建筑業復合材料研究

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1樹脂基復合材料在質量檢測中體現出的建筑性能

1.1材料性能的可設計性

樹脂基復合材料的性能可根據使用要求進行設計,如要求耐水、防腐、高強,可選用樹脂基復合材料。由于樹脂基復合材料的重量輕,制造方便,對于大型結構和形狀復雜的建筑制品,能夠一次成型制造,提高建筑結構的整體性。

1.2力學性能好

樹脂基復合材料的力學性能可在很大范圍內進行設計,由于選用的材料不同,增強材料的鋪設方向和方向差異,可以獲得性能判別很大的復合材料,如單向玻纖增強環氧復合材料的拉伸強度可達1000MPa以上,比鋼(建筑鋼)的拉伸強度還高,選用碳纖維作增強材料,制得的樹脂基復合材料彈性模量可以達到建筑鋼材水平,而其密度卻比鋼材小4～5倍。更為突出的是樹脂基復合材料在制造過程中,可以根據構件受力狀況局部加強,這樣既可提高結構的承載能力,又能節約材料、減輕自重。

1.3裝飾性好

樹脂基復合材料的表面光潔,可以配制成各種鮮艷的色彩,也可以制造出不同的花紋和圖案,適宜制造各種裝飾板、大型浮雕及工藝美術雕塑等。

1.4透光性

透明玻璃鋼的透光率達85%以上(與玻璃相似),其最大特點是不易破碎,能承受荷載。用于建筑工程時可以將結構、圍護及采光三者綜合設計,能夠達到簡化采光設計,降低工程造價之目的。

1.5隔熱性

建筑物的作用是能夠防止由熱傳導、熱對流引起的溫度變化,給人們以良好的工作和休息環境。一般建筑材料的隔熱性能較差,例如普通混凝土的導熱系數為1.5～2.1W(m•K),紅磚的導熱系數為0.81W(m•K),樹脂基復合材料的夾層結構的導熱系數為0.05～0.08W(m•K),比普通紅磚小10倍,比混凝土小20多倍。

1.6隔音性

隔音效果好壞是評價建筑物質量的標準之一。但傳統材料中,隔音效果好的建筑材料往往密度較大,隔熱性差,運輸和安裝困難。樹脂基復合材料的隔音性能雖然不很理想,但它有消逝振動音波及傳播音波的作用,經過專門設計的夾層結構,可達到既隔音又隔熱的雙層效果。

1.7電性能

玻璃鋼具有良好的絕緣性能,它不受電磁波作用,不反射無線電波。通過設計,可使其在很寬的頻段內都具有良好的透微波性能,對電通訊系統的建筑物有特殊用途,如可用于制造雷達天線罩和各種機房。

1.8耐化學腐蝕

玻璃鋼有很好的抗微生物作用和耐酸、堿、有機溶劑及海水腐蝕作用的能力。特別適用于化工建筑、地下建筑及水工建筑等工程。

1.9透水和吸水性

玻璃鋼吸濕性很低,不透水,可以用于建筑工程中的防水、給水及排水等工程。

2建筑用樹脂基復合材料的應用情況

隨著建筑工業的迅速發展,復合材料越來越多地被用于建筑工程:

2.1承載結構

用作承載結構的復合材料建筑制品有:柱、桁架、梁、基礎、承重折板、屋面板、樓板等,這些復合材料構件,主要用于化學腐蝕廠房的承重結構、高層建筑及全玻璃鋼-復合材料樓房大板結構。

2.2圍護結構

復合材料圍護結構制品有各種波紋板、夾層結構板,各種不同材料復合板,整體式和裝配式折板結構和殼體結構。用作殼體結構的板材,它既是圍護結構,又是承重結構。這些構件可用作工業及民用建筑的外墻板、隔墻板、防腐樓板、屋頂結構、遮陽板、天花板、薄殼結構和折板結構的組裝構件。

2.3采光制品

透光建筑制品有透明波形板、半透明夾層結構板、整體式和組裝式采光罩等,主要用于工業廠房、民用建筑、農業溫室及大型公用建筑的天窗、屋頂及圍擴墻面采光等。

2.4門窗裝飾材料

屬于此類材料制品有門窗斷面復合材料拉擠型材、平板、浮雕板、復合板等,一般窗框型材用樹脂玻璃鋼。復合材料門窗防水、隔熱、耐化學腐蝕。用于工業及民用建筑,裝飾板用作墻裙、吊頂、大型浮雕等。

2.5給排水工程材料

市政建設中給水、排水及污水處理工程中已大量使用復合材料制品,如各種規格的給水玻璃鋼管、高位水箱、化糞池、防腐排污管等。2.6衛生潔具材料屬于此類產品的有浴盆、洗面盆、坐便盆,各種整體式、組裝式衛生間等,廣泛用于各類建筑的衛生工程和各種衛生間。

2.7采暖通風材料

屬此類復合材料制品有冷卻塔、管道、板材、柵板、風機、葉片及整體成型的采暖通風制品。工程上應用的中央空調系統中的通風廚、送風管、排氣管、防腐風機罩等。

2.8高層樓房屋頂建筑

如旋轉餐廳屋蓋、異形尖頂裝飾屋蓋、樓房加高、球形屋蓋、屋頂花園、屋頂游泳池、廣告牌和廣告物等。

2.9特殊建筑

大跨度飛機庫、各種尺寸的冷庫、活動房屋、崗亭、仿古建筑、移動劇院、透微波塔樓、屏蔽房、防腐車間、水工建筑、防浪堤、太陽能房、充氣建筑等。

2.10其它

復合材料在建筑中的其它用途還很多,如各種家具、馬路上的陰井蓋、公園和運動場座椅、海濱浴場活動更衣室、公園仿古涼亭等。

3樹脂改性和樹脂含量的檢測

在復合材料中,纖維和織物起增強作用,而樹脂是基體材料。樹脂基體的性能對復合材料制品的性能有直接的影響。合成樹脂是摩擦材料中化學穩定性最差的組分,對材料高溫下的強度和摩擦性能有直接的影響。中南工業大學劉震云等的研究結果表明,在6%~14%樹脂含量(質量分數)范圍內,材料的沖擊強度能滿足使用要求。樹脂含量在14%以上時,材料高溫熱衰退嚴重,導致摩擦因素下降,高溫磨損加劇,磨損量上升;樹脂含量過高或過低時,材料將因粘結劑量過少或樹脂高溫分解導致粘結力下降,使增強纖維存在拔出現象,導致摩擦因素不穩定,材料磨損加劇。因此摩擦材料中基作樹脂用量不宜太多,其含量為8%~12%,其中以8%為佳。檢測證實采用耐熱齊聚物、腰果殼油改性酚醛樹脂獲得了較好的摩擦性能,并且得出結論,材料的摩擦磨損性能與樹脂的耐熱性密切相關。在其它條件相同的情況下,隨樹脂耐熱性的提高,材料摩擦系數的穩定性及體積磨損率均得到改善。隨著人類社會發展,生產技術進步,生產構造多樣化、材料多樣化已成為必然,輕質高強材料的發展研制提上日程。通過改進生產工藝、提升施工技術、擴大建筑材料應用范圍,發展樹脂基復合材料,繼續節約建筑能耗,減少環境污染,建筑業的可持續發展一定是現實的。