土木建筑工程中纤维复合材料的应用

土木建筑工程中纤维复合材料的应用

吴宪

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摘要：随着城市化进程的持续加快，土木建筑工程的数量也越来越多，建筑材料的需求量也在不断增加，传统的建筑材料不但成本较高，还会产生大量的有害物质，严重影响着自然环境和人们的身体健康。而纤维复合材料具有耐腐蚀、强度高等诸多优势，可以有效地提升项目的整体质量。文章对纤维复合材料的特点进行了简单介绍，并分析了土木建筑工程中纤维复合材料的具体应用，期望能为土木建筑工程的健康发展提供一些帮助。

关键词：土木建筑工程；纤维复合材料；应用

1纤维复合材料的特征点分析

1.1安全系数高耐用性好

相对于单一材料来说，纤维复合材料的自身耐疲劳性要优于普通单一材料，由于其自身的组合特点，即使发生断裂等情况，原材料也不会发生瞬间断裂，这为安全地撤离或者救援提供宝贵的时间，从而保证人类的生命财产安全。并且纤维复合材料的耐受力和耐用力也非常强，相比于钢材等其他材料，其抗疲劳能力要高出很大一部分，受其自身材料影响，其韧性最高能达到拉伸强度的百分之八十。

1.2具有良好的可设计性

纤维复合材料是合成材料，可根据工程需要由不同的纤维材料制成。满足各种场合要求的纤维复合材料产品，产品采用不同的纤维含量和特殊的摊铺方法。并且纤维复合材料外形可以灵活设计，充分利用每种材料，增加建筑材料的多样性。因此，可以根据实际需要设计环境兼容的纤维复合材料产品，并且还可以考虑设计中的艺术鉴赏，并赋予纤维复合材料产品艺术价值。

1.3力学性能优越

纤维种类的不同对纤维复合材料性能的增强也有所差别，例如聚丙烯纤维等有机纤维对复合材料的韧性提升较大，而钢纤维、碳纤维等无机纤维对复合材料的抗拉强度提升较为明显。然而可以明确的是，纤维复合材料的力学性能得到了大幅度的提升。通过文献对纤维复合材料的研究可知，纤维复合材料的抗拉强度和同直径的钢筋相比提高了100%以上，最高可达到钢筋的8倍。同时，纤维复合材料在承受相同的载荷时产生的塑性变形量也远小于钢筋。优越的力学性能使得纤维增强复合材料可以满足绝大多数的应用环境，从而达到降低整体建筑工程复杂程度的效果。

1.4抗腐蚀性较强

随着建筑行业的快速发展，企业承接的土木工程项目也越来越多，建设规模也在不断扩大，这就会使用更多的施工材料以及施工设备等。然而，因为材料自身的特殊性以及施工地域的局限性，多数施工材料的抗腐蚀能力还有待进一步提升，特别在沿海区域中，湿度比较大，在这样的施工环境中，会加快施工材料的腐蚀速度。若施工材料遭到了严重破坏，会直接留下诸多的安全隐患，影响了土木工程的经济效益。对于纤维复合材料而言，抗腐蚀性是其明显的优势，即使在潮湿的条件下，也不容易生锈。若将这种材料应用在土木建筑工程中，能够从根本上提高土木工程的质量，还能够为土木项目的安全提供可靠保障，有助于延长工程的使用寿命。

1.5具有观赏性

随着人们生活水平的不断提高，人们对于建筑要求也从单一的安全适用变成了要求多样化，同时还要求美观，具有观赏性。由于纤维复合材料自身的特点，可塑性极强，可以构建成任何形状并且染色，在设计允许的条件下，美感性可以根据个人喜好进行设计，观赏性较强。对于一些项目要求较高的工程来说，提供了发展空间，进一步提高我国建筑行业的整体发展。

2纤维复合材料的发展现状

虽然纤维材料的优点很多，具有优异的力学性能、可靠的安全性和耐蚀性，但仍然存在一定缺陷。首先，纤维复合材料的制造成本较高，限制了纤维复合材料在建筑领域的大规模应用。而且，与混凝土等传统建材相比，纤维复合材料的性能波动性较大，在工程使用中依靠设计师或建筑工人自身的经验进行判断，缺乏一定的精准性。最后，由于纤维材料和基体结合较为紧密，且纤维细小、强韧的特性使纤维复合材料的回收较为困难，因此现在对纤维复合材料的回收和循环利用仍没有相对成熟的机制，与现在的可持续发展战略相左。总之，纤维复合材料仍需要对工艺进行进一步优化。

