建筑业复合材料研究

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1树脂基复合材料在质量检测中体现出的建筑性能

1.1材料性能的可设计性

树脂基复合材料的性能可根据使用要求进行设计,如要求耐水、防腐、高强,可选用树脂基复合材料。由于树脂基复合材料的重量轻,制造方便,对于大型结构和形状复杂的建筑制品,能够一次成型制造,提高建筑结构的整体性。

1.2力学性能好

树脂基复合材料的力学性能可在很大范围内进行设计,由于选用的材料不同,增强材料的铺设方向和方向差异,可以获得性能判别很大的复合材料,如单向玻纤增强环氧复合材料的拉伸强度可达1000MPa以上,比钢(建筑钢)的拉伸强度还高,选用碳纤维作增强材料,制得的树脂基复合材料弹性模量可以达到建筑钢材水平,而其密度却比钢材小4～5倍。更为突出的是树脂基复合材料在制造过程中,可以根据构件受力状况局部加强,这样既可提高结构的承载能力,又能节约材料、减轻自重。

1.3装饰性好

树脂基复合材料的表面光洁,可以配制成各种鲜艳的色彩,也可以制造出不同的花纹和图案,适宜制造各种装饰板、大型浮雕及工艺美术雕塑等。

1.4透光性

透明玻璃钢的透光率达85%以上(与玻璃相似),其最大特点是不易破碎,能承受荷载。用于建筑工程时可以将结构、围护及采光三者综合设计,能够达到简化采光设计,降低工程造价之目的。

1.5隔热性

建筑物的作用是能够防止由热传导、热对流引起的温度变化,给人们以良好的工作和休息环境。一般建筑材料的隔热性能较差,例如普通混凝土的导热系数为1.5～2.1W(m•K),红砖的导热系数为0.81W(m•K),树脂基复合材料的夹层结构的导热系数为0.05～0.08W(m•K),比普通红砖小10倍,比混凝土小20多倍。

1.6隔音性

隔音效果好坏是评价建筑物质量的标准之一。但传统材料中,隔音效果好的建筑材料往往密度较大,隔热性差,运输和安装困难。树脂基复合材料的隔音性能虽然不很理想,但它有消逝振动音波及传播音波的作用,经过专门设计的夹层结构,可达到既隔音又隔热的双层效果。

1.7电性能

玻璃钢具有良好的绝缘性能,它不受电磁波作用,不反射无线电波。通过设计,可使其在很宽的频段内都具有良好的透微波性能,对电通讯系统的建筑物有特殊用途,如可用于制造雷达天线罩和各种机房。

1.8耐化学腐蚀

玻璃钢有很好的抗微生物作用和耐酸、碱、有机溶剂及海水腐蚀作用的能力。特别适用于化工建筑、地下建筑及水工建筑等工程。

1.9透水和吸水性

玻璃钢吸湿性很低,不透水,可以用于建筑工程中的防水、给水及排水等工程。

2建筑用树脂基复合材料的应用情况

随着建筑工业的迅速发展,复合材料越来越多地被用于建筑工程:

2.1承载结构

用作承载结构的复合材料建筑制品有:柱、桁架、梁、基础、承重折板、屋面板、楼板等,这些复合材料构件,主要用于化学腐蚀厂房的承重结构、高层建筑及全玻璃钢-复合材料楼房大板结构。

2.2围护结构

复合材料围护结构制品有各种波纹板、夹层结构板,各种不同材料复合板,整体式和装配式折板结构和壳体结构。用作壳体结构的板材,它既是围护结构,又是承重结构。这些构件可用作工业及民用建筑的外墙板、隔墙板、防腐楼板、屋顶结构、遮阳板、天花板、薄壳结构和折板结构的组装构件。

2.3采光制品

透光建筑制品有透明波形板、半透明夹层结构板、整体式和组装式采光罩等,主要用于工业厂房、民用建筑、农业温室及大型公用建筑的天窗、屋顶及围扩墙面采光等。

2.4门窗装饰材料

属于此类材料制品有门窗断面复合材料拉挤型材、平板、浮雕板、复合板等,一般窗框型材用树脂玻璃钢。复合材料门窗防水、隔热、耐化学腐蚀。用于工业及民用建筑,装饰板用作墙裙、吊顶、大型浮雕等。

2.5给排水工程材料

市政建设中给水、排水及污水处理工程中已大量使用复合材料制品,如各种规格的给水玻璃钢管、高位水箱、化粪池、防腐排污管等。2.6卫生洁具材料属于此类产品的有浴盆、洗面盆、坐便盆,各种整体式、组装式卫生间等,广泛用于各类建筑的卫生工程和各种卫生间。

2.7采暖通风材料

属此类复合材料制品有冷却塔、管道、板材、栅板、风机、叶片及整体成型的采暖通风制品。工程上应用的中央空调系统中的通风厨、送风管、排气管、防腐风机罩等。

2.8高层楼房屋顶建筑

如旋转餐厅屋盖、异形尖顶装饰屋盖、楼房加高、球形屋盖、屋顶花园、屋顶游泳池、广告牌和广告物等。

2.9特殊建筑

大跨度飞机库、各种尺寸的冷库、活动房屋、岗亭、仿古建筑、移动剧院、透微波塔楼、屏蔽房、防腐车间、水工建筑、防浪堤、太阳能房、充气建筑等。

2.10其它

复合材料在建筑中的其它用途还很多,如各种家具、马路上的阴井盖、公园和运动场座椅、海滨浴场活动更衣室、公园仿古凉亭等。

3树脂改性和树脂含量的检测

在复合材料中,纤维和织物起增强作用,而树脂是基体材料。树脂基体的性能对复合材料制品的性能有直接的影响。合成树脂是摩擦材料中化学稳定性最差的组分,对材料高温下的强度和摩擦性能有直接的影响。中南工业大学刘震云等的研究结果表明,在6%~14%树脂含量(质量分数)范围内,材料的冲击强度能满足使用要求。树脂含量在14%以上时,材料高温热衰退严重,导致摩擦因素下降,高温磨损加剧,磨损量上升;树脂含量过高或过低时,材料将因粘结剂量过少或树脂高温分解导致粘结力下降,使增强纤维存在拔出现象,导致摩擦因素不稳定,材料磨损加剧。因此摩擦材料中基作树脂用量不宜太多,其含量为8%~12%,其中以8%为佳。检测证实采用耐热齐聚物、腰果壳油改性酚醛树脂获得了较好的摩擦性能,并且得出结论,材料的摩擦磨损性能与树脂的耐热性密切相关。在其它条件相同的情况下,随树脂耐热性的提高,材料摩擦系数的稳定性及体积磨损率均得到改善。随着人类社会发展,生产技术进步,生产构造多样化、材料多样化已成为必然,轻质高强材料的发展研制提上日程。通过改进生产工艺、提升施工技术、扩大建筑材料应用范围,发展树脂基复合材料,继续节约建筑能耗,减少环境污染,建筑业的可持续发展一定是现实的。