淺談纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在土木工程中的應(yīng)用

王 佳

（齊魯理工學(xué)院土木工程專業(yè) 山東濟(jì)南 250200）

淺談纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在土木工程中的應(yīng)用

王 佳

（齊魯理工學(xué)院土木工程專業(yè) 山東濟(jì)南 250200）

隨著現(xiàn)代工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，建筑行業(yè)得到了迅猛的發(fā)展。企業(yè)發(fā)展需要足夠的辦公樓和廠房，因此建筑行業(yè)是企業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵，是國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)，近年來土木工程建設(shè)中開始大量應(yīng)用纖維復(fù)合材料。因此本文集中闡述了土木工程中纖維復(fù)合材料的應(yīng)用。

土木工程 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料 應(yīng)用

一、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的特點

1.纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的可設(shè)計性

纖維增強(qiáng)復(fù)合材料具備比較復(fù)雜的組分，促使纖維增強(qiáng)復(fù)合材料擁有優(yōu)越的性能，不但能夠保留原來材料的性質(zhì)，也能夠存在高于單一組分的合成性能。實際操作中復(fù)合材料因為不同組分比例會影響材料的性能，所以纖維增強(qiáng)復(fù)合材料擁有廣闊的發(fā)展空間和前景，需要進(jìn)一步研究纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的優(yōu)越性，土木工程中應(yīng)用纖維增強(qiáng)復(fù)合材料更是具備廣闊的前景［1］。

2.復(fù)合材料的安全系數(shù)高、耐用性強(qiáng)

纖維增強(qiáng)復(fù)合材料具備高于單一材料的抗疲勞性能，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料因為自身優(yōu)勢和特點，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料即便出現(xiàn)斷裂，也能夠迅速分離承受的壓力，不會導(dǎo)致纖維面出現(xiàn)瞬間斷裂，為了土木安全性提供了合理的搶救速度和時間，同時也能夠有效提升纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的耐用性和耐受力，相比較金屬材料來說，相同比例的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料具備相對比較高的抗疲勞能力，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料擁有比較強(qiáng)抵抗力實際上就是由于存在相對良好的材料韌性，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料也具備70～80%的抗疲勞能力拉伸強(qiáng)度。

3.材料的美感性

隨著人們生活水平的提高，越來越重視精神文明的建設(shè)，同時也提高了建設(shè)建筑的要求，不再只是耐用安全，也應(yīng)該注重美感需求。土木建筑施工中應(yīng)用纖維增強(qiáng)復(fù)合材料可以完全展現(xiàn)材料的美感，為以后研究項目提供技術(shù)和動力保障。纖維增強(qiáng)復(fù)合材料可以高度統(tǒng)一材料美學(xué)和結(jié)構(gòu)形式。

4.抗腐蝕能力強(qiáng)

纖維增強(qiáng)復(fù)合材料抗腐蝕應(yīng)力是衡量土木工程耐用性的重要因素。土木工程中應(yīng)用纖維增強(qiáng)復(fù)合材料可以有效解決腐蝕的相關(guān)問題。建筑施工的傳統(tǒng)材料一般都是鋼鐵，因為存在比較差的耐腐蝕能力，特別是在空氣濕度較大或者沿海區(qū)域，會因為腐蝕建筑材料造成不必要的損失，國內(nèi)每年由于腐蝕材料會出現(xiàn)數(shù)十億的損失。纖維增強(qiáng)復(fù)合材料應(yīng)用以后，具備幾十倍鋼鐵的耐腐蝕能力，是建筑施工中值得應(yīng)用的材料［2］。

5.纖維增強(qiáng)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)功能

纖維增強(qiáng)復(fù)合材料可以說具備一定人體性的，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料應(yīng)用在土木工程中，在電熱刺激纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的過程中，能夠類似人體肌肉出現(xiàn)張力和形狀的改變。為了有效解決振動中的共振問題，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料是一種合理的解決方式。土木工程中應(yīng)用纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，可以主動控制結(jié)構(gòu)振動和噪音，為土木建筑施工提供安全、可靠的環(huán)境。

二、土木工程中纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的應(yīng)用

土木工程中纖維增強(qiáng)復(fù)合材料應(yīng)用為以下方面，混凝土中加入短切纖維，新建結(jié)構(gòu)中應(yīng)用纖維混凝土。土木建筑施工中利用纖維增強(qiáng)復(fù)合材料取代原來鋼筋。對纖維增強(qiáng)復(fù)合材料進(jìn)行加工形成索狀或者束狀，以此當(dāng)作土木工程大型項目拉索。有機(jī)結(jié)合混凝土和纖維增強(qiáng)復(fù)合材料形成大跨度板、梁。公路路面中應(yīng)用纖維增強(qiáng)復(fù)合材料能夠有效提升公路耐久性和質(zhì)量。纖維增強(qiáng)復(fù)合材料已經(jīng)逐漸取代新型混合橋梁中傳統(tǒng)材料，如橋面板、斜拉索等。1996年瑞士建立了第一座纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的公路橋梁。國內(nèi)也建立了很多纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的橋梁，如重慶陳家灣橋、江蘇拉索斜拉橋、重慶觀音橋、北京密云公路橋等［3］。

