建筑塑料具有哪些优点和缺点

多少年来；人们居住的房屋，大多是用木料、土坯或石料建造起来的。在现代建筑中，取代传统建筑材料的是坚硬沉重的钢筋水泥结构，是目前房屋建造的主要材料。可是，科技的发展同时在创造着神话，如今轻巧的塑料也能用来造房子!

最近，美国的一家塑料制品公司，为了向人们展示塑料的多功能和塑料产品的多用途，用了凹吨塑料材料，建造了一座塑料房屋。这座房屋的屋顶，是由塑料树脂和玻璃纤维合成的盖板，它不但重量很轻，而且拼接安装十分简单，还具有极好的防火性能。

屋子的墙面材料，是由聚氯乙烯塑料压制而成的墙板，外面上了一层高性能树脂，以耐受风吹雨淋。这种墙面不但色彩多样，十分美观，还富有弹性，具有极大的强度和承受重压的能力，并且更换方便。

房子里用塑料制造的各种建筑材料，更是琳琅满目。室内的墙板，是由塑料树脂和木质纤维化合制成的一种波纹板。波纹板的外面覆有一层漂亮的泡沫塑料，它具有很好的绝热和隔音效果，并能加强墙体的牢固程度。这种内墙材料不必再涂刷涂料，当然也不用再粘贴壁纸了。地板材料选择了硬质的塑料，既具有木质地板的弹性，又绝不会出现裂缝或凹凸，平整耐磨，用水擦洗也不会有腐烂之虞。

室内设施也选择了多种性能不同的塑料。如各种管线采用了聚丁烯管道，它的特点是柔韧性极好，可以方便地自由安置，还不会有普通自来水管锈蚀、渗漏的烦恼。厨房里的装置全部采用了具有防火特性的塑料，而卫生间的浴具，则由塑料通过吹模法一次成型，轻巧牢固，而且成本比目前的玻璃钢材料低得多。

用塑料来建造房屋的形式虽然尚未普及，但新型塑料所具有的各种特性，使建筑师们在考虑房屋建造的方式时，多了一种选择。其多功能、低成本的特性，对于建筑临时性建筑或装饰性强且低成本是十分有利的。

种类：弹性地板、抗静电地板、导电地板、塑胶地板等。

胶粘剂：环氧树脂胶、401型、4115型、4116型、立时得等。

2.塑料壁纸

特点：装饰效果好、性能优越、加工性好、粘贴方便、使用寿命长、易保养。

种类：普通塑料壁纸、发泡壁纸、特种壁纸（耐水、防火、彩色砂粒）、金属热反射节能壁纸、植绒壁纸、镭射壁纸。

3.塑料装饰板

（1）硬质PVC板材：平板、波形板、格子板和异型板，分透明和不透明。用于墙面、卫生间吊顶及隔断等罩面材料。

（2）塑料贴面板：又称三聚氰胺树脂装饰板或装饰防火板。是将底层纸、装饰纸等用酚醛树脂及三聚氰胺树脂浸渍后，经干燥、组坯、热压后形成的。图案丰富逼真、耐磨、耐烫防火、易清洁。

（3）有机玻璃板：透光率为92%以上，强度高、耐热、耐腐蚀、不易变形、绝缘性好。但较脆、易划伤、易溶有机溶剂。

（4）铝塑复合板: 是在铝箔和塑料中间夹以塑料薄膜，经热压工艺制成的复合板。具有轻质高强、防水、防热、隔音、耐腐蚀、不变形等优点，但防火性较差。主要用于计算机室内、无尘操作间、店面、家具、天花板和广告招牌等。

6.聚脂纤维：具有吸音、环保、 阻燃、隔热、防潮、功能可弯曲、易切割、施工简便等特点，无需吸音棉，无需装饰板，甚至无需辅助材料，通过简单的粘、钻、刨、钉等基本操作就能达到吸音效果和装饰效果。

维护简便，除尘容易，维护简单，防霉，吸声系数0.94左右；厚度5mm-9mm；密度2.25/kg；规格2420*1220

FRP筋由高性能纤维和基体材料组成，纤维为增强材料，起加劲作用，基材起粘结、传递剪力的作用。纤维的种类主要有玻璃纤维（GlassFiber）、碳纤维（CarbonFiber）、芳纶纤维（AramidFiber）和混杂纤维（HybridFiber），基材主要有聚酯、环氧树脂、乙烯基酯、聚酯树脂、聚酰胺树脂等。根据连续纤维种类的不同，现在常用的FRP筋主要有玻璃纤维增强塑料筋（GFRP筋）、碳纤维增强塑料筋（CFRP筋）、芳纶纤维增强塑料筋（AFRP筋）和混杂纤维增强塑料筋（HFRP筋）。

