聚合物复合材料

聚合物复合材料耐高温复合材料将两种或多种性质不同的材料组合成一种具有多种性能的材料，新组成的材料的性能优于任何一种基体材料。复合材料用于建筑业已有几千年的历史。稻草用于增强砖中已有2000多年的历史，直至今天仍在沿用此项技术。已有证据证明约在1000年前，希腊就使用金属来增强混凝土梁的表面张力。聚合物复合材料是由诸多聚合树脂制成的多相位材料，如：聚酯、酯树脂及环氧树脂等其他聚合树脂，这些聚合树脂具有填料及增强型纤维，可产生一种比任何一种独立物质性能都要强的疏松物质。填料一般用来减少成本、减少体积密度或增加美观性。纤维用来增强聚合物的性能，改善诸如硬度及强度等的机械性能。高强度玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维以及碳主要用于承载负荷， 聚合树脂可保护纤维，并将纤维凝固成一个粘性结构整体。人们通常称这类产品为纤维复合材料。

多年来，聚合物复合材料在建筑行业中得到广泛应用，诸如浴缸、浴室内阁、覆盖层、装饰、修整等其他领域中。1999年，建筑业成为聚合物复合材料的第二大消费产业，在全球市场消费份额中的比例为35%。最近，建筑业愈来愈多地肯定纤维复合材料在承载结构负载中的应用功能。在土木结构翻修、式样翻新，作为钢筋混凝土以及较少范围的新型土木结构的替代物方面，纤维复合材料为其自身树立了实际可行及具有竞争力的形象。

尽管纤维复合材料在结构性承载应用中的应用频率相对较少，但纤维复合材料常常用来维护现有的建筑结构。此类复合材料还可替代钢，用来加强并重压混凝土，极个别的情况下可用来建造新的土木结构。

金属聚合物复合材料有许多文件证明加拿大、美国及欧洲具有许多需修复的基础设施。据估算，用来修复及翻新这些遍布世界各地的基础设施大约需要9000亿加元。在澳大利亚，据估算每年大约需要5亿美元用来修复完善混凝土结构建筑物。一些传统的修复及翻新方法使用混凝土或外部钢片再次置入建筑物中或改善结构强度及延展性能。混凝土的性能是用来形成复杂的形状，其没顶安装的稳定性能可用于诸如桥墩等的封装部件。人们使用钢来砌合，或装配那些磨损破败的混凝土结构，为这些结构提供相对较小的额外重量，提高其强度与硬度。在过去的十年中， 纤维复合材料作为表面层用来保护和/或提高封装部件性能的案例数量日益增长。在这些案例中，通常将这些纤维复合材料砌合到外部结构的纤维束（纤维包）、 结构建材、金属板、带钢以及钢套中去。复合材料在这些构件中的优点包括将基片材质砌合成一个稳固的复杂的形状。此类复合材料与均质的翻新材料如钢等相比，具有许多潜在优势，可在不增强硬度的情况下，增强强度；还可在不增强强度的情况下，增强硬度。

自20世纪60年代起，就已开始研究使用纤维复合材料增强混凝土。已开发出许多种不受力玻璃钢，包括外表类似于不成形的钢筋棒的（起）肋玻璃钢棒、不变形的电子纤维、与聚酯、乙烯基酯及环氧树脂有关的碳纤维棒、由扁玻璃钢棒制成的电子玻璃网、使用扁钢条及盒状切面的预制钢筋笼。受力玻璃钢增强物也有许多种类，这些增强物通常由棒束或与预应力钢筋腱的轴平行的纤维增强聚合物的成分组成。这些钢筋腱的使用方式与传统钢筋腱的使用方式相同。已有一些学者考虑到了玻璃钢增强物的耐用性，为钢筋的腐蚀问题、混凝土结构耐用性缩短的重要因素方面提出了一个可行方案。根据已有报告，玻璃钢钢筋其他优点包括加固建筑物、提高周转速度、增强适宜性，对阻止无线电波传播及扰乱电磁场的结构具有较高敏感度。

过去30多年内，使用具有卓越性能的玻璃钢复合材料建造了少量的新型承载土木工程。这些土木工程包括：具有复合曲线顶的人行道、车桥以及桥面、吸能路旁栏杆、建筑物系统、标准屋顶冷却塔、工业、化工及近岸通路平台、电传播塔、电杆等其它工程。

纤维复合材料的潜在优势包括高强度、高硬度、裁剪耐用性、良好的抗疲劳性能以及减少长期成本的潜在性。然而，在许多情况下，有时因为似是而非的现实信息及不切题的数据，这些潜在的优势很难实现。除此之外，由于缺乏真实的应用技术，导致人们对设计者的疑问，怀疑他们是否可研制出替代传统材料的可行复合材料。许多现有的应用技术是根据实际试验而总结出的，旨在论证纤维复合材料的性能是否可在某些领域加以应用。

对于纤维复合材料能否用于建筑结构中的疑问非常少。然而，迄今为止，纤维复合材料进入建筑业的步伐非常慢。相关技术文献中列出了许多关于步伐慢的原因。下文就发行成本、结构性能以及耐用性方面进行了论述。

