。就目前來說，關于FRP復合材料作為新型綠色建筑材料的應用和研究，已經(jīng)成為了建筑行業(yè)的熱點話題，相信在不久的將來，F(xiàn)RP復合材料一定會在新技術的開發(fā)下成為綠色建筑材料而被應用在各大建筑行業(yè)中，并打破傳統(tǒng)綠色建筑材料在建筑工程應用中的各種限制，迎來更長遠的發(fā)展和未來，推動我國建筑行業(yè)更好的發(fā)展[10]。

5 結束語

在我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展下，建筑行業(yè)也得到了非常大的發(fā)展，同時也讓越來越多的新型綠色建筑材料和先進的技術應用到了建筑行業(yè)，使我國建筑行業(yè)進行了改革和創(chuàng)新。而對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)濟下的產(chǎn)物，擁有著很廣泛的應用價值和很頑強的生命力，所以被廣泛地應用在了不同的建筑工程中。而FRP復合材料具有質量輕、強度高、耐腐蝕等多種優(yōu)點，有很大的應用價值，雖然現(xiàn)在應用上受到了阻礙，但是相信在不久的未來，一定會在眾多專業(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)中廣泛應用的。

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