劉少杰 王劍

摘 要：復(fù)合材料，是由兩種或兩種以上不同性質(zhì)的材料通過物理或化學(xué)的方法，在客觀（微觀）上組成具有新功能的材料，各種材料在性能上互相取長補(bǔ)短，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，使復(fù)合材料的綜合性能優(yōu)于原組成材料而滿足建筑工程中各種不同的要求。

關(guān)鍵詞：復(fù)合材料，基本特性，建筑工程

1 復(fù)合材料的基本特性

復(fù)合材料是由兩種或兩種以上不同性質(zhì)的基本材料，通過物理或化學(xué)的方法，在宏觀（微觀）上組成具有新功能特性的新型建筑材料。各種材料在性能上相互取長補(bǔ)短，產(chǎn)生一定的協(xié)同作用，使復(fù)合材料的綜合性能優(yōu)于原組織材料的單一性質(zhì)，從而滿足各種新型智能建筑的各種不同需求。

1.1 復(fù)合材料的構(gòu)成及形態(tài)

復(fù)合材料由種類不同，性質(zhì)差異很大的幾種材料及其界面（相）層所組成，在結(jié)構(gòu)上大多為多相固體材料，經(jīng)過一定的設(shè)計(jì)及功能需要復(fù)合而成，通過復(fù)合效應(yīng)獲得原組份材料所不具備的性能或在性能上產(chǎn)生協(xié)同作用，在復(fù)合材料的意義層面上與幾種物質(zhì)簡單的混合有著本質(zhì)的區(qū)別。簡而言之，復(fù)合材料是由連續(xù)基體相和分散增強(qiáng)相及相對應(yīng)的界面相所構(gòu)成。組成復(fù)合材料的增強(qiáng)體和基體有時候也被人們稱作為增強(qiáng)相合基體相。另外，還有一種稱作界面相，界面相是增強(qiáng)相和基體相兩相之間存在的界面，由于它的特殊結(jié)構(gòu)被稱作復(fù)合材料中特殊的界面相。

1.2 復(fù)合材料的特性及分類

復(fù)合材料都是由于多種不同的相復(fù)合而成的材料，因此復(fù)合材料有著共同的一些特征，主要有以下三點(diǎn)：一是能夠發(fā)揮利用各種組成材料的優(yōu)點(diǎn)，使一種材料具有構(gòu)造相所擁有的多種優(yōu)良性能，使其具有天然材料所沒有的綜合性能；二是能夠根據(jù)材料性能的需要進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造；三是可根據(jù)其所需形狀進(jìn)行設(shè)計(jì)，這樣可以避免多次加工工序。當(dāng)然，在一定條件下也會出現(xiàn)一些缺陷。在一些條件下，由于濕熱、機(jī)械應(yīng)力、紫外線、化學(xué)侵蝕的作用，會使得復(fù)合材料的性能變差，即發(fā)生所謂的老化現(xiàn)象。

按照復(fù)合材料的來源分類，復(fù)合材料基本上可分為天然復(fù)合材料和人工復(fù)合材料兩種。由于構(gòu)成復(fù)合材料的基體不同，復(fù)合材料又可以分為樹脂基、金屬基和無機(jī)非金屬基復(fù)合材料。按照復(fù)合材料中的增強(qiáng)體的形態(tài)分類又可分為顆粒增強(qiáng)、短纖增強(qiáng)、晶須增強(qiáng)、連續(xù)的長纖增強(qiáng)、多維編織布增強(qiáng)和三維編織體增強(qiáng)等幾個類型。在目前復(fù)合材料的應(yīng)用上，可把復(fù)合材料分為結(jié)構(gòu)復(fù)合材料、功能型復(fù)合材料以及智能型復(fù)合材料三個大的類別。按照增強(qiáng)材料的品種不同可以分為玻璃纖維復(fù)合材料、碳纖維復(fù)合材料以及有機(jī)纖維復(fù)合材料等。

