本文摘要：作者在這篇材料工程師論文中探討復(fù)合材料在土木工程中的發(fā)展與應(yīng)用。由于復(fù)合材料的可設(shè)計(jì)性、良好的力學(xué)性能、裝飾性能、透水和吸水性等優(yōu)點(diǎn)，使得復(fù)合材料成為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發(fā)展的過程中對(duì)減輕建筑物及建筑材料的
作者在這篇材料工程師論文中探討復(fù)合材料在土木工程中的發(fā)展與應(yīng)用。由于復(fù)合材料的可設(shè)計(jì)性、良好的力學(xué)性能、裝飾性能、透水和吸水性等優(yōu)點(diǎn)，使得復(fù)合材料成為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發(fā)展的過程中對(duì)減輕建筑物及建筑材料的重量，增加建筑材料的形狀，加快施工進(jìn)度，降低工程造價(jià)，提高土木工程建筑的經(jīng)濟(jì)效益都起到十分有利的作用。
《復(fù)合材料學(xué)報(bào)》(雙月刊)創(chuàng)刊于1984年，為北京航空航天大學(xué)和中國(guó)復(fù)合材料學(xué)會(huì)主辦的國(guó)家級(jí)學(xué)術(shù)性科技期刊，為中國(guó)材料科學(xué)核心期刊。主要刊載我國(guó)復(fù)合材料基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究方面具有創(chuàng)造性的、高水平的和有重要意義的聞新研究成果的論文以及由復(fù)合材料界知名專家、學(xué)者撰寫的反映國(guó)際最高研究水平和最新研究動(dòng)態(tài)的特約報(bào)告。
摘要：復(fù)合材料在土木工程中的應(yīng)用于材料的研究開發(fā)已經(jīng)成為材料界和土木界一個(gè)研究熱點(diǎn)。該項(xiàng)研究的成果將會(huì)極大的推動(dòng)現(xiàn)代土木工程技術(shù)的發(fā)展，它還會(huì)給現(xiàn)代復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造一個(gè)更大的市場(chǎng)。
關(guān)鍵詞：復(fù)合材料;土木工程;應(yīng)用
復(fù)合材料的應(yīng)用為我國(guó)土木工程的建筑效率和質(zhì)量都帶了極為可觀的價(jià)值和作用。在我國(guó)土木工程中應(yīng)用最廣的復(fù)合材料主要是纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。探討新材料在土木工程中的應(yīng)用情況，不僅能夠增強(qiáng)我國(guó)傳統(tǒng)行業(yè)的消化能力，也能夠?yàn)槲覈?guó)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展帶來比較適合的突破口。
一、土工土木工程復(fù)合材料特點(diǎn)
1、多種材料性能
復(fù)合材料是由多種物質(zhì)組成的新型材料，被廣泛運(yùn)用于建筑業(yè)，主要是由于復(fù)合材料可以表現(xiàn)出各種組成材料的優(yōu)點(diǎn)，復(fù)合材料的研發(fā)使得一種材料具有多種性能，并且具備天然材料不具備的性能，這種集多種優(yōu)勢(shì)于一身的新型工業(yè)材料，解決了建筑業(yè)材料的合理利用問題。
2、良好力學(xué)性能
選材不同使得復(fù)合材料力學(xué)性能的設(shè)計(jì)范圍很大，例如拉伸強(qiáng)度超過建筑鋼可達(dá)1000MPa的單向玻纖增強(qiáng)環(huán)氧復(fù)合材料。使用碳纖維作為增強(qiáng)材料，可以制得密度比鋼材小4—5倍，而彈性模量可以達(dá)到建筑鋼材水平的樹脂基復(fù)合材料。
3、材料可設(shè)計(jì)性強(qiáng)
根據(jù)土木建筑中對(duì)材料性能的選擇，譬如對(duì)耐水和防腐性能要求，人們可以選擇可依據(jù)建筑需求進(jìn)行設(shè)計(jì)和加工的復(fù)合材料。對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜和工程量較大的建筑，為節(jié)約成本，快速高效的完成建筑制品，重量輕且制造方便的復(fù)合材料成為土木建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中所需材料的首選。
