用玻璃钢解锁绿色建筑材料

虽然纤维增强聚合物(FRP)本身就是很好的建筑材料，但它们作为增强材料与木材和混凝土等更传统的建筑材料结合使用正受到广泛关注。

推动使用玻璃钢的一个因素是它能够为环保材料增加强度和耐用性，否则这些材料可能不适用。将玻璃钢与传统建筑材料甚至建筑垃圾相结合，可以获得具有卓越物理性能并减少环境影响的新型混合产品。

全球生产的所有玻璃钢中约有四分之一用于建筑，这是有充分理由的。它们具有出色的抗拉强度，能抵抗热和湿度引起的变形，具有强大的耐化学性和耐候性，并且在运输和储存过程中比钢或木材等材料需要更少的重型设备。

与木材和混凝土等传统材料相比，玻璃钢建筑材料相对较新。自1930年代以来，玻璃钢一直用于船舶、汽车和航空航天应用，并且在土木工程中的应用已超过50年。虽然玻璃钢本身是一项相当成熟和经过时间考验的技术，但新的研究和开发正在不断拓宽它可以使用的产品和应用范围。对更环保的建筑和建筑材料的渴望是推动玻璃钢创新的一个因素。

玻璃钢和再生混凝土

随着我们的城市不断发展、扩张、翻新和现代化，旧建筑和基础设施的拆除是不可避免的。就产生的废物量而言，该过程会对环境产生重大影响。寻找再利用和回收建筑和拆除废物的方法是改善拆除和建设对环境影响的最有效策略之一。

再生混凝土骨料(RCA)可由拆除和施工过程中产生的废物生产，可用作新混凝土中的骨料材料。直到最近，由于收缩、吸水、强度降低、弹性模量和耐用性等问题，RCA在结构应用中的使用一直受到限制。

RCA基混凝土结构构件与FRP复合形成混合材料时，其力学性能可与天然混凝土一样好或更好。玻璃钢在土木工程应用中的使用已经很成熟，特别是在对现有建筑物进行改造以提高结构稳定性的应用中。通过将基于RCA的混凝土限制在玻璃钢管内，拆除废物可以转化为RCA，作为减少废物处理对环境影响的一种手段。

最近的发展导致玻璃钢约束RCA复合材料具有更好的抗震性能。现在可以通过控制玻璃纤维增​​强聚合物外层的厚度、玻璃纤维的缠绕角度和方向以及轴向载荷等参数来提高耗能能力、变形能力、抑制屈曲和提高延展性比率。

将RCA与基于玻璃或碳纤维的玻璃钢相结合，可以将原本会被丢弃的混凝土建筑和拆除废物重新用于新建筑和基础设施项目。这使废弃混凝土远离垃圾填埋场，并避免了开采用于混凝土生产的天然骨料材料对环境的影响。

玻璃钢和海水/砂混凝土

传统的混凝土配方依赖于淡水和河沙。这可能导致淡水供应受到污染和耗尽，以及河沙开采造成的环境破坏。海水砂混凝土（SSC）不需要淡水，提取的海砂可以通过潮汐作用快速补充。因此，SSC比传统混凝土配方更环保。它特别适用于沙子和海水丰富的珊瑚礁工程和码头建设等海洋应用。然而，SSC中存在的氯离子的腐蚀作用阻碍了它在许多建筑应用中的广泛使用。

通过使用玻璃钢，可以减轻SSC中残留盐分的腐蚀作用。基于玻璃钢和SSC的混合建筑材料从类似于RCA的策略开始。这种方法采用包裹有玻璃钢外层的碳钢管。为了避免钢管腐蚀，还采用了玻璃钢包裹的内层。外部玻璃钢层可防止钢管外表面腐蚀和风化，而内部玻璃钢衬里可防止SSC中存在的盐引起的腐蚀。

与传统混凝土配方相比，有效的玻璃钢限制策略可以提高强度和延展性。因此，玻璃钢为以前遥不可及的基于SSC的新型混合建筑材料打开了大门。这最大限度地减少了对淡水供应的影响，减少了河沙开采对环境的影响，并允许在没有现成淡水源的海洋区域现场生产混合建筑材料。

玻璃钢和木材

玻璃钢还可用于增强木材/木材建筑材料的物理性能。加固木材产品的方法包括玻璃钢条的表面安装、将玻璃钢条开槽到凹槽或凹槽中、近表面安装拉挤玻璃钢棒或条以及用玻璃钢包裹。工程木制品，如结合玻璃钢的胶合层压木（或胶合木），可提供更高的尺寸稳定性和更大的设计灵活性，允许建造从直梁到弧形拱门的任何东西。

节和裂缝等自然缺陷会对木材结构元件的机械性能产生重大负面影响。这些结构会因长时间的老化和风化而进一步恶化。玻璃钢可用于控制现有裂缝并延缓其扩展。玻璃钢还允许修复或修复老化的木结构，以延长其使用寿命。这对于修复历史悠久的木结构建筑以及建造新的、结构合理的现代建筑至关重要。

最近的研究表明，玻璃钢加固木梁在弯曲过程中因脆性断裂而导致破坏速度较慢。选择具有较高弹性模量的FRP材料可以增强抗弯曲性和最大挠度。

在使用增强型或改造型木材时，木材和玻璃钢之间的粘合质量是主要问题。通过选择合适的材料和增强技术可以克服这一挑战。增加粘合宽度和长度可确保充分粘合并导致更高的刚度和极限弯曲强度。

通过使用单组分聚氨酯将玻璃钢增强构件粘合到木材上，可以避免分层和滑动失效。使用低粘度慢速固化树脂的环氧树脂基玻璃钢系统由于更深地渗透到木材基材中而具有更高的粘合强度。选择正确的树脂后，控制限制就变成了木材基材的强度，而不是玻璃钢与基材之间的粘合强度。