2 復(fù)合材料在建筑工程中的應(yīng)用

復(fù)合材料發(fā)展到今天，品種已經(jīng)十分繁多，但常見的分類方式主要有兩種。一種是根據(jù)金屬性分為金屬和非金屬兩大類，一種是根據(jù)用途分為常用和先進(jìn)兩大類。從基體角度來說，金屬類的基體常用的有銅、鎂、鋁、鈦以及其它的合金等金屬類基體，非金屬類基體主要有合成樹脂、橡膠、陶瓷、石墨、碳等非金屬類。從增強(qiáng)體角度來說，增強(qiáng)體材料主要有玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、芳綸纖維、碳化硅纖維、石棉纖維、晶須、金屬絲和硬質(zhì)細(xì)粒等。

按照常用和先進(jìn)分為兩類時，根據(jù)其應(yīng)用的成都進(jìn)行分類，常見的如玻璃鋼便是由玻璃纖維等性能較低的增強(qiáng)體與普通樹脂基構(gòu)成。因其價(jià)格低廉從而大量發(fā)展，已廣泛用于船舶、建筑結(jié)構(gòu)、車輛、化工管道和貯罐、體育用品等方面。這一類稱作常用復(fù)合材料。諸如陶瓷基、碳（石墨）基和金屬基等為基體，碳纖維、芳綸、等高性能耐熱聚合物為增強(qiáng)體的復(fù)合材料，雖然性能十分優(yōu)異，但是由于其相對比較高昂的價(jià)格，目前只能用在國防工業(yè)、航空航天、機(jī)器人結(jié)構(gòu)件、精密機(jī)械、深潛器和高檔體育用品等，很難廣泛應(yīng)用，此類稱作為先進(jìn)復(fù)合材料。

因此，目前來說，在建筑領(lǐng)域主要應(yīng)用的便是以非金屬類復(fù)合材料，常見的有合成樹脂、橡膠、玻璃纖維、碳纖維、石棉纖維等。

2.1 合成樹脂

樹脂基復(fù)合材料在建筑工業(yè)中對減輕建筑物自重，提高建筑物的使用功能，改革建筑設(shè)計(jì)，提高經(jīng)濟(jì)效益，降低工程造價(jià)，加速施工進(jìn)度等都十分有利，是實(shí)現(xiàn)建筑工業(yè)現(xiàn)代化的必要條件。目前在建筑中樹脂基主要應(yīng)用在：承載結(jié)構(gòu)，例如：承重折板、屋面板、粱、柱、基礎(chǔ)、桁架、樓板等；圍護(hù)結(jié)構(gòu)，主要有各種波紋板，各種復(fù)合板，夾層構(gòu)板，折板結(jié)構(gòu)、整體式和裝配式殼體結(jié)構(gòu)等；采光制品，常用于工業(yè)廠房、農(nóng)業(yè)溫室、民用建筑以及大型公用建筑的屋頂、天窗及圍擴(kuò)墻面采光等；給排水工程，如各種規(guī)格的高位水箱、給水玻璃鋼管、防腐排污管、化糞池等；門窗裝飾，常用于工業(yè)及民用建筑，裝飾板用作吊頂、墻裙、大型浮雕等；另外，還被應(yīng)用到采暖通風(fēng)、衛(wèi)生潔具、高層樓房屋頂建筑和其他一些特殊建筑等。

2.2 橡膠

到目前為止，橡膠在建筑領(lǐng)域中的應(yīng)用十分廣泛，僅次于交通運(yùn)輸領(lǐng)域，是第二大用膠大戶。橡膠在建筑領(lǐng)域中，既應(yīng)用到傳統(tǒng)應(yīng)用（如工程施工機(jī)械的輪胎、傳動帶、運(yùn)輸帶、膠管、施工人員的作業(yè)服、防護(hù)罩、勞動靴、安全帽和施工現(xiàn)

場常見的膠板、蓬布等橡膠制品等）又是直接應(yīng)用于建筑物和構(gòu)筑物主體的建筑材料。由于橡膠具有其它建筑材料所沒有的伸縮性、氣密性、防水性、阻尼性和緩沖性等集中在一起的優(yōu)異的特性，因而成為在現(xiàn)代建筑上的重要一環(huán)，使用數(shù)量和范圍逐年在擴(kuò)大增加，目前橡膠建筑材料已發(fā)展到數(shù)千種之多。目前應(yīng)用的橡膠建筑材料主要有橡膠防水材料、橡膠密封材料、橡膠支撐與隔震材料、橡膠鋪裝材料等4大類型。

