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该水泥之所以能抗震

作者:易发游戏 来源:本站原创 日期:2020-02-20 10:01 点击: 

  2019年6月17日22时55分,四川省宜宾市长宁县发生6.0级地震,截至2019年7月4日22时00分,四川省地震局共记录到M2.0级及以上余震 226 次。此次地震造成13人死亡,226人受伤,初步统计直接经济损失88.89亿元。

  医院是治病救人的重要场所,在地震中医院建筑的稳固性不仅影响医疗救援的效率,更加关乎社会稳定性。如何最大程度地提高医院建筑的抗震能力?这点我们要向邻国日本学习。日本经历了9.0级地震及大海啸后,人们会惊讶地发现:一些多层、中高层甚至高层建筑物居然完整地挺立着,很多房子虽然被汹涌的海浪挪出很远,但全然没有散架。

  今天,筑医台资讯给大家简单介绍几种日本医院建筑的减震结构和国际上近来年涌现的减震材料。

  ”耐震构造”是将墙壁和承重柱强化,再加入强度补充材料形成坚固的建筑物,其最主要的原理就是提高柱子和墙壁的强度和韧度,让建筑物总体经得住震动,目前日本大多采用这种结构。

  “免震结构”和“制震结构”则为新兴的技术。 “免震结构”的原理很简单,就是“你震我不震”。其实现原理是在地面和建筑物之间加入橡胶弹性垫或摩擦滑动承重座等,将震动的地面隔开,降低振动强度,就如同在房子底下加了一个大弹簧。

  “制震结构”则是让建筑物在地震晃动中,集中在一个地方造成损害,但其他地方不会发生损毁。其中一种做法是在建筑物中放置各种球体,让其吸收地震能量,确保建筑其他地方不会发生问题。

  材料方面,轻型墙面材料的钢筋混凝土结构在日本医院建筑中比较常见,这种结构的建筑既安全抗震,又节省能源。

  日本建筑中普遍使用的新型材料的共同特征是质量轻、强度高,比如树脂、加气混凝土、碳纤维,即便建筑倒塌坠落,也不会对人体造成严重伤害,而且安装方便,盖房子跟搭积木一样轻松。

  国际上的抗震建筑材料必须具备轻质、高强、高韧等特性,例如:木、轻钢、钢、钢筋混凝土和复合材料。主要有如下几种:

  不久前,加拿大不列颠哥伦比亚大学声称研究出一种抗震水泥,这种水泥以喷洒方式涂于普通墙面上,即可抵抗9级的大地震(汶川地震是8.0级)。

  该水泥之所以能抗震,是因为其所含有的材料EDCC(环保型韧性胶结复合材料),在分子水平上被设计为类似钢铁的结构,同时兼具高强度和优异的延展性。

  而更令人称道的是,这种抗震水泥有70%是工业副产品的飞灰,用它取代传统水泥,既可以免去生产传统水泥的大量碳排放,又能处理掉作为工业废料的飞灰,真可谓是一举两得的好事情。目前,实验室模拟地震测试证明,传统水泥墙上喷洒10mm厚的抗震水泥,可以抵抗模拟9.0~9.1的地震而不倒塌。

  目前此项材料已应用在西雅图一项桥梁建设中,由内华达大学、华盛顿州交通运输部和联邦公路管理局合作建造。利用形状记忆合金的伪弹性性能和动阻尼特性,形状记忆合金可用于被动控制结构中,起到抗震的作用。另外还应用于结构振动的主动阻尼控制等。

  新型的超强韧性纤维混凝土,简称“ECC”,该水泥基复合材料是基于微观物理力学原理优化设计的具有应变硬化特性和多缝开裂特征的一种新型工程用水泥基复合材料。这种复合材料是在20世纪90年代由美国密歇根大学的教授Victor Li和其团队首先提出来的,引发世界建材行业高度关注。

  在地震实验室测试中,使用记忆合金镍/钛棒和可弯曲的混凝土复合材料建造的建筑梁柱在强度达到7.5级的地震后可恢复到其原始形状。

  加气混凝土是以硅质材料(砂、粉煤灰及含硅尾矿等)和钙质材料(石灰、水泥)为主原料,掺加发气剂,通过配料、搅拌、浇注、预养、切割、蒸压和养护等工艺过程制成的轻质多孔硅酸盐制品。因其经发气后含有大量均匀而细小的气孔,故名加气混凝土(AAC)。

