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应县木塔采用纳米复合纤维加固的建议
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广告招租，e-mail:yesize@hotmail.com 十一年前，地震系统曾为应县木塔架设强震观测仪，笔者对木塔情况有较深地了解，1998年以来，我们的主要工作之一就是复合纤维建筑性能研究，为了防震减灾和科技进步，正大力倡导“现代无金属建筑”时代的到来。听到中央电视台《东方时空》有关应县木塔的报道，怀着对水塔缘有的情结，结合我们的研究成果，现提出如下认识和建议： l、在应县木塔上工作期间，看到木塔仍保留着“伤痕累累，弹迹丛丛”的本来面目，个得不赞叹木塔是真正的历史文物。因此认为，对木塔不应有任何解体，应进行结构加固使其个再加剧倾斜，斜而不倒最好，保持住现有面貌才是高水平和稳妥的决策。 2、因为木塔抗震问题笔者才到木塔上工作一段时间，工作期间认识到大风是木塔的常遇“劲敌”，因为春天在塔上架设强震观测仪器时，正赶上7-8级大风，感觉的晃动有如地下发生了4－5级地震。近年来沙尘暴横行，必然使地处雁北的木塔产生更大水平向负荷，长期累积的水平向疲劳破坏必然使木塔产生更明显的结构坏损和倾斜。因此木塔加固设计的目标仍应以抵御较大的水平力，即以抗震、抗风为主。 3、木塔原来就是无金属的结构，如果有金属早就锈蚀了。因此，今天的加固也应是无金属的加固。如果仍采用木材进行加固，这实际上是历史的倒退，其效果也个一定好。我们认为，如果注意应用21世纪高新技术的话，用纳米复合纤维对木塔进行现代无金属材料加固，才符合当前的科学认识水平。 当今世界公认有三大高科技，即基因工程技术、克隆技术和纳米技术。显然前两项与木塔工程无关，但纳米技术却与木塔的命运密切相关。根据我们的研究成果，建议应县木塔应以纳米夏合纤维高科技材料为主，进行现代无金属结构加固。所谓纳米复合纤维，是指用纳米材料制成的复合纤维，而不同于一般的玻璃钢，该复合纤维所用的纤维是纳米材料，例如碳纤维，包含着九十年代中期诺贝尔化学奖的研究成果，该复合纤维所用的高级环氧树脂胶，其原料也是纳米材料。也就是用纳米级的胶粘结纳米级的纤维，使纤维丝成型材并满足受力设计要求而协同工作。现介绍一些纳米复合纤维材料加固技术的科普知识： l、材料强度高。这里建议使用的复合纤维是指长纤维（几厘米以上）与环氧树脂的胶合体。主要有S-玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维及其混纺纤维，其中S-玻璃纤维强度（拉伸强度可达钢的5倍以上）和造价相对较低，碳纤维（拉伸强度可达钢的20倍）、芳纶纤维（韧性好）的强度和造价均较高。复合纤维材料一般为布材，也可预制成棒材或板材。这种材料的高强度已为我们研究组多次的结构试验、工程建造、建筑加固实践所证实。 2、体积小，重量轻。复合纤维比重在1.8吨／立方米左右，比重不到钢的四分之一，同时由于又有高强度，与其他材料比，在同等拉伸强度条件下，材料重量和实用体积将明显减小，这也意味着在结构抗震、抗风和抗爆中应用时，可明显减小致命的水平向贯性力。根据我们的经验，可以用一吨的复合碳纤维替代25吨的好钢进行结构建造，而加固用复合纤维材料与对比的钢材重量相比应在5％以内，复合纤维重量效应在建筑中一般是可以忽略不计的。 3、耐腐蚀。复合纤维材料本身就是碳纳米管的、高分子的或部分无机的（如玻纤〕，化学稳定性相当好，永不锈蚀也不腐蚀。复合纤维布材可用于包裹结构构件外部来保护内部构件免遭腐蚀，据国外长期的试验和分析，0.8mm厚的复合纤维保护层可有效地保护结构构件免遭强腐蚀，其寿命可超过90年。对木塔来说不仅要进行结构加固，防止其原有木结构进一步腐蚀也是重要文物保护内容，本建议方案可达到事半功倍的效果。 4、耐火。早期复合纤维多用于缠绕增强枪筒、炮筒，在射击高温下仍可正常发射，高质量的复合纤维正是制造巡航导弹外壳的材料，因此可抗大气层摩擦产生的2000度高温。目前转向民用的复合纤维中，环氧树脂胶一般均是阻燃的，而纤维本身在摄氏几百度高温时仍可不丧失任何强度。显然，我们亲有体会，防火对本塔是至关重要的，从有助于防火角度，也应首选复合纤维材料进行木塔加固。 5、防水。由于复合纤维造价相对较高，从经济角度考虑，不适合用作专门的防水材料，可考虑在主要利用其高强度特性的同时，兼顾利用其防水特性。特殊的环氧树脂胶粘贴复合纤维于水中构件上，这一加固都可用潜水员水下作业完成。而对木塔加固来说，没有这么大的水，只需可保证在一些潮湿的结构构件加固时可正常作业，加固后对进一步局部防潮也有作用就达到利用这一特性的目的了。
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