三、土木工程中纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的未來展望

在成功研制纖維增強(qiáng)復(fù)合材料加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)以后，會極大程度上改變土木建筑加固的相關(guān)技術(shù)，相比較傳統(tǒng)技術(shù)來說，上述這種技術(shù)具備方便、經(jīng)濟(jì)、效率、優(yōu)越等特點，能夠有效解決原來技術(shù)不能解決的土木工程施工問題，具備社會效益和經(jīng)濟(jì)效益［4］。這種技術(shù)成功研發(fā)以后，為土木建筑施工中應(yīng)用高性能和碳纖維材料提供基礎(chǔ)和保障，建立全新的建設(shè)途徑。這種技術(shù)的應(yīng)用可以在一定程度上提升國內(nèi)碳纖維技術(shù)的水平和質(zhì)量，保障為以后研究和開拓土木工程提供參考，但是這種新技術(shù)應(yīng)用中具備鋼筋混凝土和復(fù)合材料的特點和優(yōu)勢，結(jié)構(gòu)工程師、力學(xué)材料專家和力學(xué)研究人員應(yīng)該進(jìn)行聯(lián)合研究，分析宏觀和微觀情況下力學(xué)結(jié)構(gòu)形式，并且也應(yīng)該重點闡述新材料損傷破壞力學(xué)，構(gòu)建全新的評價體系，為以后加固土木建筑結(jié)構(gòu)奠定理論基礎(chǔ)，確保能夠逐漸完善和發(fā)展復(fù)合材料加固技術(shù)。纖維增強(qiáng)復(fù)合材料加固技術(shù)具備高效、高強(qiáng)等特點，主要就是因為碳纖維擁有良好的物理性能，現(xiàn)階段設(shè)計建筑方案的時候，應(yīng)該及時處理修補混凝土緩慢凝固時間的問題，系統(tǒng)化管理施工加固方式。未來發(fā)展纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的過程中希望能夠回收再利用廢舊結(jié)構(gòu)材料，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展和資源節(jié)約型社會的發(fā)展。開發(fā)自動診斷智能纖維，土木工程中對纖維增強(qiáng)復(fù)合材料進(jìn)行優(yōu)化，依據(jù)不同導(dǎo)電性能和斷裂性能，配置相對先進(jìn)測量系統(tǒng)和自感系統(tǒng)，研究智能結(jié)構(gòu)和智能纖維［5］。

綜上，建筑領(lǐng)域纖維增強(qiáng)復(fù)合材必然得到迅速的進(jìn)步和發(fā)展，眾所周知土木工程中應(yīng)用纖維增強(qiáng)復(fù)合材料具備一定優(yōu)越性，并且纖維增強(qiáng)復(fù)合材料因為存在復(fù)雜的性質(zhì)，擁有廣闊的應(yīng)用和開發(fā)前景。土木工程中不論是外粉材料還是整體建筑結(jié)構(gòu)都應(yīng)用纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，未來發(fā)展過程中土木工程領(lǐng)域會更加廣泛的應(yīng)用纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，更加突出材料的優(yōu)越性。

［1］曹國輝，汪子鵬，王志宏等.纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在土木工程中的應(yīng)用研究［J］.湖南城市學(xué)院學(xué)報：自然科學(xué)版，2011，20（4）:1-5.

［2］鄭強(qiáng)，張德海，劉新強(qiáng)等.纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在土木工程中的研究與應(yīng)用［C］.第九屆建筑物改造與病害處理學(xué)術(shù)研討會論文集.2011:304-306.

［3］潘建伍，吳剛，袁希貴等.玄武巖-芳綸和玄武巖-碳混雜纖維增強(qiáng)復(fù)合材料片材的疲勞性能［J］.東南大學(xué)學(xué)報（英文版），2013，29（1）:84-87.

［4］袁希貴，潘建伍.FRP加固土木工程結(jié)構(gòu)疲勞性能研究進(jìn)展［C］.江蘇省工程結(jié)構(gòu)鑒定與加固改造第四屆學(xué)術(shù)交流會論文集.2011:21-28.

［5］王璠，何一帆，宋毅等.引發(fā)方式、鋪層對纖維增強(qiáng)復(fù)合材料圓柱殼吸能特性影響的沖擊試驗研究［J］.振動工程學(xué)報，2013，26 （1）:33-40.