复合材料FRP作为绿色建筑材料的应用探究

邹 镕

(湖南劳动人事职业学院，湖南 长沙 410000)

1 复合材料FRP的概述

复合材料FRP是一种纤维增强的复合材料，与纤维材料和基本材料按着一定的比例混合而成，而且是经过了一些工艺技术才形成的一种新型绿色建筑材料。常被应用在混凝土结构的加固中，它属于一种新型的绿色节能建筑材料，近些年来得到了非常广泛的应用和关注。FRP材料具有强度高、质量轻、抗腐蚀性强等优点，所以被应用在建筑工程中。目前常用到的FRP复合材料主要有碳纤维、玻璃纤维和芳纶纤维，因为它们的化学成分不同，所以在力学性能上也是有一定差异性的，但是FRP复合材料总体来说密度都是比较小的[1]。

2 FRP复合材料作为绿色建筑材料应用的优势

2.1 对已经成形工艺的可设计性

在新时期下，随着人们生活水平的提高，仅仅依靠基础物质来满足人们的需求是远远不够的，人们会更加重视精神上的需求，也更加重视个性。尤其是在新时期下，人们对千篇一律的建筑设计已经出现审美疲劳，他们会更加崇尚自由、个性和创新。同时建筑行业与人们的生活和工作都息息相关，所以如何对现有建筑的工艺进行创新，使建筑更加美观和个性是目前建筑行业最关注的问题，也是热点话题。但是想要实现这种愿望，仅仅依靠传统的建筑材料是非常困难的，所以需要去挖掘和探究。而FRP复合材料的出现和应用就能很好地解决这个问题，因为FRP复合材料自身就具有非常高的设计性质，即使对于再复杂的建筑制品来说，也是能很好实现和完成的，而且FRP复合材料还具有强度高、质量轻等特点，能很好地满足我国建筑行业的需求，尤其是大型的建筑行业；当然也给我国的建筑设计工作带来了非常大的发展空间。

2.2 具有良好的力学性能

对于FRP复合材料来说，它是非常轻的，是普通钢铁材料的1/5。金属铝算是很轻的建筑材料了，但是FRP复合材料比金属铝还要轻，而这也是FRP复合材料的最大优势。但并不是说质量轻，强度就会差，经过调查研究发现FRP复合材料的强度比普通钢铁还要高，也正是因为它的这种力学性能，所以决定了FRP复合材料作为绿色建筑材料的应用。在建筑工程中，通过FRP复合材料的应用，不但可以降低基础建筑的承载力，而且对提高建筑质量也是有很大作用的，而建筑质量一旦提高，那么建筑工程的使用寿命自然也会提高。此外，FRP复合材料对成形工艺有可设计性，所以它可以被应用在各种复杂、质量轻和高强度的结构制作中，以此来提高建筑工程的质量，如可以应用在屋顶的组装上、拱形整体的设计上等[2]。

2.3 具有光学性能和很强的装饰效果

在传统的建筑工程中，采光建筑材料的首选就是玻璃制品，但玻璃非常易碎，所以在对玻璃材料进行施工的时候非常困难，而且会增加浪费建筑材料的可能。但是通过FRP复合材料的应用，不但能给建筑行业带来了新的采光材料，而且发挥了自身的光学性能，提高了采光材料的稳定性。举一个简单的例子，如果利用FRP绿色建筑材料作为建筑工程中的采光屋面，那么它的厚度是很薄的，仅仅在1.2 mm左右，所以在这样的情况下，就会降低屋面的重量，提高承载能力，同时FRP绿色建筑材料又有很强的稳定性，也会在很大程度上降低施工的难度，使其安装可以变得更加简单。此外，FRP绿色建筑材料的表面还很容易着色，能很好地满足人们对建筑设计的多样化和个性化要求，在提高建筑工程质量的同时，促进了建筑行业的发展。

3 FRP复合材料作为绿色建筑材料在建筑工程中的应用

3.1 FRP复合材料在建筑工程防护系统中的应用

很多国内外专家都有表明，FRP复合材料应用在建筑工程中，拥着很强大的防护作用，主要表现在以下两种方式：第一，能够对已经受损的建筑进行固定作用，同时还具有修复功能；第二，可以作为新型绿色建筑材料对现有的钢结构和混凝土进行补充，提高其强度和密度，更好地保证建筑工程的质量。防护系统在整个建筑工程中有着非常重要的作用，也是建筑工程中很重要的内容，事故发生的原因以及解决方法对整个建筑防护系统来说，影响是非常大的，所以一定要对建筑结构的内部进行仔细分析，这样才能采集到准确的信息数据，将其用于建筑防护系统的设计和应用中。而FRP复合材料对于建筑工程来说，有效性和应用价值有一定的不同，所以在实际的建筑工程中，需要根据建筑工程的具体情况以及FRP复合材料的性能进行选择，这样能够很好地保证防护效果，而且还能满足相关部门的要求[3]。

