【专业讲堂】复合材料在建筑工程领域应用的优点分析

复合材料是为了改善材料的性能而结合两种或更多种材料的材料，并具有清晰的边界。纤维增强塑料（FRP）通常使用芳族聚酰胺、碳纤维、玻璃纤维等纤维增强。与金属材料相比，FRP由于具有诸如高的比强度/比刚度和优异的成型性等优点而在各个领域引起关注。

FRP的主要优点之一是与常规材料相比，它们是在单位密度方面具有高机械性能的材料。因此，复合材料在应用领域具有一系列非常重要的优势。例如，它们允许以高精度获得复杂的形状，它们还具有出色的抗降解性和高度抗腐蚀能力。

在过去的50年中，先进的复合材料已用于各种高性能应用：军用车辆、豪华游艇、大型风力涡轮机叶片、飞机、运动和休闲设备如滑雪板、滑雪板和冲浪板。它们还开始在建筑领域中得到更广泛的应用，它们可以显着减轻重量，并具有创建复杂形状的能力，从而为建筑师提供了更大的设计自由度。精确地讲，使用复合材料进行的设计为建筑行业提供了广泛的应用可能性，例如通过简单改变复合材料的某些成分（树脂的类型、树脂的类型和结构）来优化结构的性能。

如果在过去的100年中，建筑师将自己的设计局限于使用普通的建筑材料（木材、石材、钢、混凝土等），那么如今，复合材料正在使建筑发生革命性变化。它在建筑领域的应用使得逐步取代传统材料成为可能，并且消除了设计师在进行具有设计项目时面临的许多障碍。

迄今为止，复合材料已更普遍地用于二级结构或大型自支撑结构（如穹顶）中。但是最近，一些建筑师和工程师正在开发更复杂的解决方案，以满足一些设计师的创造力以及他们向建筑物和独特作品的设计经典挑战的愿望。这些应用只有在复合材料中才可能实现，因为这些材料的重量轻且能够以非常复杂的形式模制而成。

与传统材料相比，复合材料的主要优点是：

• 高机械强度：复合材料在用作提供高强度元素方面非常有效。它们可以设计成提供特定范围的机械性能，例如拉伸、弯曲、冲击和抗压强度。此外，复合材料零件可以使用具有特定方向的增强件来制造，从而在设计需要时提供额外的强度。

• 美学：凭借其成型复杂，流畅和创新形式的能力，以及整合特殊表面处理和多种效果的能力，它们提供了新的美学可能性。

• 耐腐蚀性：复合材料不会生锈或腐蚀。有许多聚合物基质系统可为大多数温度环境和化学环境提供长期抵抗力。与传统的建筑材料相比，设计正确的复合材料零件使用寿命长，维护成本低。

• 轻量化：复合材料比大多数类似应用中使用的材料具有更高的电阻率。这些可以提供比大多数金属合金更高的重量强度。

• 耐久性：复合材料可持续使用多长时间？有文献显示持续时间超过五十年。与它们通常替代的材料（例如混凝土、钢和木材）相比，聚合物基复合材料是相对较新的材料，因此 尚未在许多使用的组件中达到其预期寿命。

• 设计灵活性：几乎可以使用任何形状的复合材料，构造复杂，大小不限，结构，装饰或它们的组合。复合材料释放了建筑师和设计师的思想，可以测试从原型到生产的新概念。由于具有这种灵活性，当用传统材料（例如木材，钢和铝）制造复合材料时，单个复合材料件可以代替需要多个紧固件的复杂单元组。

• 尺寸稳定性：FRP复合材料即使在严重的机械和环境应力下也能保持其形状和功能。

• 介电性能  ：聚合物基复合材料具有出色的电绝缘性能。

• 高温：用聚合物基体制成的零件和合适的负载在高温应用中表现良好