2FRP筋的物理力学性能FRP筋的密度小，仅为钢材的1／7￣1／5，在同等直径下其质量大大低于钢筋；又因为FRP筋的强度很高，所以FRP筋具有较高的强度对重量比及刚度对重量比，约为钢筋的10￣15倍。

因此，施工时不仅可减小施工荷载，减轻布筋的劳动强度，节约劳动费用；而且在用于混凝土结构时可大大减轻结构自重，在用于大跨度斜拉桥和悬索桥时可使桥梁结构的极限跨径有很大的提高，还可以减小地震作用的影响。

由于纤维种类、含量和树脂种类等不同，FRP筋的纵、横向热膨胀系数也不同；纵向热膨胀系数受纤维控制，横向热膨胀系数受树脂控制。一般纵向热膨胀系数比横向热膨胀系数小，这种差别的大小取决于连续纤维和树脂的类型以及纤维的体积率。

但是FRP筋的热膨胀系数与混凝土相近，FRP筋的热膨胀系数为（6￣10）×10－6／℃，混凝土的热膨胀系数为（7.2￣10）×10－6／℃。当环境温度发生变化时，不会产生大的温度应力而破坏FRP筋与混凝土的粘结，从而保证FRP筋和混凝土之间能够协同工作。

FRP筋中纤维种类和成分的不同，其力学性能差别很大，因而制得的FRP筋也因纤维材料的不同而表现出很大的性能差异。钢筋和FRP筋的力学性能。

钢筋（钢丝）和FRP筋的物理力学性能由表1可知，FRP筋是一种脆性材料，其拉伸应力―应变呈线性关系，在达到极限抗拉强度之前不发生塑性变形，材料本身服从虎克定律。是几种FRP筋的应力―应变关系曲线。

3FRP筋在土木工程中的应用3.1FRP筋在桥梁工程中的应用美国的DELDOT1－351桥。它是由美国州政府拥有的第一座全复合材料桥。DELDOT1－351桥由两块长975m、宽7.9m、厚0.76m的复合材料桥面板组成，每块重6350kg，质量只是水泥桥面的1／10.桥梁是根据美国国家高速公路和运输者协会（AASHTO）的技术条件设计的，并在美国德勒华大学经过全面测试。这座复合材料桥梁的建成为今后在桥梁设计和维修，以及在结构上采用复合材料奠定了基础。

加拿大的Joffre桥。Joffre桥是世界上第一座在CFRP格栅筋加固中引入嵌入式传感器的桥梁。此桥由一个5跨的上部结构组成，该上部结构支承在间隔317m的钢梁上。桥面板使用了CFRPNEFMAC格栅筋进行加固，一些CFRP格栅筋在生产过程中放置了结构一体化的纤维光学感应器，格栅筋只用于加固部分桥面板以检验这种材料在延长桥梁有效使用寿命上的效率。该桥广泛安装了纤维光学传感器、振动式电阻丝应变传感器和电阻应变计，所有传感器都同电话线相连以便对该桥进行连续遥测。

丹麦Herning斜拉桥。它是迄今为止全部采用CFRP斜拉索已建成的最长的桥梁。该桥是丹麦第一座大规模使用CFRP筋建造的桥梁，该桥全长80m.该斜拉桥的桥面系统主要包括一个桥面板，它由锚固在桥塔上的16根拉索支撑。桥面板用6根由直径为1215mm的绞线形CFRP筋进行后张法施工，一块40m长的桥面板分段用CFRP拉筋和箍筋进行加固，另40m分段配有普通钢筋和不锈钢钢筋。

日本的飞翔桥，它是世界上第一座采用CFRP筋作为张拉材料的预应力混凝土桥梁。该桥位于日本丰田市郊区俱乐部内，全长111m，净跨75m.该桥全面使用了耐腐蚀性能比较优良的CFRP筋作为预应力筋，并获得成功。这说明只要重视设计和施工中的各个环节，密切结合各种实验的成果，严格管理，高质量施工，以CFRP筋取代钢筋作为预应力筋是完全可行的。