3.2 FRP复合材料在建筑工程装饰结构中的应用

FRP复合材料的设计性和灵活性是比较强的，所以它可以根据建筑工程以及人们不同的需求调制成不同的颜色，而且还会有很好透光效果，生产商也是可以通过FRP复合材料的放置位置去选择合适的颜色。FRP复合材料在制成以后，透光率可以达到50%左右，非常符合现代人们的生活，而且具有非常强的环保效果。FRP复合材料与金属材料相比，减少了距离感。此外，因为FRP复合材料中有聚合物存在，所以会增加材料降解的难度，将FRP复合材料应用在建筑工程装饰结构中，会降低损坏的概率，节省了很多的维修费用，而且即使出现了损坏，维修起来也是非常容易的。也正是因为FRP复合材料的这个优势，所以被广泛地应用在了城市景观建筑工程中，在提高建筑工程的美观的同时，还延长了使用寿命[4]。

3.3 FRP复合材料在民用建筑、桥梁以及工业厂房建筑工程中的应用

FRP复合材料在民用建筑、桥梁以及工业厂房建筑工程中的应用主要包括三个方面。第一，对建筑工程的梁进行加固应用。而在对梁加固的作用中又包括抗弯和抗剪，在对抗弯加固的时候，FRP复合材料需要与梁的轴向保持一致，这样能有效地提高梁的承载能力。经过调查研究发现，只要所加固的梁不是超筋梁，承载力通过FRP复合材料的应用是会有非常明显的提高；而在抗剪加固的时候，FRP复合材料要与梁的轴向垂直的，这是在应用FRP复合材料时应该注意的地方。第二，板加固。将FRP复合材料应用在板加固中，有利于提高板结构的美观。第三，柱加固。因为FRP复合材料的弹性模量小，所以会有很强的延性，而且可以提高工作效率，减少工时。

3.4 FRP复合材料在地铁、隧道特殊大型建筑工程中的应用

地铁和隧道都是在地下工作的建筑模式，所以它的承受力与地面建设是有很大差异性的，尤其是山洞的顶部和侧部，会有很大的土压力作用，而且还要有净空的要求，在这样具有一定难度的建筑工程中，如果仅仅通过传统的建筑材料来进行加固的话，是很难起到非常好的作用和效果，但是通过FRP复合材料就能很好地满足要求，应用效果也是非常不错的[5]。主要是因为无论是地铁施工还是隧道，所呈现的裂缝都是不规则的，对建筑材料的应用也有很高的要求，尤其是要具有非常好的抗剪性能，而FRP复合材料就具有这种性能。

3.5 在建筑工程中应用FRP复合材料的正确选择

首先，需要考虑的是环境的影响。FRP复合材料主要是由三种不同纤维复合材料组成的，所以如果将其应用在建筑工程中，需要根据建筑工程的具体情况来选择复合材料。例如，对于非常潮湿或者碱性非常大的地区，最好是选择碳纤维复合材料，而不要选择玻璃纤维的复合材料；在温度变化比较大的地区，可以选择玻璃纤维复合材料。玻璃纤维和芳纶纤维具有很好的绝缘效果，而碳纤维具有可导电性，因此，为了避免钢筋的潜在电流对其腐蚀，在具体的应用过程中，碳纤维复合材料最好是不要与钢筋有直接的接触[6]。其次，要考虑荷载的影响。对于在建筑工程中经常受到冲击和振动荷载的结构来说，最好优先选择芳纶纤维复合材料和玻璃纤维复合材料，因为这两种纤维复合材料与碳纤维复合材料相比，会有很强的韧性和抗冲击性，所以在受到冲击比较大的建筑结构中，应该优先选择前两种；但是对于要求耐蠕变或者是抗疲劳的建筑结构中，碳纤维复合材料又是非常好的选择，因为它的疲劳性能和耐蠕变功能要比其他两种纤维复合材料的效果好很多。最后，要考虑保护层的影响。在建筑工程中，如何正确地去选择保护层的厚度和类型，是要根据对FRP复合材料的要求来选择的，也就是说不同的FRP复合材料对保护层的要求是不一样的[7]。对建筑结构工程设置保护层的目的就是避免因为环境、施工以及人为破坏等给建筑工程带来的损坏，使FRP复合材料的力学性能得到很好的保护。就目前来说，常用的保护层方法主要有两种，其一是在FRP复合材料外部添加树脂胶层，保护其弹性；其二是在FRP复合材料外涂抹一层高强的水泥砂浆。这两种方法都能有效、并且很好地保护FRP复合材料不会受到损害。而通过以上对FRP复合材料的应用分析中可以知道，不同的FRP复合材料在建筑工程中的应用和作用都是不同的，所以在将FRP复合材料应用在建筑工程中的时候，一定要根据建筑工程的实际情况去选择，这样才能将FRP复合材料在建筑工程中的应用价值发挥出来，才能更好地保证建筑工程的质量，延长建筑工程的使用寿命[8]。

