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復合材料成為現代建筑發展新趨勢,讓令人遐想的建筑成為現實
文章來源:賢集網     更新時間:2024-01-03 15:08:19
隨著科技的不斷進步,建筑行業也在不斷進行創新和改進。其中,復合材料作為重要的技術突破,在建筑施工領域引發了巨大的變革。本文將探討復合材料的特點以及對建筑行業的影響。



復合材料是一種由兩種或多種不同材料組合而成的新材料,具有輕質、高強度和耐腐蝕等特點。在建筑領域,復合材料被廣泛應用于結構部件和裝飾材料上。它的優勢在于既能滿足建筑物的結構需求,又能賦予建筑獨特的外觀和設計。



建筑發展趨勢:更輕、更大、更強



與任何其他行業一樣,現代建筑也會隨著行業變化而不斷發展。一個最新的趨勢是越來越多地使用非現場模塊化施工方法。這在很大程度上是由經濟和環境形勢所推動的,在這種形勢下,現場勞動力越來越昂貴和稀缺,建筑項目受到具有挑戰性的環境和可持續性目標的制約。



然而,復合材料卻能提供完美的響應。GFRP和CFRP的高強度重量比,加上它們先進的結構性能,使大型模塊化元件能夠在非現場以低成本高效地制造。與傳統方法相比,當這些材料運到現場,只需少量安裝人員就可以非??焖?、經濟高效地完成大面積的建筑。除了明顯的現場優勢外,在工廠控制的環境中制造通常會產生更高質量、更具成本效益的產品,并大大減少現場缺陷。



環境和壽命成本效益



除了節省時間和成本外,在建筑中使用復合材料還可以帶來強大的環境和可持續性效益。最近一項有關復合材料軌道隧道建設的研究表明,通過使用結構復合材料模塊化元件而不是傳統的預制混凝土,可以減少60%的碳排放。



同一項研究估計,由于預制水平高、構件大、重量輕,結構復合材料模塊化軌道隧道設計可將施工時間縮短80%。使用標準起重設備,小團隊可以快速輕松地處理模塊,極大地減少了安裝時間和現場成本。



復合材料的獨特特性也大大降低了擁有成本。復合材料面板不透水,耐鹽、耐化學品和其他腐蝕性影響,使用壽命長,免維護。這些因素在許多應用程序中都很常見。



幾乎沒有限制的應用



建筑師們尋求獨特的形式來區分他們的建筑。復合材料可以塑造幾乎毫無限制的,通常是自支撐的形狀和飾面,元件的尺寸僅受運輸和安裝限制。自20世紀80年代以來,GFRP材料已成功用于建造大型結構屋頂圓頂。巴林法特赫大清真寺始建于1986年,直徑25米,至今仍是世界上最大的復合材料屋頂圓頂。



近年來,這項技術已擴展到更廣泛的應用領域,包括模塊化結構屋頂系統、立面和覆層元件、裝飾雨棚、遮陽結構等。為碳屋項目設計的世界上最大的自支撐懸臂屋頂最近在沙特達曼竣工。



碳屋20米高的碳纖維懸臂屋頂結構由CFRP筋和拱支撐,不使用鋼支撐。碳纖維板采用高壓釜外預浸工藝生產。每個面板都由內部肋條組成,當組裝時,這些肋條作為一個連續的結構,將荷載轉移到基礎結構上。大約450平方米的面積由16塊外板覆蓋,這些外板又支撐著32塊內部天花板。



在形式和功能必須結合的地方,復合材料提供了完美的解決方案。在沙特最近完工的沙特基礎工業公司總部,遮陽是該地區第一座碳中和的建筑交付過程中不可或缺的一部分。這座龐大的建筑群由24層、15層和13層塔樓組成,旨在與周圍環境緊密結合。玻璃外立面覆蓋著超過30000平方米的高度復雜的幾何遮陽結構,這些結構由玻璃纖維增強塑料制成。



另一個具有挑戰性的形式和功能應用是最近在英國國營鐵路流動橋。這種創新的模塊化GFRP系統旨在提高整個英國鐵路網平交道口的安全性。該套件提供了一系列靈活且具有成本效益的階梯式、坡道式和電梯配置,以適應廣泛的系統,階梯式“S”配置于2023年1月在什羅普郡向公眾開放。



超高性能混凝土:水泥基復合材料



就像用玻璃纖維或碳纖維增強聚合物材料一樣,最近的發展趨勢顯示,水泥基復合材料通過集成微纖維實現了復雜的形狀,并獲得了非常高的結構和強度特性。



超高性能混凝土的引入為建筑師提供了與GFRP或CFRP相似的成型特性,其面板比GFRP更薄、更堅固。該產品使用微纖維(通常直徑小于0.20毫米,長度為9-17毫米)以最大限度地減少橫截面厚度并最大限度地提高彎曲強度。



使用最大粒徑為1毫米的超細材料,并以二氧化硅煙霧作為填充劑,來實現最佳包裝密度,由此產生的產品抗壓強度通常大于120兆帕,抗彎強度為15兆帕至40兆帕。伴隨著高延展性,使非常薄的面板能夠形成復雜、精確的形狀。該產品具有潛力的一個典型案例是溫哥華的Oakridge項目,該項目使用超?。?4毫米厚)UHPC面板設計和建造了模塊化的“避難所吊艙”。



每個吊艙尺寸為4米×3米,由12個高度復雜、精確的UHPC面板和集成的UHPC座椅組成,這些面板以模塊化形式運輸,在安裝前在溫哥華組裝。完全組裝好的模塊被提升到位并連接到建筑結構上。富有遠見的開發商Westbank正在通過這種獨特而創新的應用,對一種真正先進的復合材料進行改造,從而改變溫哥華的天際線和建筑景觀。



氣凝膠復合材料



在建筑領域,保溫材料種類繁多,主要分為兩大類:無 機棉類保溫材料和有機高分子類保溫材料。無機棉類保溫材料具有優異的防火及耐高溫性能,但吸水能力強且吸水 后產品本身保溫效果變差;有機高分子保溫材料具有質輕、 導熱系數低、吸水率低等特點,曾經在建筑保溫材料市場中占據主流地位。



但隨著國家對產品防火性能要求的提高,很大程度上限制了其在國內建筑中的應用。氣凝膠復合制品因其優異的保溫性能、防火性能和高溫穩定性等,同時滿足了建筑領域對保溫材料的保溫及防火要求,已成為建筑保溫領域中備受關注的新型材料。氣凝膠是由膠體粒子或高聚物分子相互聚集構成的具有納米多孔網絡結構,并在孔隙中充滿氣態分散介質的 一種高分散固態材料,其固體相和孔隙結構均為納米尺度。氣凝膠被譽為世界上密度最小的固體之一,密度為3.0kg/m3,僅為空氣密度的2.75倍,被稱為“凍結的煙”。正是由于其微觀結構呈現出“蜂窩狀”的多孔形貌,使其具有比表面積大、孔隙率高、密度低、熱導率低等特點。

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來源:賢集網
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