4、材料可塑性強(qiáng)
在土木建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中，人們已經(jīng)不能僅僅滿足于材料的性能，建筑學(xué)中人們也注重建筑物的協(xié)調(diào)美觀和藝術(shù)價(jià)值，復(fù)合材料的可塑性強(qiáng)，可以按照人們的需要設(shè)計(jì)出各種形狀，并且不需要多次加工工序就可以實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。
5、良好透光性
復(fù)合材料玻璃鋼的透光率與玻璃相似，可達(dá)85%以上，由于它堅(jiān)韌不易碎且能承受超大的負(fù)荷，加之具有較強(qiáng)的可塑性，通常根據(jù)實(shí)際需求被綜合加工成建筑行業(yè)所需的建筑材料，從而達(dá)到節(jié)約資源、降低成本的目的。
6、隔音性強(qiáng)
隨著工業(yè)的發(fā)展，人們的日常生活往往受到噪音污染，噪音污染會(huì)嚴(yán)重影響人們的睡眠質(zhì)量和身心健康，隔音效果的好壞依然成為評(píng)論建筑物質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)之一。隔音效果好的傳統(tǒng)建筑材料笨重，隔熱性能差，在安裝和運(yùn)輸上都很不便，但復(fù)合材料能夠起到削弱振動(dòng)音波及船舶音波的作用，經(jīng)過專門的夾層設(shè)計(jì)既能達(dá)到隔音效果，又能達(dá)到隔熱效果，并且復(fù)合材料材質(zhì)很輕，在運(yùn)輸和安裝方面也很方便，解決了建筑工程中材料隔音效果差的問題。
二、復(fù)合材料在土木工程中應(yīng)用
1、混凝土組合結(jié)構(gòu)
自從鋼和混凝土組合成功，形成了一種新型結(jié)構(gòu)之后，受到此類結(jié)構(gòu)的影響和啟發(fā)，在考慮到經(jīng)濟(jì)性的前提下混凝土和復(fù)合材料的組合概念逐漸成為了一個(gè)具有較大發(fā)展?jié)摿涂尚行缘慕鉀Q方案。目前，該領(lǐng)域的研究主要集中在將復(fù)合材料外包混凝土上，這種形式在一定程度上與鋼管混凝土存在很大相似性。并且已經(jīng)有學(xué)者開始研究此類體系，并且將GFRP的外殼填充到混凝土替換橋的主梁，支撐由復(fù)合材料組合而成的橋面板。這種組合模式能夠有效將復(fù)合材料與混凝土的性能優(yōu)勢(shì)得以最大限度發(fā)揮，具有高強(qiáng)度、低重量以及高剛度和成本低的良性特征，使得此類結(jié)構(gòu)在建筑行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。
2、純復(fù)合材料的大型結(jié)構(gòu)
對(duì)于復(fù)合材料的功能來講，其具有良好的多功能和可制造特點(diǎn)，這也使得在一些功能要求抗腐蝕或磁電屏蔽的特殊建筑中可以對(duì)復(fù)合材料加以應(yīng)用。例如在一些電磁實(shí)驗(yàn)操作的建筑結(jié)構(gòu)或一些感光電路金屬板房間，到目前為止已經(jīng)完成的純復(fù)合材料建筑當(dāng)屬蘋果計(jì)算機(jī)公司的電磁干涉實(shí)驗(yàn)室。
3、復(fù)合材料在負(fù)載環(huán)境下部結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用
伴隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及人們生活方式的改善，環(huán)境質(zhì)量有了很大的改變，進(jìn)而為我們的生活帶來了一定改變，例如在水邊碼頭的地下基礎(chǔ)部分的結(jié)構(gòu)性能開始出現(xiàn)提前劣化以及抵抗力下降的現(xiàn)象，這些問題得到了社會(huì)各界人士的廣泛關(guān)注。如果對(duì)這些現(xiàn)象進(jìn)行深入分析的話我們可以發(fā)現(xiàn)造成這種問題的原因較為復(fù)雜，在這樣的條件下土木工程師們來使逐漸意識(shí)到復(fù)合材料可以作為一種解決復(fù)雜環(huán)境下部結(jié)構(gòu)存在一些問題可行性的優(yōu)勢(shì)。
4、橋面板的優(yōu)勢(shì)
