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纺织品“跨界”建筑领域大有可为
/文 2014/10/29
说起混凝土,大家一定感觉硬如磐石,可实际上混凝土并没有我们想象中的那么坚固,其受到拉伸应力或冲击负荷时会产生脆性断裂,而目前由苏州大学、苏州丝绸博物馆与吴江振兴实业有限公司联合研发的建筑补强用结构材料有望解决这一问题。
据了解,纤维增强技术纺织品是增强纤维(如碳纤维、玻璃纤维、一些天然纤维等)、基体及各种粘合剂的有效整合和共同作用。为了适用于不同的应用领域,通过各种独立元件的组合形成的建筑构件及具有不同性能的建筑材料。
近些年,世界各国对建筑用纺织品给予了极大关注。随着城市建筑的发展,许多更加节能环保、轻质、耐用,并具有各种功能性的建筑用纺织品越来越广泛地应用于建筑中,应用领域逐步扩大,建筑用纺织品正在悄然走进我们的生活。我国建筑用纺织品发展速度很快, 逐渐成为建筑用纺织品的新兴市场。
 
克服脆性断裂难题
 
建筑用增强材料主要是指纤维增强混凝土和纤维增强水泥材料。土木工程中大量使用的基体是水泥基体和混凝土基体, 其存在一系列问题, 其中最为严重的是当水泥基体和混凝土基体受到拉伸应力或冲击负荷时会产生脆性断裂。所以为了增强基体的韧度或拉伸性能, 可渗入少量纺织纤维。
“水泥混凝土具有强度高等优点,但抗拉强度低、极限变形小、抗裂差、脆性大、不耐冲击。近几年,用碳纤维、芳纶、维尼纶、涤纶、丙纶短纤维作为混凝土增强材料,已成为产业用纺织品的新突破。”项目带头人苏州大学纺织与服装工程学院教授王国和谈道。
据王国和介绍,该项目首先对高分子聚合物材料进行筛选,选用了高强涤纶和高强丙纶为材料研究开发增强用结构材料,通过对建筑增强用纺织品材料的结构设计,制定加工工艺路线,特别是墙体厚度用窄幅三维织物的织造工艺,重点解决了如何在常规纺织设备上经过改进,研制开发出墙体补强用不同结构的二维与三维纺织基材。
其次,利用绞综装置研制出平面二维纱罗织物,适用于墙体表面砂浆基的增强;改进织机门幅,研制出宽度为13cm的平板形双层接结织物、平板形四层角锁链立体织物、三维十字形织物和三维T字形织物。
再次,探讨了结构材料与混凝土的复合技术,对墙面、墙体的增强可测试抗拉强度、抗折强度、劈裂抗拉强度等性能指标,通过断裂荷载和变形能力(断裂能)和断裂类型等指标可评价增强效果。
最后,项目组针对平面二维纱罗织物,研究水泥砂浆基织物增强结构构件的拉伸和抗折性能,以及不同铺层层数、织物密度等因素对性能的影响。研制织物可显著提高复合材料承受的变形能力,避免了素砂浆脆性断裂发生灾难性的破坏,其单层抗折强度提高10%以上;研制织物的承受变形能力优异于玻璃纤维织物;沿着织物经线方向铺层、经密增加有利于增强砂浆的强度和弹性模量;增强结构件的断裂能随着织物层数增加而递增。
 
设计三维立体结构
 
“课题组针对平板形、十字形和T字形织物,以混凝土为基体,研究不同结构形态的混凝土机织物增强构件的抗折强度、劈裂拉伸强度等性能。研究结果表明:与素混凝土相比,纺织结构增强材料具有增强、增韧作用,三维立体织物的增强效果较好;T字形三维织物试件的抗折强度提高20%以上;十字形和T字形三维织物试件的劈裂抗拉强度提高30%~40%以上;素混凝土的断裂属于脆性断裂型破坏,而混凝土基纺织材料属于损伤累积型,产生延性破坏,当达到最大破坏荷载时,增强试件还有部分剩余强度基本可保留50%左右。”王国和说。
谈到苏州大学、苏州丝绸博物馆与吴江振兴实业有限公司的合作模式时,王国和说:“我们项目团队采用课题负责人负责制,通过设立子课题,确定合作各方的责任,做到权责分明,任务明确。产品开发方面充分利用项目单位现有的产学研用一体化条件,将所开发的技术快速应用到规模生产中,缩短了技术和产品开发完成的过程和时间,产品生产方面主要利用项目单位现有的生产条件,同时将较为专业的加工委托给专业厂家按技术要求进行生产,这样既可保证项目正常的投入和成本,又可带动其他相关产业的联动发展。通过定期总结课题经验,召集产学研用各方专家学者和工程技术人员会议,商讨课题进展中的难点、重点,研究成果通过产学研用平台及时进行转化,为技术成果的转化提供良好的氛围和必要的配套措施。”
 
建筑用纺织品空间大
 
据悉,该项目的研究为建筑行业纺织结构增强材料的开发应用提供了理论基础和探索,并为纺织结构材料替代传统剪裁提供了一种行之有效的方法,为纺织结构材料在建筑行业的应用开拓了新的领域。
目前,城市化是经济工业化、现代化的必然。城市化使人口集中,高楼林立,需要解决热岛效应,植树种草、立体绿化、屋顶绿化等环境绿化的需要大量发展,城市化的发展不仅需要大量土工合成材料和绿色植草、立体绿化的纤维材料基材,并为建筑用纺织品发展带来极好的发展机遇。当今,世界发达国家在城市建筑、污水处理、市政工程等方面,利用先进技术和新型纤维材料,实现节能减排、低碳零排放和美化城市,已经遥遥领先。建筑工程与纺织工业正发生着日益密切的关系,作为一种未来的建筑材料,在环保、节能和低碳的智能建筑中,少不了纺织品。未来建筑用纺织品将朝着轻质化、功能化方向发展,更多节能环保、轻质、耐用,并具有各种功能性的建筑材料必将被越来越广泛地应用于建筑中,建筑与纺织品的结合将水到渠成。
 
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