关键词：纤维;纤维增强复合材料(FRP);新型建筑材料;建筑工程
摘 要：传统的建筑材料钢材、水泥、混凝土等存在自重大、抗裂性低、耐腐蚀性差等严重问题,给建筑工程留下很多不稳定因素。纤维增强复合材料(FRP)凭借轻质、高强、耐疲劳、耐腐蚀、保温、吸音、无磁、可设计性强等诸多卓越性能,引起工程界的广泛关注。然而其作为建材的发展仍处于起步阶段,尤其是在新建建筑中尚未得到良好的应用。因而,围绕FRP的材料科学与土木工程两大学科领域的交叉融合研究变得尤为关键。FRP中纤维是力学性能和化学性能的主要贡献部分。常用的增强纤维材料主要包括碳纤维、芳纶纤维、玻璃纤维和玄武岩纤维,其独特的分子结构与化学组成赋予其各自优异的性能。纤维与树脂基体之间的界面结合强度影响FRP性能的有效发挥。采用高能辐射、化学刻蚀、表面接枝等方法对纤维进行改性处理,提高纤维表面的粗糙度与表面能,可有效增强其与基体的机械啮合和化学键合作用。FRP优异的性能使其被加工成纤维布、筋材、板材、管材、格栅、拉锁、锚杆、型材等产品应用于建筑工程领域,目前主要体现在用于既有建筑的加固补强、用作新建建筑的结构材料、用作新建建筑的功能材料三大方面。然而,由于FRP材料力学性能的各向异性、防火性低、性能不稳定及标准体系的不完善等问题,在FRP建材的发展道路上仍需要大量的探索性工作。本文系统总结了四种常用增强纤维的内部结构与组成,从微观角度分析了增强纤维与树脂基体之间的复合机理,建立了FRP宏观使用性能与其内部结构的相关性,同时对不同类型FRP产品性能的整体与差异性进行了分析讨论。针对建筑工程领域典型的FRP产品与构件进行举例总结,重点介绍了近年来国内外FRP作为建材的应用研究进展,提出其发展所面临的主要问题及可能的应对解决措施,同时对FRP的发展趋势进行了展望。通过对FRP结构-性能-应用的综合系统性梳理,以期为实现其在建筑行业的高价值利用提供参考。
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