3.2FRP筋在海洋工程中的应用在海洋工程中，最突出的问题就是海洋基础设施建设中的结构防腐问题。目前在建的海洋工程中的钢混结构，采用最厚的混凝土保护层（150mm左右，达陆地钢筋混凝土结构保护层的5倍以上）及防腐措施，结构的耐久年限也仅有20年左右，远远达不到海洋工程结构的耐久性要求。由于FRP筋具有优良的抗腐蚀性能，采用FRP筋混凝土结构就可以从根本上解决海洋工程中的钢筋锈蚀问题，对海洋工程的建设具有重大的意义。

在日本的Niihama市，Smitomo化工有限公司兴建了一座海港码头。该码头的预应力混凝土面板的宽度为13.8m，长度为61m.在宽度方向上由17根简支空心梁组成；在长度方向上分5跨。其中4跨预应力混凝土空心梁采用了高强钢绞线作为预应力束，另一跨跨度为9m的预应力混凝土空心梁则采用了AFRP筋作为预应力束。码头建成以后进行了3500kN的起重机和350kN的挖土机的荷载试验，能够完全满足使用的要求。

美国海军部实施了一项连续性方案以检验海洋工程沿岸设施的FRP筋预应力及加固。1994～1996年间，加州Huen－eme港的海军设施工程服务中心设计并建造出由FRP预应力桩和上承平板构成的原型码头。研究人员在桩和墩的设计中都使用了预应力FRP筋，把FRP筋用在结构的一些预应力部位，注意力也放到在打桩过程中对混凝土约束的刚度要求。至今，该结构按照当初的设计要求正常工作着。Hueneme港项目的成功可以证明，经过恰当的设计和严格的施工，FRP筋能够满足在海洋工程中应用的各种要求。

另外，在近海地带，钢筋混凝土结构易受到海风中盐粒子的腐蚀而发生明显的早期劣化。沿海地区很多建筑物阳台的钢筋，都会受到盐粒子中氯化物离子的侵蚀；由于氯离子的侵蚀和冻融的作用，港口及水道的钢筋混凝土护岸桩、承载桩及板桩容易损坏。而采用FRP筋可以很好地解决这些问题。在美国，已经使用FRP筋代替锈蚀的钢筋来修复阳台；在日本，某些靠近海岸的混凝土煤仓也已使用FRP筋作为防裂筋。

3.3FRP筋在岩土工程中的应用在岩土工程中，岩土锚固常采用抗拉强度较高的钢材作为锚杆，如高强钢铰线。但是大量岩土锚固的实际工程表明，锚杆的锈蚀经常造成钢锚杆锚固工程的失效破坏、甚至重大的安全事故。自20世纪90年代以来，国外开始采用FRP筋这种非金属锚杆来替代传统的钢锚杆。

FRP筋在长期恶劣的地质条件下具有良好的抗腐蚀性能，其抗拉强度高且抗剪强度很低（不超过其抗拉强度的10％），可以很易被剪断。正是由于这个特性，用FRP筋制作锚杆代替钢锚杆具有不需防腐保护，结构简单，重量轻而易于制造、运输和安装，预应力损失小等优点。目前，FRP筋正被越来越多地作为锚杆用于岩土工程，如土钉墙、临时基坑支护的锚杆及地下工程盾构法掘进竖井的混凝土墙等。

德国慕尼黑迪威达系统国际公司的研究成果表明，只有当FRP筋和泥土或岩石之间有较好的荷载传递时其高的抗拉强度才能得到利用，荷载传递可能集中在锚固端部或沿着岩石中的锚固长度。FRP筋作为锚杆通过更深的钻孔锚入墙中，也可和喷射混凝土结合用于低成本隧道内衬的永久性加固。

FRP筋在岩土工程中的应用对地下工程的开发有十分重要的意义，既可以充分发挥其抗拉强度高的优势，又很容易被掘进机具剪断，消除了大量钢筋网埋在地下给今后城市地下工程的开发带来的隐患。深圳的地铁工程就采用了美国Hughes Brother生产的GFRP筋作为盾构法掘进竖井的混凝土墙。就目前的使用情况来看，其完全能满足使用的要求。

4需进一步研究的问题4.1FRP筋的抗火性能FRP筋的抗火性能不如普通钢筋，因而到目前为止，FRP筋常被用于桥梁结构或不需要进行抗火设计的建筑结构中，这是制约FRP筋在土木工程中大量应用的一个重要因素。虽然目前采用理论分析的方法可以计算出FRP筋的耐火极限，但如采用防火保护的方法保护FRP筋在达到规定的耐火极限时不发生破坏，其需要的防火保护层厚度非常不现实，难以被工程设计人员接受。所以，如何提高FRP筋的抗火能力，将是以后继续研究的一个热点。另一个值得注意的问题是FRP筋在经历高温时，基体材料会散发出对人体有害的气体，这又在材料改性方面向对研究人员提出了新的挑战。

