摘要：針對土木和建築工程的發展趨勢，探討纖維複合材料在土木和建築工程中應用的優勢。介紹了國內外纖維複合材料在土木和建鞏A-A-J- 中應用的進展。
關鍵詞：纖維複合材料，土木工程，建築工程，應用
0、引言
建築工業在國民經濟中佔有很重要的地位，不論是哪一個國家建築工業都是國民經濟的支柱產業之一。隨着社會的進步，人們對居住面積、房屋質量和娛樂設施等提出越來越高的要求，已成爲推動建築工業改革發展的動力。建築工業現代化的發展方向是：改善施工條件、加快建設進度、降低成本、提高質量、節約能源、減少運輸、保護耕地、保護環境和提高技術經濟效益等。爲了達到此目的，必須改善現有的建築材料和發展新型建築材料?。
隨着軍工生產與航空航天而發展起來的纖維複合材料，由於具有良好而獨特的性能，適應了現代工程結構向大跨度、高聳、重載、高強和輕質方向的發展，在土木建築工程中的應用日益擴大。纖維複合材料在建築領域的應用主要分爲兩類：一類是剛性複合材料構件，如粱、柱、骨架結構等;另一類則是柔性複合材料構件，如體育館、停車場和車站的屋頂、野營帳篷等膜構件材料 J。纖維複合材料替代傳統建築材料應用於土木建築工程，既爲紡織行業開闢了新的發展領域，注入了新的活力，同時也爲土木建築業解決一些技術難題如能耗大、不利於環境保護等提供了新的途徑。
本文闡述纖維複合材料在土木建築工程中的特點極其應用等，爲紡織品在該類行業的推廣提供參考。
1、土木建築工程中纖維複合材料的特點土木建築工程中纖維複合材料有如下幾方面特點。
(1)材料性能的可設計性：纖維複合材料作爲結構材料應用時，由於其是基體材料和增強材料等組分材料的組合，既可保持原組分材料的某些特點，又能發揮組合後的新特性，且可根據結構需要進行設計，以滿足單一材料無法達到的性能要求。
(2)高的比強度和比剛度：一些纖維複合材料如碳纖維T300/環氧樹脂5208的比強度是鋁材的6.3倍、鋼材的5倍，比剛度爲鋁材的4。16倍，因此纖維複合材料是一類輕質高強建築材料。
(3)抗疲勞性能好：一般金屬的疲勞強度爲拉伸強度的40% ～50% ，而某些纖維複合材料的疲勞強度可達其拉伸強度的70% ～80% ，具有良好的抗疲勞性能。
(4)良好的抗化學反應和化學腐蝕性：傳統建築材料如鋼筋等不耐腐蝕，尤其在近海工程中，較易與工程周圍的空氣、海水以及污水中的化學物質發生反應，使土木工程不能發揮應有的作用而引起巨大的損失。而大部分纖維複合材料是優良的耐腐蝕材料，用其製作的設備或構件一般具有良好的耐酸、鹼、鹽等化學介質侵蝕的能力。
(5)良好的抗震性能：纖維複合材料相對傳統建築材料自振頻率甚高，不易出現共振，且在通常加載速度和頻率條件下不容易出現因共振而快速脆斷的現象;同時因爲其存在大量的介面，振動阻尼性也很大，一旦激起振動，衰減也快。
(6)過載安全性好：在纖維複合材料中，由於有大量獨立的纖維，當過載時複合材料中即使有少量纖維斷裂，載荷都會迅速重新分配到未被損壞的纖維上，不至於造成土木建築工程中的構件在瞬間喪失承載能力而斷裂。
(7)高美學欣賞性：纖維複合材料組分中的材料纖維是柔軟的，樹脂是可以流動的，其產品的形狀幾乎不受限制，還可以任意着色，從而達到結構型式和材料美學的高度統一。
(8)結構功能/智能化：在土木建築工程中應用智能纖維材料，還可以使結構具有一定的智能功能。例如美國人在建築物中使用智能複合材料製作的樑，在熱電控制下，能像人的肌肉纖維一樣產生形狀和張力的變化，從而根據建築物受到的振動改變樑固有剛性和固有振動頻率，減小振幅，使框架結構的壽命大大延長，達到了建築物結構噪聲與振動的主動控制 J。
2、纖維複合材料在建築行業中的應用
2.1 纖維材料增強混凝土的應用在建築業中，混凝土是一種不可或缺的材料，它的用量也較大，一般多以鋼筋來增強，但由於鋼筋本身易受酸鹼作用產生腐蝕，從而對混凝土造成破壞，因此有必要尋求新的混凝土產品。
纖維混凝土是在對混凝土的創新過程中應運而生的一種產品，最早使用的多爲鋼纖維、玻璃纖維和維綸增強混凝土。目前使用的較爲新型的有碳纖維、芳綸和丙綸混凝土。在纖維增強混凝土中，纖維用來充當增強材料，纖維的本身性能如強度、模量、斷裂長度等和纖維在此中的'空間結構、體積含量等都決定着混凝土的性能。纖維增強混凝土分爲短纖維增強混凝土和長纖維增強混凝土。