成本可理解为短期成本投资及长期成本投资，短期投资如：设计成本、施工及安装成本等；长期投资如维护成本、修正成本、解构及配置成本等。这些成本可进一步分为直接成本与间接成本：直接成本如材料成本及生产等；间接成本包括运输阻塞、、转售价值、对环境的影响等。

强度及硬度：

纤维复合材料经常被描述为对施工项目具有潜在优势，因为纤维复合材料的高强度及高硬度性能。这主要是根据拥有高硬度及高强度材料的性能，高强度及高硬度的性能可形成应用于某些领域的重量轻的物质结构。来自于重量轻的潜在优势包括在工厂内可自由生成较大的结构、较大的组分，减少装配成本，减少建筑物基础及根基的占地面积。

与传统材料相比，环保-机械耐用性经常被引用为玻璃钢复合材料的重要优点。可将范围较大的组分材料设计成为一种持久耐用的材料，新设计成的材料经久耐用，可很好抵抗环境有形损耗如潮湿、紫外线、化学侵蚀、动力载荷、解冻周期、材料属性变坏的影响。

然而，纤维复合材料在土木工程中的应用时间相对较短，对纤维复合材料的耐用性能的全面了解还有待深入。Liao, K., 等人已提供了许多玻璃钢复合材料在基础设施的长期耐久性方面的考虑因素。然而Karbhari指出缺乏与具有长期使用寿命75—100年土木工程结构有关的数据。美国土木工程基金会（CERF）承担了一项国际研究，该研究旨在缩短与土木工程应用有关的长期耐用性数据缺乏的差距，指出缺乏诸如潮湿影响及碱性解决方案等领域的数据。

尽管将纤维复合材料应用到建材业应用领域需要付出巨大努力，此类纤维复合材料需要与传统建筑材料进行一番较量。然而，长期来看，从环保持续发展方面考虑，一些纤维复合材料比传统建筑材料更具优势。如果钢筋混凝土材料显示出建筑业需要其他新型材料的迹象，此处所说的“长期”可能需要50年或更多的时间。从而为建筑业中的环境可持续发展走向成熟提供了充裕的时间，可能在标准方面会发生一些变化，会出台一些材料选择的标准。可能会将环保问题作为选择材料的重点，如减少使用不可回收利用的自然资源，减少能量消耗。

这一旨在提高材料环保职责的趋势已经出现在其它行业中。例如，欧洲汽车行业正采取 “终身使用”（或“循环使用”，如果材料可循环使用）的材料使用理念。将同样的模式引用到建筑业并非不可取。如果选用此类模式，在使用材料时，需要强调许多重点，如哪些材料是禁止使用的不可回收利用的自然资源，哪些材料是可回收利用的或哪些材料是生物所能分解的。

在建筑物材料选择方面， 除了考虑实际材料特性之外，如，硬度、 强度、 购买力、 耐用性、多功能性以及便于使用等，“绿色”要求也是需要考虑的因素之一。我们传统的三大建材，每种建材都包含其中几种特性，但没有一种建材可同时具有以上所有的特性。最终的目的是开发出一种材料，这种材料既符合建材的一般要求，还符合环境可持续发展的要求。复合材料或许可以提供一种解决方案。它们独特的裁剪性几乎可将任何性能组合在一起，但这种多功能性材料的成本较高。然而，更重要的考虑因素是当前的材料取材范围不适合环保的需求，尽管复合材料行业的声明与这一论断大部分情况下是不符的。例如，生产增强型纤维时如玻璃、碳及芳族聚酸胺纤维等其他纤维，需要巨大的能量，而且，玻璃由一种不可循环使用的能源制成。人们有时称树脂比其他材料更环保一些，如金属等，因为这些金属制品属于石油工业的副产品。然而，石油工业本身并不是可持续发展的工业。同样，某些填料用于为燃煤发电厂废料的树脂系统提供基体，这些系统从长期来看也不属于可持续发展行业，除了需要存储大量的煤之外，还因为污染意识日益成为公众考量因素之一。

复合材料的特点是将两种或多种组分材料组合在一起产生一种新的基体材料，这种新的基体材料性能优于任何一种组分材料。从基础材料中可生成一种更适合建筑物的新型材料，更适于周围的环境。生物复合材料或生物纤维对人们来说不是新概念。多年来。天然纤维如亚麻、棉花、大麻、稻草等一直用于增强性材料。另一方面，具有很好的适用性能的自然基质材料显示了更大的挑战性。可获得少量的自然树脂，如：橡胶、植物树脂、动物胶等。然而，这些自然树脂一般未经过处理，缺少试图获得基质树脂中的性能特点。但这并不能标明目前在纤维复合材料方面所做的努力都是在浪费时间。相反，这些努力对将来更好地推动将来“生物复合材料”方面起到非常关键作用。需研究出适合纤维复合材料用于建筑业方面的方法、系统以及标准，制定出方法、系统以及标准后，同样可适用于新型的纤维复合材料。

自然资源及相关设计方法足够成熟时，允许人们大量使用自然资源时，与建筑材料可持续发展相关的议题可能会变得极为重要。方法、系统以及标准三方面因素的一致性使得自然复合材料明显比传统材料具有优势。

研究开发自然复合材料并探究它们在建筑业中的应用的意义重大。