新型材料玻璃纖維鋼筋的應(yīng)用

匡華云 鄧經(jīng)緯

（湖南高速鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 湖南 衡陽(yáng) 421001）

以高強(qiáng)玻璃纖維為增強(qiáng)材料，以合成樹(shù)脂為基體材料，并摻入適量輔助劑復(fù)合而成的復(fù)合材料，稱為玻璃纖維增強(qiáng)塑料 （英文縮寫(xiě)：FRP），俗稱玻璃鋼，主要有“玻璃纖維鋼筋”和“玄武巖纖維鋼筋”（見(jiàn)圖1）。它相對(duì)于普通鋼筋具有很多優(yōu)勢(shì)，絕對(duì)的防腐性能、絕熱絕緣性、抗拉強(qiáng)度高、便于切割、重量輕（僅為普通鋼筋的1/4），而且和普通鋼筋相比具有很大的增效性。

圖1 玻璃纖維鋼筋

0 前言

玻璃纖維增強(qiáng)材料是國(guó)外20世紀(jì)初開(kāi)發(fā)的一種新型復(fù)合材料，具有質(zhì)輕、高強(qiáng)、防腐、保溫、絕緣、隔音等諸多優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)在美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家廣泛使用，在國(guó)內(nèi)許多重大工程項(xiàng)目上也有應(yīng)用。

1 產(chǎn)品特點(diǎn)

1.1 抗拉強(qiáng)度高：抗拉強(qiáng)度優(yōu)于普通鋼材，高于同規(guī)格鋼筋的20%，而且抗疲勞性好。

1.2 質(zhì)量輕：僅為同體積鋼筋的1/4；密度在1.5～1.9（g/cm3）之間。

1.3 耐腐蝕性強(qiáng)：耐酸堿等化學(xué)物的腐蝕可抵抗氯離子和低PH值溶液的侵蝕，尤其是抗碳化合物和氯化合物的腐蝕性更強(qiáng)。

1.4 材料結(jié)合力強(qiáng)：熱膨脹系數(shù)與鋼材相比更接近水泥，因此FRP筋材與混凝土結(jié)合握裹力更強(qiáng)。

1.5 可設(shè)計(jì)性強(qiáng)：彈性模量穩(wěn)定。熱應(yīng)力下尺寸穩(wěn)定，折彎等形狀可任意熱成形；安全性能好，不導(dǎo)熱、不導(dǎo)電、阻燃抗靜電，通過(guò)配方改變與金屬碰撞不會(huì)產(chǎn)生火花。

1.6 透磁波性能強(qiáng)：FRP筋材是一種非磁性材料，在非磁性或電磁性的混凝土構(gòu)件中不用做脫磁處理。

1.7 施工方便：可按用戶要求生產(chǎn)各種不同截面和長(zhǎng)度的標(biāo)準(zhǔn)及非標(biāo)準(zhǔn)件，現(xiàn)場(chǎng)綁扎可用非金屬拉緊帶，操作簡(jiǎn)單。

2 國(guó)內(nèi)主要生產(chǎn)廠家

2.1 淮南市金德實(shí)業(yè)有限公司主要產(chǎn)品有樹(shù)脂錨固劑、高強(qiáng)化學(xué)錨栓、注射式植筋膠、建筑結(jié)構(gòu)膠泥、粘鋼膠等5個(gè)系列錨固產(chǎn)品及玻璃纖維增強(qiáng)塑料（俗稱玻璃鋼）筋材和玻璃纖維增強(qiáng)塑料錨桿等2個(gè)系列復(fù)合材料產(chǎn)品，并擁有加固工程施工資質(zhì)。其中錨固產(chǎn)品在國(guó)家體育館、國(guó)奧村、奧運(yùn)棒球場(chǎng)館、奧運(yùn)自行車場(chǎng)館、奧體中心多功能訓(xùn)練館、北京體育總局等項(xiàng)目上得到了應(yīng)用。成功應(yīng)用于中國(guó)石太高速公路、甘肅蘭州地震監(jiān)測(cè)站、北京地鐵4號(hào)線、上海復(fù)興東路隧道、上海宜山輕軌車站、國(guó)內(nèi)大型電解槽廠以及市政工程窨井蓋等，同時(shí)還遠(yuǎn)銷美國(guó)、歐洲、中東以及東北亞等國(guó)際市場(chǎng)。

2.2 南京鋒暉復(fù)合材料有限公司主營(yíng)產(chǎn)品玻璃鋼鋼筋、玻璃鋼錨桿、玻璃鋼筋材、玄武巖纖維筋、碳纖維筋材，公司產(chǎn)品目前已成功運(yùn)用在煤礦巷道、半煤巖巷道支護(hù)、邊坡支護(hù)、巖面錨固、軌道交通、圍海工程、建筑基坑支護(hù)等多個(gè)領(lǐng)域，解決了這些領(lǐng)域的防靜電、高腐蝕、重復(fù)開(kāi)發(fā)地下空間等技術(shù)難題。并遠(yuǎn)銷歐美國(guó)家。