短纖維增強混凝土中的纖維一般切成幾毫米至幾十毫米長度，隨機摻人砂漿基材之中，可以替代或部分替代鋼筋。與傳統混凝土相比，它的拉伸強度和抗彎強度大，防裂性能好，多用於內外裝飾板材和部件。長纖維增強混凝土多采用連續碳纖維、芳綸等製成棒狀、網狀或三維異型織物，用環氧樹脂或乙烯酯樹脂製成纖維增強塑料骨架，以替代鋼筋構成新型複合混凝土材料，常用作牆板、護牆板和主體建築物。一般來說，長纖維增強混凝土的性能優於短纖維增強混凝土。
2.1.1 常用各種不同類型纖維混凝土的特點傳統的混凝土結構隨着時間的推移，其腐蝕、劣化問題不斷髮生，其中以鋼材鏽蝕最爲常見。這不僅影響到工程結構的正常使用和壽命，還會產生工程安全事故及隱患。鋼纖維由於成本高，易腐蝕，應用有限;玻璃纖維的拉伸強度高於鋼筋，其重量只有鋼筋的四分之一，受水泥和海水的侵蝕遠遠低於鋼筋，但玻璃纖維易折斷，不耐鹼，應用有污染;丙綸加工工藝簡單，價格低廉，性能優異，丙綸增強混凝土很好地解決了建築生產中出現的問題，避免和減少了鋼材鏽蝕事故的發生，近年來得到推廣應用。碳纖維具有低密度、高強度、高硬度的多種特點，抗拉強度和彈性模量高，導電導磁，能耐惡劣環境，耐磨損，耐高溫，與混凝土粘結良好，但碳纖維因爲導電導磁有些建築不能應用，且碳纖維成本較高;芳綸輕質高強，柔韌性好，力學性能介於碳纖維和玻璃纖維之間，而且是電場、磁場的絕緣體，不會對電場、磁場產生干擾，但芳綸價格也高。新型纖維增強混凝土的應用逐漸增多。
2.1.2 功能、智能纖維混凝土隨着社會和科技的發展，混凝土材料不僅要承受荷載，還要適應多功能和智能建築的需求。纖維複合材料應用於功能/智能混凝土主要有：屏蔽磁場水泥基複合材料、水泥基屏蔽電磁波複合材料、應變自感應混凝土、溫差水泥基複合材料、自修復混凝土、導電水泥混凝土等。
(1)屏蔽磁場水泥基複合材料：爲了使路面和建築物具有屏蔽磁場的功能，一般採用在混凝土中加入別針形的鋼纖維來達到屏蔽作用。研究結果表明，在混凝土中摻人5% (體積)的鋼質別針即可獲得較好的屏蔽磁場效果。
(2)水泥基屏蔽電磁波複合材料：這種纖維水泥複合材料是在水泥基中加入纖維(如碳、鋁、鋼等)來獲得屏蔽電磁波的功能。日本學者採用纖維氈作爲吸附電磁波的功能組分，製作了輕質兼有防震功能且對電磁波吸收可達90% 以上的幕牆。
此外，文獻表明該類型纖維複合材料不僅有屏蔽電磁波的功能，還能用於近年發展起來的智能交通系統導航。
(3)應變自感應混凝土：該類型纖維混凝土是將碳纖維等物質均勻分散摻入到水泥基材中，使其具有自感知其內部的應力、應變和損傷程度的功能。如美國學者將短切碳纖維摻入混凝土材料中，使其可以敏感有效地監測拉、彎、壓等各種狀態下材料的內部情況。
(4)溫差水泥基複合材料：該材料的製備機理是將切短的碳纖維適量摻入混凝土材料中使其具有熱電效應，利用這種混凝土材料能實時監測建築物內外和路面表層、底層的溫度變化以及爲建築物提供電能。
(5)自修復混凝土：該混凝土將含有粘結劑溶液的玻璃空心纖維混入混凝土，混凝土材料在外力作用下發生開裂後，玻璃空心纖維就會破裂而釋放粘結劑，粘結劑流向開裂處，使之重新粘結起來，達到愈傷的效果。此外，美國還根據動物骨骼的結構和形成機理，嘗試製備仿生混凝土材料。其基本原理是採用磷酸鈣水泥(含有單聚物)爲基體材料，其中加入多孑L的編織纖維網，利用多孑L纖維在水泥水化和硬化過程中釋放出聚合反應引發劑，與單聚物聚合成高聚物，聚合反應留下的水分參與水泥水化，使纖維網的表面形成大量互相穿插粘結的有機及無機物質，製成類似動物骨骼結構的無機有機相結合的複合材料。同時當混凝土發生損傷時，多孑L有機纖維會釋放聚合反應引發劑，與單聚物聚合成高聚物，使損傷癒合。
(6)導電水泥混凝土：在水泥基體中摻入適量纖維導電材料碳纖維或金屬纖維，不僅可以使水泥基複合材料具有良好的導電性，還能改善它的力學性能，增加延展性。導電水泥混凝土可應用於工業防靜電結構，道路路面處的化雪除冰，住宅的電熱結構 。