3土木建筑工程中纤维复合材料的应用

3.1智能混凝土复合材料

由于信息时代的不断发展，电磁波干扰逐渐成为人们的生活困扰问题，给人们的生活带来不便的同时也带来了麻烦，传统的建筑材料没有电磁波的屏蔽功能，不能有效地防御电磁波。对于一些特殊性建筑往往要求屏蔽电磁波的干扰，而智能复合材料的应用可以很好地解决这一问题，它可以消除屏蔽掉一定频率的电磁波干扰。例如，屏蔽磁场水泥基复合材料，在钢筋水泥等材料中加入一定量的钢纤维，可以起到良好的屏蔽作用，弥补了传统材料的不足之处。温差水泥基复合材料，是指将碳纤维融入到混凝土中，加强混凝土的整体功能，利用其性质使用到电力检测或温度检测工作中等，提高工作效率。导电水泥混凝土，是指在混凝土中加入导电纤维，使其混凝土本身具有一定的导电性能，在实际过程中能减少静电等电流对于建筑物的损伤，使建筑物具有更长的寿命。

3.2涂层织物

涂层织物在土木建筑工程中多用于软性屋顶、篷盖布、膜结构建筑材料等，主要是将其他材料或高分子涂层剂覆盖在织物上，形成一种复合材料，其中织物承担尺寸稳定性、撕裂强力和抗张强力等功能，而涂层剂则承担保护表面特性与底部组织的作用。基布作为涂层织物中的重要内容，采用的是锦纶、涤纶、维纶等，其性能对产品最终性能具有直接影响。另外，涂层剂的品种选择相对多样，能赋予涂层织物不同的性能，如聚丙烯酸酯涂层剂的耐光热性较好，有机硅的透湿性与防水性好等，这就需要以涂层织物的使用场合为依据，恰当选择涂层剂。

3.3纤维聚合物筋

纤维聚合物筋作为一种复合材料制品，相比钢筋而言，在热膨胀系数、与混凝土黏结性、抗腐蚀性、抗疲劳性以及自重和强度等方面，均有更好的性能表现，因此可一定程度上替代钢筋，形成纤维聚合物筋混凝土结构，并在地下连续墙钢筋笼、预应力钢筋等领域显示出较好的应用优势。纤维聚合物筋的类别较多，其中的纤维可以是传统的碳纤维、芳纶纤维或玻璃纤维等，其制作机理为：先将各类细小纤维包裹在树脂母体中，再对其采用拉挤成型工艺形成细长条，然后对其表面做特殊工艺处理，最终形成复合材料成品。

纤维聚合物筋具备高强的性能，将其施加一定的预应力不但能充分发挥其力学特性，而且可实现纤维聚合物筋混凝土梁抗裂能力的提升。因此，在混凝土梁或柱构件中，纤维聚合物筋可替代传统钢筋作为加强骨架进行应用，如将碳纤维聚合物筋应用于体外预应力筋或无粘结预应力筋，以契合其抗腐蚀、低模量等特性，或者利用优异的抗疲劳、耐腐蚀性能，将其用于悬索桥、斜拉桥、系杆拱桥等缆索承重桥的主要竖向受力构件等。

3.4结构补强材料

传统的结构补强材料的主力军往往是抗拉强度和抗弯强度较高的钢铁材料，但金属材料的高自重和易腐蚀的特点使得其服役周期较短，钢铁材料在作为结构补强材料时，同时受到外加载荷和腐蚀环境的影响，通常会发生突发性滞后断裂，这种失效模式是突发性的且一旦发生将彻底失效。而纤维复合材料不仅抗拉强度与金属材料相当甚至有所超出，以纤维复合材料作为结构补强材料可以整体提升建筑材料的性能。以碳纤维为首的新型高强纤维材料对载荷的承载力更强，可以实现对桥梁或道路工程的基桩进行加固处理，同时应用缠绕工艺还可以防止建筑工程发生结构的开裂。

结束语

综上所述，纤维复合材料所具有的优异耐蚀性、耐冲击性能和极高的力学性能使其在建筑工程中可以实现多方面的应用，在取代传统建筑材料、降低环境污染的同时也对建筑工程的整体质量有着明显的提高。而通过对纤维复合材料特性的把握还能达到建筑多功能化的效果，对实现建筑工程质量、功能、经济效益三重优化具有较大的意义。

参考文献：

[1]赵旭.纤维复合材料在土木建筑工程中的应用[J].江西建材,2020(2):12-13.

[2]王孝龙,孙成蛟.纤维复合材料在土木建筑工程中的应用[J].室内设计与装修,2019(05):228.

[3]唐鹿.分析纤维复合材料在土木建筑工程中的应用[J].居业,2019(02):8+10.