橋梁的結(jié)構(gòu)性能會(huì)隨著時(shí)間的推移而逐漸劣化，其抵抗力也將逐漸呈衰減的趨勢(shì)，產(chǎn)生這種問題的一個(gè)重要原因就是侵蝕。而復(fù)合材料則正好具有較強(qiáng)的抗腐蝕能力，為解決此類問題找到了一個(gè)可行的辦法。當(dāng)前我國(guó)許多橋梁中的結(jié)構(gòu)性能都已經(jīng)開始劣化，為此盡早替換橋梁減少交通中斷的時(shí)間顯得至關(guān)重要。復(fù)合材料橋面板能夠在工廠中批量生產(chǎn)，而且安裝時(shí)間相對(duì)較短，因此用它去代替結(jié)構(gòu)性能劣化的橋面是一個(gè)十分有效的方法。
三、發(fā)展復(fù)合材料的優(yōu)化措施
1、優(yōu)化設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)
優(yōu)化設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，這不僅有利于提高我國(guó)生產(chǎn)復(fù)合材料的生產(chǎn)效率，也能在很大程度上提高我國(guó)資源利用效率。在目前，由于沒有統(tǒng)一的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，因而，產(chǎn)生的問題就是復(fù)合材料生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的復(fù)合材料往往不合適我國(guó)土木工程的實(shí)際應(yīng)用，導(dǎo)致我國(guó)土木工程承包商在建筑過程中必須對(duì)符合材料進(jìn)行再加工，這不僅降低了土木工程的效率，也極大的浪費(fèi)了不該浪費(fèi)的資源，而且由于復(fù)合材料是化工產(chǎn)品，也對(duì)在加工地點(diǎn)的環(huán)境和生態(tài)造成了影響。
2、提高技術(shù)創(chuàng)新能力
提高復(fù)合材料技術(shù)創(chuàng)新能力，這不僅是發(fā)展我國(guó)復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)的需要，也是增強(qiáng)我國(guó)復(fù)合材料生產(chǎn)能力的需要，同時(shí)也是節(jié)約成本，創(chuàng)造最大價(jià)值的需要。就目前現(xiàn)階段來說，我國(guó)復(fù)合材料的生產(chǎn)在很大程度上受限于外國(guó)生產(chǎn)的技術(shù)，在進(jìn)行源技術(shù)生產(chǎn)和創(chuàng)造上，始終擺脫不了外國(guó)技術(shù)的限制，因而，也導(dǎo)致了我國(guó)復(fù)合材料生產(chǎn)成本的提高，而且，部分符合材料又因?yàn)閲?guó)內(nèi)生產(chǎn)較少，必須從國(guó)外進(jìn)口，因而導(dǎo)致了復(fù)合材料生產(chǎn)成本的提高。
3、注重生態(tài)效益
在發(fā)展復(fù)合材料在土木工程中的應(yīng)用時(shí)，必須要符合我國(guó)發(fā)展生態(tài)文明的政策，不能與我國(guó)節(jié)能減排的大政方針發(fā)生矛盾。因此，降低復(fù)合材料的生態(tài)污染以及生態(tài)破壞，也是發(fā)展我國(guó)復(fù)合材料必須要注意的問題之一，也是亟待解決的問題之一。因而，在加強(qiáng)復(fù)合材料技術(shù)創(chuàng)新的過程中，也應(yīng)該采用一些節(jié)能環(huán)保的原材料進(jìn)行復(fù)合材料的生產(chǎn)和加工。可以說，在源頭上減少污染材料的使用，才是我國(guó)發(fā)展復(fù)合材料最為根本的解決對(duì)策，也必然成為我國(guó)生產(chǎn)復(fù)合材料的突破口和出路。
結(jié)語
隨著現(xiàn)代化的建筑工業(yè)日益精益求精，也給建筑工業(yè)提供了明確的發(fā)展方向，即通過使用新型復(fù)合材料改善施工條件，加快城市和鄉(xiāng)村的建設(shè)化進(jìn)程，高效且降低成本的工程運(yùn)作達(dá)到節(jié)能、環(huán)保、運(yùn)輸方便等目的。根據(jù)市場(chǎng)對(duì)建筑的規(guī)劃和需求，為了快速高效、簡(jiǎn)單的改良現(xiàn)有的土木基礎(chǔ)建筑結(jié)構(gòu)，并且經(jīng)濟(jì)又環(huán)保，使得復(fù)合材料在以后的土木建筑工程中具有遠(yuǎn)大的市場(chǎng)。
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