装配式建筑材料中的玻璃钢

装配式建筑材料中的玻璃钢

预制是一种建筑方法,其中建筑构件在受控环境中制造,运输到建筑工地,然后组装成建筑物。

最近的研究表明,装配式住宅建筑的总能耗降低了20.5%,资源枯竭降低了35.8%,健康影响降低了6.6%,生态系统破坏降低了3.5%。通过使用纤维增强聚合物(FRP)增强材料,可以进一步提高预制建筑和建筑材料的性能。

预制是一种越来越流行的传统建筑工艺替代方案,在传统建筑工艺中,钢铁、木材和混凝土等原材料被运送到建筑工地,并在建筑环境中进行制造。除了更安全和更环保之外,建筑构件的非现场制造还允许更高程度的过程控制和一致性。这最终会在施工过程中提高效率,并使成品建筑更安全、更坚固。

由于具有高强度重量比和易于使用等多种优越性能,玻璃钢在建筑行业的应用越来越普遍。玻璃钢可用于梁、柱和板等结构元件以及非结构或装饰元件。玻璃钢钢筋也经常用于代替混凝土结构中的钢筋,作为混凝土梁中钢板的替代品,以及作为连接预制混凝土夹层(PCS)墙的连接件。与所有建筑材料一样,重要的是要了解玻璃钢的特性将如何影响最终结构。

在预制建筑项目中考虑玻璃钢时,您应该了解以下几点。

  • 耐腐蚀性能

像梁这样的混凝土结构构件通常由混凝土材料制成,例如用钢筋加固的波特兰水泥。混凝土提供对压缩载荷的抵抗力,而钢筋抵抗和分配剪切和拉伸载荷。然而,由于环境暴露,钢筋的耐腐蚀性较差。这会导致使用寿命缩短和关键物理性能(包括屈服强度、抗弯强度和弹性模量)整体下降。钢筋的腐蚀最终会缩短结构的使用寿命,增加维修/改造成本,并会影响结构完整性。

玻璃增强玻璃钢(或GFRP)被认为具有比钢筋更高的抗拉强度。G玻璃钢钢筋还对混凝土中的环境水分、盐和碱表现出令人印象深刻的耐腐蚀性。事实证明,这种特性组合对码头、码头和桥梁建设等海洋基础设施项目特别有利。

在一项研究中,澳大利亚和加拿大的海洋结构在-35至+35°C(-31至95°F)范围内的极端温度长达8年并反复暴露于天然海洋氯化物和除冰盐中后未出现腐蚀。所有采样的G玻璃钢中的基质聚合物都完好无损,未改变其原始状态。FTIR和DSC分析表明没有发生水解,基体材料的转变温度没有显着变化。对于包括环氧树脂、聚酯和乙烯基酯在内的一系列热固性树脂,观察到了类似的结果。

用钢筋和G玻璃钢钢筋加固的混凝土模板之间的直接比较进一步证明了玻璃钢卓越的耐腐蚀性的价值。在水中浸泡28天后,G玻璃钢增强样品的抗拉强度比钢筋高约13%。G玻璃钢的屈服应变高出约58%。更定性的分析表明,G玻璃钢钢筋混凝土比钢筋混凝土或未钢筋混凝土表现出更好的断裂行为。尽管所有材料均发生脆性断裂,但G玻璃钢钢筋混凝土并未发生完全破碎。换句话说,虽然出现了断裂线,但材料仍然是一体的。

玻璃钢钢筋是钢筋的替代品,易于处理和安装,无需维护,并且具有令人印象深刻的耐腐蚀性。这些特性使玻璃钢棒材成为用于预制操作的有吸引力的材料。与钢材相比,玻璃钢钢筋的重量较轻,这意味着预制建筑构件运输到建筑工地或您的客户的成本更低。

  • 剥离

预制结构中使用的混凝土梁和板经常与钢板粘合,以提高强度和刚度。不过,这些改进是有代价的。在实际达到其设计强度之前,钢筋往往会过早地脱离混凝土模板。这种分离-也称为剥离-是由板端集中的机械应力引起的剥离作用。这通常发生在带有侧板、角板和张力面板的梁中。

用碳纤维(CFRP)和玻璃纤维(GFRP)增强的玻璃钢越来越多地被选为钢板的替代品。玻璃钢具有广泛的优势,包括如上所述的高强度重量比和耐腐蚀性,以及允许高度定制。尽管增强玻璃钢板的弹性模量较低,但玻璃钢镀层梁的剥离机制与镀钢梁的剥离机制相似。尽管通过类似的机制发生,玻璃钢在剥离行为方面提供了显着改进。

与镀钢梁相比,镀玻璃钢梁更不可能因弯曲剥离而脱粘。玻璃钢增强材料还表现出改进的剪切剥离行为。玻璃钢的柔韧性允许抗剪箍筋在腹板剪切裂缝开始形成后有效地承载剪切荷载。相比之下,较硬的钢筋无法将剪切载荷传递到箍筋,并从混凝土梁上剥离。

C玻璃钢和G玻璃钢增强材料提供的强度和柔韧性之间的独特平衡导致剥离显着减少。这使它们成为预制混凝土梁和其他建筑构件中传统钢板的理想替代品。

  • 防火性能

在理想情况下,我们无需担心建筑材料在极高温度下的热行为。但结构火灾是一个现实,我们在选择建筑材料时需要考虑到这一点。玻璃钢板材和钢筋被用作混凝土构件的内部钢筋,这些混凝土构件进入停车场、多层住宅楼和工业设施等结构,其中耐火性是主要设计要求。

在一项研究中,将基于乙烯基酯树脂的G玻璃钢和C玻璃钢棒材放置在窑内,并用液压千斤顶施加压力,以模拟结构火灾中可能遇到的情况。G玻璃钢和C玻璃钢在高达350°C(662°F)的温度下都保持了非常高的原始刚度。在此温度下,G玻璃钢和C玻璃钢的拉伸应力和模量与钢材相当。在高于200°C的温度下,G玻璃钢表现出比C玻璃钢更好的性能。G玻璃钢的拉伸模量在高达400°C时仍保持相当稳定,保持其环境温度值的90%左右。

尽管C玻璃钢的性能下降幅度更大,但这可以解释为C玻璃钢在环境温度下最初表现出更高的强度。在高温下,树脂变得比增强纤维更具影响力,因此在实践中,C玻璃钢和G玻璃钢实际上在高温下表现出相似的强度。

在结构火灾中遇到的温度下,玻璃钢钢筋的失效强度几乎以线性速率下降,直到在大约500°C时达到零,而弹性模量在300-400°C之前几乎保持不变。玻璃钢增强材料的失效最终取决于用于将增强纤维粘合在一起的树脂的热分解温度。这凸显了选择具有适当耐火度的基体树脂的重要性。幸运的是,通过在拉挤成型之前或期间向树脂中加入阻燃添加剂,可以在一定程度上调整该特性。

玻璃钢的耐火性已在至少一个极端的真实示例中进行了测试,在该示例中,电线杆在一场全面的森林火灾中幸存下来,而结构完整性没有受到影响。尽管它们的耐火性能不如钢材坚固,但玻璃钢增强材料即使在极端温度下也能保持令人印象深刻的性能。当与其他令人印象深刻的特性(如耐腐蚀和抗剥离)相平衡时,玻璃钢的耐火特性使其非常适合在耐火性是设计要求的各种结构中的预制应用。

结论

预制建筑为传统建筑技术提供了一种环保且具有成本效益的替代方案。环保的玻璃钢增强材料非常适合用于预制结构构件。

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