纖維復(fù)合材料(FRP)主要有四種:碳纖維增強(qiáng)聚合物(CarbonFiberReinforcedPolymer,簡(jiǎn)稱CFRP)、玻璃纖維增強(qiáng)聚合物(GlassFiberReinforcedPolymer,簡(jiǎn)稱GFRP)、玄武巖纖維(簡(jiǎn)稱BFRP)和芳綸纖維增強(qiáng)聚合物(AramidFiberReinforcedPolymer,簡(jiǎn)稱AFRP)。建筑工程中使用的FRP材料中,纖維體積含量一般為60%~65%。
碳纖維(CarbonFiber)是纖維狀的炭材料,具有高強(qiáng)度和高彈性模量的特點(diǎn)。根據(jù)其原料及生產(chǎn)方式不同,主要分為聚丙烯腈基碳纖維及瀝青基碳纖維。前者是把聚丙烯腈纖維在惰性氣體中高溫加熱所獲得的纖維,是高強(qiáng)度型碳纖維。后者是把煤焦油或石油瀝青抽絲后經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成的纖維,是一種高彈性模量型的碳纖維。碳纖維聚合物(CFRP)是以碳纖維為組分,以樹(shù)脂為基體,通過(guò)一定的成型方法形成的單向排列的碳纖維的復(fù)合片材。它具有高強(qiáng)輕質(zhì)、抗腐蝕、耐老化、物理性能穩(wěn)定等很好的品質(zhì)。高強(qiáng)度碳纖維聚合物的抗拉強(qiáng)度可達(dá)到3400MPa,比鋼材高7~10倍,彈性模量有2.3×105MPa至3.9×105MPa等幾種,而常用的碳纖維聚合物片材每平米只有幾百克的重量。同時(shí),根據(jù)自然和加速暴露試驗(yàn)表明,碳纖維聚合物的抗拉強(qiáng)度以及與混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度在相當(dāng)于50年的時(shí)間內(nèi)不發(fā)生改變,具有足夠的耐候性,而且碳纖維聚合物的疲勞性能優(yōu)于鋼和混凝土材料。
玻璃纖維聚合物(GFRP),強(qiáng)度為590~1130MPa,密度為1.5~2.0g/cm3,耐腐蝕性好,用它加固補(bǔ)強(qiáng),可全面提高被加固構(gòu)件的各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)并改善構(gòu)件的受力性能。同時(shí),玻璃纖維聚合物與混凝土的線膨脹系數(shù)接近,與混凝土結(jié)構(gòu)的協(xié)同工作性能良好,且施工簡(jiǎn)便快捷,是一種具有優(yōu)勢(shì)的補(bǔ)強(qiáng)加固材料。玻璃纖維主要有E玻璃纖維(電絕緣性)、C玻璃纖維(耐化學(xué)腐蝕性)、S或S玻璃纖維(高強(qiáng)度)、M玻璃纖維(高彈性模量)和AR玻璃纖維(耐堿玻璃)等。其中E玻璃纖維及其制品在混凝土結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)加固中使用最多。配套樹(shù)脂主要有不飽和聚酯樹(shù)脂(UP)、環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂、熱固性樹(shù)脂(呋喃類樹(shù)脂、三聚氰胺甲醛樹(shù)脂、聚丁二烯樹(shù)脂、有機(jī)硅脂等)、聚氨酯樹(shù)脂以及其他熱塑性樹(shù)脂(聚乙烯、聚丙烯、苯乙烯、ABS樹(shù)脂、聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、聚酰亞胺、聚砜、聚砜醚、聚芳醚酮、聚苯硫醚等等)。其中,環(huán)氧樹(shù)脂在混凝土結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)加固中最為常用。
玄武巖纖維(BFRP):以天然玄武巖拉制的連續(xù)纖維。是玄武巖石料在1450℃~1500℃熔融后,通過(guò)鉑銠合金拉絲漏板高速拉制而成的連續(xù)纖維。玄武巖纖維的顏色一般為褐色,有金屬光澤。玄武巖纖維是一種新型無(wú)機(jī)環(huán)保綠色高性能纖維材料,它是由二氧化硅、氧化鋁、氧化鈣、氧化鎂、氧化鐵和二氧化鈦等氧化物組成。玄武巖連續(xù)纖維不僅強(qiáng)度高,而且還具有電絕緣、耐腐蝕、耐高溫等多種好性能。此外,玄武巖纖維的生產(chǎn)工藝決定了產(chǎn)生的廢棄物少,對(duì)環(huán)境污染小,且產(chǎn)品廢棄后可直接在環(huán)境中降解,無(wú)任何危害,因此是一種名副其實(shí)的綠色、環(huán)保材料。我國(guó)已把玄武巖纖維列為
發(fā)展的四大纖維(碳纖維、芳綸、超高分子量聚乙烯、玄武巖纖維)之一,實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。玄武巖連續(xù)纖維已在纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、摩擦材料、造船材料、隔熱材料、汽車行業(yè)、高溫過(guò)濾織物以及防護(hù)領(lǐng)域等多個(gè)方面得到了廣泛的應(yīng)用。
芳綸(AramidFiber)是芳香聚酰胺纖維的簡(jiǎn)稱。芳綸纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(AFRP)是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來(lái)的高性能結(jié)構(gòu)材料。芳綸纖維除具有高強(qiáng)度、高彈性模量性能外,還有較高的耐熱性能。因?yàn)榉季]纖維是剛性大分子鏈,活動(dòng)性能較差,即使在高溫下也能保持較高的強(qiáng)度。常用的芳綸纖維為芳綸1414,其原絲的抗拉強(qiáng)度為2.67~2.9GPa,彈性模量為38.9~50GPa。如生產(chǎn)高彈性模量的芳綸纖維,必須進(jìn)行熱拉伸,此時(shí)纖維的強(qiáng)度會(huì)略有下降,但彈性模量可增加到88.9GPa,甚至高達(dá)133GPa以上.
纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(FiberReinforcedPolymer,或FiberReinforcedPlastic,簡(jiǎn)稱FRP)是由增強(qiáng)纖維材料,如玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維等,與基體材料經(jīng)過(guò)纏繞,模壓或拉擠等成型工藝而形成的復(fù)合材料。根據(jù)增強(qiáng)材料的不同,常見(jiàn)的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料分為玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(GFRP),碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(CFRP)以及芳綸纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(AFRP)。
纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(FRP)就是一種復(fù)合材料。是一個(gè)范概念。根據(jù)添加纖維的不同具有各種不同程度性能,可以說(shuō)FRP重要的特征是——質(zhì)輕高強(qiáng),而碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(CFRP)則是以添加碳纖維為增強(qiáng)纖維的復(fù)合材料!
到底有多強(qiáng)?CFRP的比強(qiáng)度是鋼材的20~50倍,因此采用FRP材料,將會(huì)大大減輕結(jié)構(gòu)自重增加跨度,拿這個(gè)“HOME”鍵來(lái)說(shuō),由44塊長(zhǎng)約21.3m、寬約3.35m的面板組成,總共重達(dá)80噸,不知道大家對(duì)80噸有什么概念
看了施工照片應(yīng)該有所了解,這個(gè)重量的屋蓋可以采用整體吊裝式施工,如果換成鋼板,大約會(huì)變成320~480噸的“大胖子”正是因?yàn)镃FRP輕質(zhì)高強(qiáng),才經(jīng)受得住周圍玻璃結(jié)構(gòu)的支撐,才有了這“漂浮”的屋頂
回到FRP,其實(shí)我們之前介紹過(guò)這個(gè)材料,就是玻璃鋼,準(zhǔn)確的來(lái)說(shuō)玻璃鋼應(yīng)該是,玻璃纖維增強(qiáng)塑料(GFRP),但同樣具有FRP的輕質(zhì)性高強(qiáng)的特征,特別便于產(chǎn)品的拆卸和組裝,因此,F(xiàn)RP也比較適用于一些臨時(shí)展覽館,
我們的扎嬸就是他的忠粉,香奈兒流動(dòng)藝術(shù)館,從紐約到日本到香港再到巴黎,這一次全球巡回展出,少不得拆拆裝裝,也多虧了FRP的“輕質(zhì)高強(qiáng)”
FRP還有許多其他優(yōu)點(diǎn),比如說(shuō)耐腐蝕、耐候性、形狀設(shè)計(jì)靈活等等,因?yàn)樾螤钤O(shè)計(jì)靈活,使得FRP成為許多異形建筑大師的新寵,比如說(shuō)上面提到的香奈兒藝術(shù)流動(dòng)中心,因?yàn)槟秃蛐?,使得它可以在攝氏-40℃—120℃溫度范圍內(nèi)保持性能穩(wěn)定,幾乎可以蓋遍全球
而這這種質(zhì)輕高強(qiáng)特征,碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料更是被眾多世界汽車廠商,應(yīng)用于超級(jí)跑車的車身上,比如阿斯頓馬丁麥卡倫等等
所以如果一定要說(shuō)FRP具有什么最基本的特征,就是可以根據(jù)適當(dāng)工藝完成任意塑形,第二就是可以作為結(jié)構(gòu)強(qiáng)度構(gòu)件使用,因?yàn)樵谕聊竟こ填I(lǐng)域,他是可以被歸為結(jié)構(gòu)材料的哦!
當(dāng)然有很多朋友問(wèn)價(jià)格,我只能告訴你根據(jù)纖維的不同,貴,很貴,非常貴!常規(guī)的(玻璃鋼)GFRP價(jià)格在1000-2000/平米左右,概念上比GRC整體要貴!
FRP復(fù)合材料的研究開(kāi)發(fā)和應(yīng)用在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家以及日本, 已成為十分活躍的領(lǐng)域。在今后一個(gè)時(shí)期, FRP作為一種高性能材料以其輕質(zhì)高強(qiáng)、耐腐蝕、耐久性能好、施工便捷等性能特點(diǎn), 必將成為各類道路、橋梁、民用建筑結(jié)構(gòu)的養(yǎng)護(hù)、檢測(cè)和維修的必要補(bǔ)充材料, 并得到廣泛應(yīng)用, 給我國(guó)的建筑經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域帶來(lái)不可忽視的綜合效益。