证明在建筑中使用碳纤维

证明在建筑中使用碳纤维

建筑行业正在悄然发生巨大变化。传统的建筑材料,如木材和金属,如钢和铝,正在被碳纤维等复合材料所取代。

碳纤维——由细而结实的结晶碳丝制成——越来越多地用于建筑物和结构的建造。长分子链与碳原子结合在一起,然后编织在一起形成布。碳纤维可以铺在模具上并涂上树脂或塑料。

根据定义,碳纤维属于一组复合材料,其“材料结构由宏观可识别的材料组成,协同工作以实现卓越的结果”。

换句话说,碳纤维增加了设计和结构的强度和耐用性。尽管水泥的使用仍然很普遍,但越来越多的项目工程师正在转向使用碳纤维等复合材料来替代木材和金属。

这篇文章将阐述在建筑中使用碳纤维的案例。看看碳纤维最重要的两个例子 ─苹果公司的浮动碳纤维屋顶和世界上第一座由碳纤维加固的混凝土建筑

碳纤维的复合结构可以承受自然力和压力,具有以下特性:

  •  强的
  •  僵硬的
  •  抗拉强度高
  •  低重量强度比
  •  高耐化学性
  •  温度耐受过热
  •  低热膨胀

全球对碳纤维的需求

根据报告,全球复合材料市场规模预计将以 8.8% 的复合年增长率 (CAGR) 增长,到 2025 年将达到 1128 亿美元,高于 2020 年的 740 亿美元。 

此外,欧洲拉挤技术协会(EPTA) 的分析发现,在建筑中,项目经理和建筑商正在意识到拉挤产品的优势,并希望在他们的建筑项目中使用拉挤型材。

而且,尽管由于 COVID-19 预计 2020 年对复合材料的需求将下降,但最终用途行业的封锁结束和复苏将在预测期内刺激需求。

碳纤维的优点

复合型材在全球建筑项目中的需求也在不断增长。事实上,拉挤型材的特性使其适用于商业和住宅市场的众多应用,它们提供了坚固耐用的解决方案。

EPTA 报告称,对于门窗系统来说尤其如此。其他应用包括外饰、装饰、凉棚、柱子和围栏。

碳纤维具有很高的抗拉强度,非常结实。事实上,碳纤维具有高弹性模量 和疲劳强度,这使得它们适用于建筑行业。

碳纤维增强聚合物耐化学品,耐高温,热膨胀小,耐腐蚀。

这些特性使它们成为土木工程中越来越受欢迎的材料之一。

修复受压结构

对于钢筋混凝土 (RC) 或预应力混凝土 (PC) 结构,修复技术涉及使用外部粘合的纤维增强聚合物复合材料层压板。与钢板粘合类似,FRP 层压板粘合涉及使用热固性树脂将薄而柔韧的纤维板粘合到混凝土表面。

该技术用于增加梁和板的抗剪和抗弯能力,并增加柱的约束。该系统不会给结构增加显着的恒载,不会腐蚀,并且可以在相对较短的时间内安装。

使用近表面安装 (NSM) FRP 棒可以提高挠曲强度和剪切强度。也可以将 FRP 杆固定到相邻构件中,这意味着安装时间更短。

楼板和甲板——外部加固受到机械和环境破坏的影响——需要保护层。

如今,从事维修和修复建设项目的工程师强调需要为此类现有结构提供额外的强度。随着时间的推移而退化或存在施工缺陷的结构通常需要一定程度的加固。

桥梁施工

传统上,钢材长期以来一直是公路桥梁钢筋和预应力混凝土的首选材料。尽管钢很坚固,但在极端温度、水和除冰化学品中容易腐蚀和劣化。

碳纤维越来越多地用于修复和建造桥梁,因为它的使用寿命比钢材长,而且不会随着时间的推移而腐蚀。

增强预制混凝土

从2003年开始,预制混凝土中的碳纤维开始量产。现在它通常用于北美的预制构件。

碳纤维可用于面板表面,作为钢丝网加固的替代品,并作为混凝土墙内外部分的机械连接。作为一种非腐蚀性材料,碳纤维网格加强了墙板表面,从而减少了混凝土的使用。使用的原材料更少,最终产品的重量更轻。使用碳纤维网格加固,墙板的重量将比通常的预制板轻约40% 。

碳纤维还可以用作剪力网格,连接夹心墙板的内外混凝土外部,形成一个完全结构复合的热效率单元。为了取代传统的钢网,碳纤维网格作为增强材料集成在双 T 形板中。通过在板中使用碳纤维网格,可以保护墙板免受化学物质的影响,并减轻板的总重量。

碳纤维是纤维混凝土中钢丝的良好替代材料。用于纤维混凝土的纤维通常是聚丙烯腈( PAN)基纤维。它们在与混凝土一起使用时也具有粘性,适用于高负荷地板和道路。在纤维水泥中,碳纤维可以替代石棉,并且不会引起任何吸入问题。

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