另外，國(guó)內(nèi)中山市浦美復(fù)合材料有限公司、海寧安捷復(fù)合材料有限責(zé)任公司等廠家也有生產(chǎn)。

3 應(yīng)用案例

3.1 國(guó)際案例（以美國(guó)為例）

美國(guó)佛蒙特州一座用特殊材料建造的21世紀(jì)之橋以塑膠加固，并配有光纖傳感器，這樣在80公里以外就可以對(duì)橋上的交通情況進(jìn)行監(jiān)控。 該橋的獨(dú)特之處在于它的加固鋼筋和格柵不是用鋼條制成的，而是用玻璃纖維聚合物制成的。這種玻璃纖維鋼筋絕不會(huì)被腐蝕，而且很輕，便于移動(dòng)。這是該州選擇這種材料建橋的主要原因。因?yàn)槊磕甓旆鹈商刂荻紩?huì)被冰雪和路鹽困擾。玻璃纖維鋼筋的成本要比傳統(tǒng)的鋼筋高一些，但橋的使用壽命延長(zhǎng)了一倍。

3.2 國(guó)內(nèi)案例（以地鐵為例）

地鐵施工中利用玻璃纖維筋高抗拉強(qiáng)度、低抗剪強(qiáng)度的特性，以玻璃纖維筋替代盾構(gòu)穿越影響范圍內(nèi)圍護(hù)樁的鋼筋，盾構(gòu)通過(guò)時(shí)可直接切削，減少人工拆除圍護(hù)樁及鋼筋這道工序，有效消除這個(gè)過(guò)程中極易發(fā)生的人身傷害，減少對(duì)周圍環(huán)境的影響。

①天津地鐵2號(hào)線沙柳路站的中間部分設(shè)置了一換乘段，遠(yuǎn)期將實(shí)施與地鐵7號(hào)線的換乘。其北側(cè)地連墻作為7號(hào)線車站端頭井的一部分可采用鑿除方式，而南側(cè)地連墻作為盾構(gòu)區(qū)間的一部分，既要保證2號(hào)線地連墻的入土深度及受力要求，又要保證盾構(gòu)機(jī)能夠穿越。因此設(shè)計(jì)在-19.7m標(biāo)高以下的地連墻中采用了一種新型材料——玻璃纖維筋代替普通鋼筋來(lái)受力，C10砼代替C30砼來(lái)澆筑地連墻。

②深圳地鐵5號(hào)線大學(xué)城站盾構(gòu)井連續(xù)墻設(shè)計(jì)中應(yīng)用玻璃纖維鋼筋，車站為地下二層3跨箱型結(jié)構(gòu)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用800mm厚的地下連續(xù)墻+鋼管內(nèi)支撐體系，在盾構(gòu)井段設(shè)置2副玻璃纖維鋼筋連續(xù)墻，每幅寬3.5m，在正對(duì)盾構(gòu)刀盤(pán)中心上下左右7.0m×7.0m范圍內(nèi)布置玻璃纖維筋。

③成都地鐵1、2號(hào)線端頭井圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用Φ1200mm的人工挖孔樁，間距1200mm～2400mm，盾構(gòu)洞門(mén)處設(shè)置Φ1500mm的人工玻璃纖維筋挖孔樁。樁頂設(shè)冠梁，樁間掛鋼筋網(wǎng)，噴射100mm～150mm厚混凝土，基坑采用Φ609mm的鋼管內(nèi)支撐。盾構(gòu)開(kāi)挖范圍內(nèi)圍護(hù)樁樁體主筋采用Φ25mm、箍筋采用Φ12mm的玻璃纖維鋼筋，主筋之間和主筋與箍筋之間均采用綁扎連接，搭接長(zhǎng)度是普通鋼筋搭接長(zhǎng)度的1.3倍，樁體設(shè)計(jì)C30混凝土，嵌入坑底土層深度為3.5m。每個(gè)盾構(gòu)隧道洞門(mén)范圍內(nèi)玻璃纖維筋圍護(hù)樁3～5根。

4 結(jié)束語(yǔ)

目前，玻璃纖維鋼筋可廣泛應(yīng)用于公路、橋梁、機(jī)場(chǎng)、碼頭、車站、水利工程、地下工程等領(lǐng)域；適合應(yīng)用于污水處理廠、化工廠、電解槽、窨井蓋、海防工程等腐蝕環(huán)境；應(yīng)用在許多具體工程項(xiàng)目上，包括隧道工程、基坑和邊坡支護(hù)、防腐工程、防電磁干擾工程、磚混結(jié)構(gòu)加固工程；盾構(gòu)機(jī)進(jìn)出口洞門(mén)處用來(lái)代替普通鋼筋有便于切割的優(yōu)點(diǎn)、礦山法施工中的錨桿有便于安裝、永久防腐的優(yōu)點(diǎn)、制成土釘、泥釘、預(yù)應(yīng)力錨桿等，軍事工程、保密工程、特殊工程等需絕緣脫磁環(huán)境、醫(yī)院的核磁共振室、機(jī)場(chǎng)設(shè)施、高壓電設(shè)備及附近工程、加固磚混結(jié)構(gòu)抵抗地震臺(tái)風(fēng)沖擊波以及對(duì)局部發(fā)生開(kāi)裂或者變形結(jié)構(gòu)進(jìn)行修復(fù)等。

［1］張恒，陳壽根，趙玉報(bào)，李茂文.玻璃纖維筋在盾構(gòu)井圍護(hù)結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2011（3）.

［2］徐澤.玻璃纖維筋在成都地鐵工程中的應(yīng)用[J].安徽建筑，2010，17(1).

［3］盧致強(qiáng)，劉建偉，徐曉鵬.玻璃纖維筋混凝土在地鐵工程中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].四川建筑科學(xué)研究，2010，36(5).

［4］蔣小銳.玻璃纖維筋在地下連續(xù)墻中的應(yīng)用[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2009（10）.