2.3 玻璃纖維

目前，玻璃纖維是復(fù)合材料中使用最廣泛的纖維增強(qiáng)材料。根據(jù)目前的使用情況和形勢，玻璃纖維在未來將仍舊占據(jù)很大的市場。我國對玻璃纖維的使用起源于20世紀(jì)50年代初期，當(dāng)時是用作絕緣材料，直到50年代末期才得到迅速發(fā)展，直到現(xiàn)在，玻璃纖維已經(jīng)廣泛使用于建設(shè)和發(fā)展中?，F(xiàn)今，玻璃纖維在建筑工程中也占有很大的比例，主要應(yīng)用在玻璃鋼，玻璃纖維增強(qiáng)水泥，內(nèi)外墻保溫材料，建筑防水材料，建筑防火材料這些方面。

2.4 碳纖維

碳纖維近年來開始進(jìn)入建筑工程市場，簡單的說，碳纖維市一中含碳量極高（大部分碳纖維的含碳量在95%以上，含量在99%以上的稱為石墨纖維），并且在功能上具有高強(qiáng)度、高模量的新型材料。

盡管碳纖維可以直接單獨(dú)使用就能夠發(fā)揮某些作用，但是碳纖維屬于脆性材料，只有將它與基體材料牢固的結(jié)合到一起，才能充分的利用其優(yōu)異的力學(xué)性能，使之更好的承載負(fù)荷，所以，碳纖維主要在復(fù)合材料中做很好的增強(qiáng)材料。并且可以根據(jù)目的的不同選用不同的基體和復(fù)合方式來達(dá)到所要求的效果。

目前，應(yīng)用到建筑工程中的技術(shù)最廣泛的就是使用碳纖維加固技術(shù)。碳纖維加固技術(shù)于80年代起源于美國，中國對這項(xiàng)技術(shù)起步較晚，于90年代末方才從國外引進(jìn)。目前，加固主要有纖維布加固和纖維板加固兩種，通過碳纖維的加固對一些承載力不足的建筑構(gòu)件進(jìn)行加固，從而避免了因構(gòu)筑物不合格而重建的損失。對于已投入使用但不滿足現(xiàn)有荷載要求的建筑物，進(jìn)行加固，維修來滿足對荷載的要求。

目前，我國對碳纖維的研究不斷推進(jìn)，已有數(shù)十所高校和研究所對其研究，并逐漸趕上世界先進(jìn)技術(shù)，面對我國巨大的建筑市場，碳纖維技術(shù)將會有很大的前景與增長趨勢。就目前情況來看，在一般建筑工程中碳纖維應(yīng)用還不夠廣泛，但是它的市場前景很廣闊，在很大程度上能夠適應(yīng)現(xiàn)代高智能化的新型建筑工程。

3 結(jié)束語

建筑工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中占有很重要的地位，不論是哪一個國家，建筑工業(yè)永遠(yuǎn)是國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)之一。隨著建筑行業(yè)的快速發(fā)展，復(fù)合材料在土木工程中的應(yīng)用已經(jīng)越來越廣泛.隨著社會的發(fā)展，建筑的要求日益嚴(yán)峻，追求性價(jià)比的同時還要要求環(huán)境的保護(hù)，復(fù)合材料作為新型的建筑材料應(yīng)更加加大研究。其不僅能夠有效地節(jié)約材料，還能提高材料的應(yīng)用效率，具有很廣闊的應(yīng)用前景。我國也應(yīng)結(jié)合國外復(fù)合材料的研究生產(chǎn)符合我國現(xiàn)狀的復(fù)合材料，從而滿足經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展帶來的各項(xiàng)要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]朋改飛.土木工程材料[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社出版，2008.12.

[2]劉雄亞，復(fù)合材料新進(jìn)展[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.3.

[3]黃家康.復(fù)合材料成型技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.2.

[4]杜善義.復(fù)合材料及其結(jié)構(gòu)的力學(xué)、設(shè)計(jì)、應(yīng)用和評價(jià)[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1998.

[5] 車劍飛，黃潔雯.復(fù)合材料在土木建筑中的應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

[6]高娜.纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在土木工程中的應(yīng)用[D].西安：西安工業(yè)大學(xué)，2012.