  加气混凝土适用于高层建筑的填充墙和低层建筑的承重墙,使用这种材料可使整个建筑的自重比普通砖混结构建筑的自重降低 40%以上;建筑自重的减轻, 大大提高了建筑物的抗震能力。

  活性粉末混凝土是继高强、高性能混凝土之后,出现的一种力学性能、耐久性能都非常优越的新型建筑材料。它具有超高的力学性质,优异的耐久性,较低的收缩和徐变性能,具有抗震性能。

  钢纤维混凝土是在普通混凝土中掺入乱向分布的短钢纤维所形成的一种新型多相复合材料。这些乱向分布的钢纤维能够有效地阻碍混凝土内部微裂缝的扩展及宏观裂缝的形成,显著地改善了混凝土的抗拉、抗弯、抗冲击及抗疲劳性能,具有较好的延性。

  钢纤维混凝土用于建筑结构,目前国内尚处于摸索阶段,凭借其灵活性以及可提高强度改善抗震性能的优势,其应用前景是非常广阔的。

  抗震性能最好的是钢结构房屋,其次是木结构房屋,再次是钢筋混凝土结构房屋。砖结构房屋不抗震,采用辅以轻型墙面材料钢筋混凝土结构的建筑既安全抗震,又节省能源。

  另外,轻钢构件在封完结构性板材及石膏板之后,形成了非常坚固的“板肋结构体系”,这种结构体系有着更强的抗震及抵抗水平荷载的能力,适用于抗震烈度为8度以上的地区。

  以日本为例,其民居多是木结构,抗震性能较好。木结构是一种柔性结构,在房屋承受地震作用引起的晃动时,木结构可以更好地释放力量。因此木结构房屋更不容易散开和松动。

  近年来,日本采用新技术,收集建筑用木材,加入聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯等,做成新型的木制材料,再经挤压、模压、注射成型等塑料加工工艺,生产出新型的建筑材料,以代替传统实木。这种材料的建筑既安全抗震,又节省能源。

  橡胶也是一种良好的抗震材料。建筑物中央部分使用积层橡胶,当裂度为6的地震发生时,建筑物的受力可减少至1/2。橡胶既能保护木材不受潮,也能在地震中起到缓冲的作用。

  近年来,罗德岛大学的研究生和化学工程教授创建了一种新型“智能”混凝土,可以“智能”修复自身的裂缝。这是因为混凝土混合物中嵌入了微型水玻璃胶囊。当裂纹产生时,胶囊破裂并释放一种凝胶状愈合剂,变硬填补空隙,实现自我修复。

  延长混凝土的寿命能带来巨大的环境效益。目前世界范围内的混凝土生产占全球二氧化碳排放的5%。智能混凝土不仅会使我们的结构更安全,也可以减少温室气体的排放。

  几十年来,化学工程师研发了一种结合了金属的强度和耐久性于一体的玻璃般透亮的材料。这样一种“透明金属”可以在内部支撑更少时来建造高耸的玻璃幕墙摩天大楼。军事建筑可以安装这种薄而透明的金属窗户经受起最高级的炮火的攻击。

  这种被认为是透明铝材或者ALON的太空材料,已经用于军队生产装甲窗户和光学透镜。

  医院建筑最下层为钢筋混凝土基础,往上为木方柱,再往上就是钢木复合梁。钢材和木材本身都是柔性材料,复合在一起,钢抗拉,木抗压,效果非常好。

  钢木复合梁,交叉连接,以及与独立柱子之间的连接,所使用的钢制镀锌销拴,抗震效果非常好。

  香港科技大学土木及环境工程学系系主任梁坚凝,与内地多名大学教授联合研究的绿色高韧性水泥基复合材料,夺得国家教育部高等学校科研优秀成果奖自然科学一等奖。该材料适用于抗震建筑和外墙维修。

  此次研究的新材料,在传统混凝土物料中,加入纤维聚乙烯醇,使其具备延性,控制裂缝不易张开,达到提高抗震性能和防止钢筋生锈两大好处。梁坚凝指新材料的耐用性比一般混凝土高两至三倍。

  目前虽然抗震材料的发展取得了很大的进步,但我们也应该意识到这是远远不够的。相信随着科技的发展与科研人员的不懈努力,抗震材料的大家族会越来越庞大,我们的医院建筑也会越来越坚固,能抵抗各种灾难。

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