4 FRP复合材料作为绿色建筑材料的展望

4.1 发展现状

通过对建筑行业的发展趋势来看，以节能环保、安全可靠为主，在此基础还要轻量化和具有美观性，而FRP复合材料就能很好地满足以上要求，所以它应该被广泛的应用和重视，但是就目前来看，FRP复合材料的应用范围并没有很广泛，也没有得到很大的推广和重视，导致在建筑工程中的应用也比较少。而出现这种现象的主要原因如下：第一，FRP复合材料的生产过程与其他建筑材料相比，有一定的复杂性，所以它的投入成本相对来说比较高，而建筑工程又比较重视经济效益，所以会阻碍到FRP复合材料作为绿色建筑材料在建筑工程中的应用；第二，FRP复合材料的回收再利用性能比较差，就目前来说，一旦FRP复合材料出现报废的情况，是无法进行正确、科学回收的，而如果回收，则会面临很大的投入成本，也间接地阻碍了它的发展和广泛应用；第三，在FRP复合材料应用过程中，缺乏有效的检测技术，而FRP复合材料的可靠性和稳定性又与检测技术有很大的关系，如果FRP复合材料在使用的过程中，无法对性质和应用的实际状况进行检测的话，是无法对FRP复合材料进行可靠性和稳定性保障的，所以阻碍了FRP复合材料的应用和发展。除此之外，我国建筑行业缺乏安全系统评估方法和配套的修复规范，与FRP复合材料低成本、高技术的发展方向有了偏差，最终阻碍了FRP复合材料作为绿色建筑材料的应用和发展[9]。

4.2 发展展望

虽然FRP复合材料在目前的发展上并不是很乐观，应用和推广也受到了制约，但是，在新时期下，我国科学技术水平发展的速度是非常快的，对建筑工程的要求也越来越高，当然也就提高了对建筑材料的要求，尤其是在环保、节能的新环境下，人们更崇尚应用绿色建筑材料。而在社会的发展和进步下，人们的需求也变得多了起来，在这种情况下，传统的建筑材料已经无法满足人们对建筑工程的需求了，甚至在一定程度上限制了建筑行业的发展，而FRP复合材料具有质量好、高强度、耐腐蚀、功能强等多重优点所以能很好地满足人们以及建筑行业发展的需求，而FRP复合材料还在很多重要的建筑工程中，如跨度大、强度高以及工程复杂的建筑工程中实现了耐久性的应用，此外，在各种特殊建筑工程中、加固修复工程以及大型工程结构中也作为了一种绿色建筑材料实现了优越性。由此可以看出，FRP复合材料是一种重大新型材料，它的出现并不是传统意义上地改变和替代传统建筑的钢材和混凝土材料，而是作为一种新型绿色建筑材料对传统建筑材料的补充和添加，使建筑材料的应用可以发挥出更大的作用和优势。就目前来说，关于FRP复合材料作为新型绿色建筑材料的应用和研究，已经成为了建筑行业的热点话题，相信在不久的将来，FRP复合材料一定会在新技术的开发下成为绿色建筑材料而被应用在各大建筑行业中，并打破传统绿色建筑材料在建筑工程应用中的各种限制，迎来更长远的发展和未来，推动我国建筑行业更好的发展[10]。

5 结束语

在我国社会经济的快速发展下，建筑行业也得到了非常大的发展，同时也让越来越多的新型绿色建筑材料和先进的技术应用到了建筑行业，使我国建筑行业进行了改革和创新。而对于绿色建筑材料来说，它不但是新型的节能材料，还是我国可持续发展经济下的产物，拥有着很广泛的应用价值和很顽强的生命力，所以被广泛地应用在了不同的建筑工程中。而FRP复合材料具有质量轻、强度高、耐腐蚀等多种优点，有很大的应用价值，虽然现在应用上受到了阻碍，但是相信在不久的未来，一定会在众多专业研究人员的研究和探讨中，作为绿色建筑材料在建筑行业中广泛应用的。

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