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    昆明建筑使用碳纖維加固

    時間:2020-05-08 15:37 作者:admin
    你的房子重多少?由輕巧的金屬鋁制表皮組成,該表皮由單個中央門架保持張緊狀態,僅重約1.5噸,約為普通房屋重量的10%。鑒于在地球上運輸原材料和加工材料對環境的影響越來越大,如今,對重量的強調變得更加重要。汽車和航空航天業通過采用新型和較輕的材料并減輕了部件的重量,在稱為“輕量化”的策略上取得了重大進展。這種方法使美國航空公司能夠在1978年至2017年之間大幅提高燃油效率125%。從一級方程式車體到自行車部件,越來越多的碳纖維被用于制造許多超輕型結構。碳纖維通常由編織在一起的碳纖維制成,通常用樹脂或熱塑性塑料涂覆,以形成強度/重量比非常高的復合材料。結果是這種材料的強度和強度是鋼的五倍左右,重量輕了五倍,而剛度則是鋼的兩倍,可以輕松承受熱量和腐蝕,使其成為極端環境的理想選擇。



    盡管碳纖維成本相對較高,但建筑師和工程師已開始使用它來建造建筑物和基礎設施項目,計算設計建筑研究所和建筑結構與結構設計研究所的研究人員在最新工作中使用碳纖維作為杰出的建筑材料:2019年纖維展館在德國的B用透明的ETFE膜包裹著玻璃纖維和碳纖維肋骨制成的圓頂。該團隊對機器人進行了編程,使其能夠以空間排列方式運送492,000以上的纖維絲,從而可以根據結構載荷來改變纖維類型和密度。為了模擬生物系統而設計,碳纖維圍繞著透明的玻璃纖維,以形成類似于彎曲肌肉組織的捆綁結構構件。根據該團隊的說法,單個纖維成分可以支撐“約25噸或超過15輛汽車的重量”。圓頂的自由跨度約為75尺,占地面積為4,305平方尺,由60個組件組成,每個組件每平方米僅重16.8斤。

    盡管ICD/ITKE的工作采用了定制演示的形式,但另一個研究團隊已經在公共基礎設施中廣泛部署了碳纖維。云南大學的高級結構與復合材料中心已經開發出一種由碳纖維增強混凝土制成的復合拱橋系統。該系統專為65英尺以下的單跨橋梁而設計,由一系列碳纖維增強聚合物管組成,這些管在現場填充混凝土,然后在頂部鋪上鋼筋混凝土面板。類似于充氣筏,CFRP試管以緊湊,折疊的狀態運輸到現場,因此被稱為“背包中的橋”。根據該中心的網站,“這些拱門易于運輸,可快速部署,并且不需要搬運傳統建筑材料所需的重型設備或龐大的工作人員。”除了輕巧之外,CFRP管還可以用作混凝土模板,從而消除了對其他材料的需求。它們還可以用作非腐蝕性的混凝土增強材料,這比易生銹的鋼具有明顯的優勢?;谶@些優點,迄今為止,該系統已用于構建23座橋梁。

    這些示例說明了輕便性以及其他材料屬性如何使碳纖維在建筑方面占優勢。但是,當項目還要求增強可持續性時,這種輕度表現如何?

    在2019年12月的《工業周刊》上,高級復合材料制造創新研究所規模擴大研究設施主任王先生解釋說:`碳纖維具有最大的輕量化潛力,但需要很多能源。”根據本發明的研究由能源和國家實驗室的部門進行的,典型的CFRP復合需要每千克800兆焦耳(MJ/kg)的一次能源的,平均來說,在生產的1134MJ的當前典型能量強度/公斤。相比之下,鋼的需求量為50MJ/kg,因此分別節省了1:16和1:22。此外,每生產一噸碳纖維,就會排放20噸二氧化碳。碳纖維也與化石燃料緊密相關,因為最常見的原料是聚丙烯腈,這是石化行業生產的前體材料。通常用于制造CFRP的化學活化樹脂或聚合物也是石油衍生的?!缎l報》2017年的文章“碳纖維:具有骯臟秘密的神奇材料”揭示了碳纖維的生產影響以及回收難度。

    然而,對于特定的應用,碳纖維在運行和實際占用空間之間的權衡取舍。據日本制造商稱,這種材料可顯著降低運輸的能源需求:“當使用碳纖維將汽車的車身結構減輕30%的重量時,每減少1噸二氧化碳將減少50噸二氧化碳碳纖維在10年的生命周期內;當使用碳纖維將飛機的機身結構重量減輕20%時,在相同條件下,將減少1400噸二氧化碳。”

    那么這種材料對不動的建筑物是否具有環境意義?材料重量和體積的減少可以在建筑物生命周期的大多數階段產生積極的影響,因為運輸,安裝和最終拆卸所需的燃料和重型機械更少。對于建筑物而言,關于碳纖維的運營案例是關于節能的一個較困難的論點,但是,盡管這種材料對過熱和環境退化的抵抗力可以延長建筑物的壽命并減少維護。

    為了就是否在建筑中使用碳纖維做出明智的決定,設計團隊必須對建筑物預期壽命內的體現和運營影響進行全面評估。在此我不詳細介紹的另一個關鍵考慮因素是成本。

    從環境角度來講,隨著生物基原料使用量的增加,生產工藝的效率提高以及回收率的提高,材料的性能應得到改善。隨著碳纖維在生態上的日益優勢,用超輕型建筑代替繁瑣的建筑的夢想可能越來越接近現實。

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