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        科技資訊
        復合材料在建筑領域的應用案例
        時間:2016年2月3日  來源:汽車輕量化CFRP
         
        在建筑領域里,復合材料的應用一直發展比較緩慢,在建筑工業中發展和使用樹脂基復合材料對減輕建筑物自重,提高建筑物的使用功能,改革建筑設計,加速施工進度,降低工程造價,提高經濟效益等都十分有利,是實現建筑工業現代化的必要條件。

        由美國復合材料制造商協會(ACMA,美國弗吉尼亞州阿靈頓)對《國際建筑規范》(IBC)所做的為人稱道的修改,以及人們對這些材料環境可持續性的認識日漸加深,已經為復合材料在建筑師們所謂的“圍護結構”中贏得了很小的一塊市場。外部的裝飾元素,如檐口、圓柱、窗線、入口門、天窗和光電池板僅是一個開始。業內專家看到了復合材料在墻板、基礎、建筑覆層和屋頂上的巨大商機。2014年,當建筑師們開始響應國際規范委員會(ICC,華盛頓哥倫比亞特區)修訂(2009)的《國際建筑規范》時,這個商機已被開啟。
         
        這其中一個關鍵的里程碑是Kreysler & Associates公司(美國加州)推出的一種名為“Fireshield 285”的覆層材料。它是一種新型玻纖增強復合材料,其設計師表示,這款材料解決了為遵循高層建筑防火規范而遇到的難題。最近,采用Fireshield 285制成的外掛板系統通過了建筑行業最嚴格的防火測試之一NFPA 285的檢測(包括對一個多層立面系統的全尺寸模型進行測試,以檢測其火焰蔓延性)。Kreysler & Associates公司相信其覆層系統能成為通過NFPA 285相關標準的首例,據該公司總裁William Kreysler介紹,這項正在申請專利的工藝涉及到一種樹脂和天然聚集料的專有混合物的合成,它為制品帶來了吸引力,以及耐用和環保高效等優勢。
         
        據報道,Fireshield 285能使設計師們自由地利用玻纖或碳纖維增強復合材料所賦予的輕量化、在形狀和紋理方面靈活的可塑性來創造擁有幾乎是任意形狀、輪廓和紋理的大型立面,并使其符合所有的IBC要求。Kreysler說:“過去從未在計算機模型以外存在的形狀現在成為了可能,且具有獨特、可重復的設計。”

        采用Fireshield 285制成的面板可以合并成大型無縫立面,例如舊金山現代藝術博物館(SFMOMA)新擴建的經過雕刻的10層立面,此覆層整體將呈現一種水平波紋形態。據稱,這能使人想起位于幾個街區以外的加利福尼亞舊金山灣。該立面由Kreysler & Associates公司制作,其700塊面板的蒙皮厚度僅為4.8mm,平均單位面積質量為24kg/m2。

        另一個里程碑式的標志是在住宅建設方面。在過去的100多年中,澆筑的混凝土基墻一直是美國私人住宅的行業標準。而Composite Panel Systems公司(美國威斯康星州伊格爾里弗)獲得專利的Epitome復合材料基墻可能為此帶來了顛覆性的改變。此復合材料基墻由Fiber-Tech Industries公司(密歇根州凱迪拉克)制造,采用了Ashland Performance Materials公司(俄亥俄州都柏林)的阻燃Modar樹脂。
         

        這種墻體概念主要由一個泡沫芯玻纖復合材料板(厚178mm,長7.4m和高2.8m)構成,它帶有必不可少的孔,以用于結構柱和機械安裝。每個面板上的連接凸緣用于相鄰面板的連接。目前,該墻體系統已經在威斯康星州被批準使用。
         
         

        經濟環保

        隔熱性 建筑物的作用是能夠防止由熱傳導、熱對流引起的溫度變化,給人們以良好的工作和休息環境。一般建筑材料的隔熱性能較差,例如普通混凝土的導熱系數為1.5~2.1W(m·K),紅磚的導熱系數為0.81 W(m·K),樹脂基復合材料的夾層結構的導熱系數為0.05~0.08 W(m·K),比普通紅磚小10倍,比混凝土小20多倍。使用該復合材料可以建筑的隔熱系數達到R16.5。當然夾層結構也起到隔音降噪的功能。
         
        另外,FRP復合材料用作修復損傷結構和加固原有結構的有效手段已臻成熟。一個由歐洲8個國家的15個組織組成的團體合作開發針對基礎設施和船舶鋼結構的復合材料修復系統,指望顯著減少橋梁、塔架及其它大型鋼結構的維護費用。

        一個名為“智能復合材料抗地震墻紙”的建筑加固和監控系統獲得了JEC2010“建筑和建設”類的創新獎。一種織入光纖傳感器的多軸向織物涂覆一種用納米粒子改良的聚合物,以提高耐久性。此織物埋入砂漿之中,用來加固和修復易發地震地區的建筑物,從光纖傳感器獲得的數據就可用來監測建筑結構的安全。
         
        利用FRP復合材料來修復和加固混凝土的技術在穩定發展。Hughes兄弟公司在加拿大和美國生產的ASLANTM纖維增強聚合物產品就是一例。此品牌產品包括用于外墻表面混凝土加固的FRP層壓板和用玻璃纖維、碳纖維制造的混凝土加強筋,此筋用作鋼筋的耐久性替代品。

        FRP筋有效地消除了鋼筋混凝土中因鋼筋腐蝕引起的降解問題。復合材料筋耐腐蝕,重量輕,具有良好的力學性能,已由多家廠商制造。加拿大的專業拉擠廠商Pultrall公司從1987年起就生產V-ROD?牌復合材料筋。此產品比鋼筋輕4倍,更易貯運。

        Pultrall公司聲稱其V-RODTM技術在整個生命周期成本方面可比鋼筋成本減少25%之多。
         
        一種名為C-BAR的可彎曲復合材料筋由美國Marshall公司制造。其專利技術可使C-BAR筋在制造時彎曲成特定形狀。這種產品用一種專有的纖維增強聚合物制造,其重量為鋼筋的四分之一,而拉伸強度是鋼筋的1.5倍。
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