沙特国王大学的测试表明：在350℃时，CFRP筋只有其正常温度下承载能力的35％、抗拉弹性模量的40％，而AFRP筋则分别为15％和40％。Sakashita等人分别对用AFRP、CFRP、GFRP和钢板加固的钢筋混凝土梁进行受热性能的研究，先把所有的试件在100℃的温度中加热3h，接着持续加热升温至1000℃，再加热3h，同时让梁受弯，并监测梁跨中的竖向变形。

不同材料加固钢筋混凝土梁后的受热性能比较4.2预应力FRP筋锚、夹具的研制为了充分利用FRP筋抗拉强度高的特性，对FRP筋混凝土结构施加预应力显然是一种有效的手段，这样一方面可以充分利用FRP筋的材料特性，又能有效减少FRP筋混凝土梁的挠度变形，还可以推迟裂缝的出现和减小裂缝开展的宽度。

锚、夹具的研制是预应力FRP筋应用的关键问题。但由于FRP筋的抗剪强度和抗挤压强度都很低，这样普通预应力钢筋的锚、夹具不再适用，否则会因为横向强度低而导致锚固区的过早实效，预应力FRP筋的锚、夹具需专门研制。由于FRP筋的轴向抗拉强度与横向压缩强度之比高达20┱1，这就给锚、夹具的研制带来很大困难；同时，又由于纤维材料种类的不同和FRP筋的力学性能不同，相应的预应力锚、夹具也有所区别。但是，设计良好的锚、夹具应沿着FRP筋的纵向有均匀的接触应力，避免在其两端出现应力集中现象；而且应使工程设计人员有一定的设计灵活性，包括可以方便地进行设计状况的变更。

目前比较常用的锚具系统主要有锲块锚、灌浆锚和套管锚三种类型，性能基本能够满足工程的需要，但是在极限状态下锚具经常先于材料破坏，表明这方面还有待进一步的提高。另一方面，迄今为止还没有一种锚具系统能保证所有FRP筋达到最佳的预应力传递。这个问题也给各位学者以后的研究提出了挑战。

4.3热塑性FRP筋的研制采用通常的基体材料如聚酯、环氧树脂、乙烯基酯等生产出的FRP筋均为热固性FRP筋。由于这些热固性基体材料的分子结构易受热分解，所以热固性FRP筋的弯折部分存在纤维弯折和应力集中现象，其强度将减少50％～60％，所以其成型后形状不能改变，更不能随意弯折。热固性FRP筋的这种特点对其应用带来一定的限制，如很难制作箍筋、弯起钢筋、大曲率的曲线预应力筋或折线预应力筋等；更不能在施工现场进行FRP筋端部的弯钩制作和FRP箍筋的成型，必须在工厂预制，这也给施工造成不便。

近几年来，国外一些学者已开始研制、生产热塑性FRP筋，这也将在国内成为一个新的研究热点。热塑性FRP筋能够灵活地适应混凝土结构对钢筋弯曲性能的要求，而且在加热和压力的作用下可以重新成型，这将极大地推动其在混凝土结构中的使用。

5展望随着科学技术的进步，世界各国对土木工程的要求越来越高。在某些条件下，传统的建筑材料已经很难满足这种要求。FRP筋的高强、轻质、耐腐蚀、抗疲劳、抗磁性、电绝缘性、徐变小、比重小、低弹性模量等性质，能够满足这种要求，奠定了其在土木工程中应用的基础。但FRP筋的价格、脆性、锚固等因素仍然阻碍了它的广泛应用。

在重要的工程中，如隧道工程、管道工程、防爆工程、人防工程、军事防护工程，以及永久性工程、大型工程结构的在役监测等，FRP筋都具有巨大的优越性。FRP筋作为一种新型的有发展潜力的建筑材料，并不是要完全取代传统的建筑材料―――钢材与混凝土，而是作为传统建材的一个重要补充。

FRP筋在土木工程中的应用技术，在当今世界上已成为复合材料界与土木工程界共同研究开发的一个热点。目前，国内外关于FRP筋的应用和研究越来越多，推动着现代土木工程技术的不断进步。我国在这个领域的发展已基本与国际发展趋势接轨，随着研究的不断深入和材料国产化进程的加快，必将对我国土木工程的发展起到革命性作用。