高性能材料FRP應(yīng)用與結(jié)構(gòu)工程創(chuàng)新

張志鵬

摘 要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、社會(huì)的進(jìn)步，在建筑領(lǐng)域，科技的使用范圍越來越廣?；炷潦墙ㄖ幕A(chǔ)材料，混凝土結(jié)構(gòu)的逐步使用中，給建筑材料帶來了巨大挑戰(zhàn)。高性能材料FRP在混凝土結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用，不但增加了建筑的實(shí)用性，

關(guān)鍵詞：高性能材料；FRP應(yīng)用；結(jié)構(gòu)工程創(chuàng)新

隨著我國(guó)對(duì)外開放力度的進(jìn)一步加深，我國(guó)經(jīng)濟(jì)也隨著飛速發(fā)展，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需要良好的基礎(chǔ)設(shè)施作為經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的保障，因此，自我國(guó)實(shí)行改革開放以來，我國(guó)的工程建設(shè)領(lǐng)域得到迅猛發(fā)展。城市中不斷涌現(xiàn)高樓大廈，購物中心等建筑，龐大的建筑需求使建筑材料、建筑結(jié)構(gòu)得到進(jìn)一步的更新。高性能材料FRP應(yīng)用與結(jié)構(gòu)工程創(chuàng)新已發(fā)展為未來建筑的趨勢(shì)。

1 新時(shí)代對(duì)于建筑材料的新要求以及新挑戰(zhàn)

1.1 要求混凝土具有高強(qiáng)度以及高性能

在進(jìn)行建筑的施工時(shí)，要增加混凝土的延展性，施工性以及耐久性，要求混凝土具有高強(qiáng)度以及高性能便要加強(qiáng)對(duì)建筑材料的研制力度，使混凝土更加適應(yīng)現(xiàn)今建筑的要求。

1.2 要求材料具有較強(qiáng)的抗腐蝕性

在進(jìn)行建筑施工時(shí)，要尋求一種抗腐蝕性較強(qiáng)的材料替換混凝土結(jié)構(gòu)的鋼筋，鋼絞線以及鋼絲。

1.3 要求材料具有較高的承載力

在進(jìn)行建筑的修補(bǔ)以及加固時(shí)，使用的材料要盡可能的增加建筑的整體承載力，從而方面施工人員進(jìn)行具體的加固工作。

1.4 要求材料具有可回收利用性質(zhì)

我國(guó)實(shí)行可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略，對(duì)于建筑領(lǐng)域所使用的建筑材料要充分考慮環(huán)境因素，使用國(guó)家的可持續(xù)發(fā)展政策，提高材料的科技含量，從而使建筑材料具有可回收再利用的性質(zhì)。

2 高性能材料FRP

近幾十年來，隨著科學(xué)技術(shù)水平的提升，國(guó)際上相機(jī)開發(fā)出具有多種性能的非金屬增強(qiáng)材料，即纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。這類新型的增強(qiáng)材料主要包括幾個(gè)方面，例如，玻璃的纖維（GFRP）、芳綸的纖維（AFRP）以及碳纖維（CFRP）。利用一定的制作技術(shù)將各種不同烈性的纖維材料與特定的樹脂材料結(jié)合而成，形成一個(gè)新的纖維增強(qiáng)的符合材料。這種材料具有一定的優(yōu)勢(shì)，首先，其抗腐蝕的能力較其他的材料來說更強(qiáng)，擁有較強(qiáng)的耐久性。其次，其材料抗壓的強(qiáng)度較高，自重較小。最后，其具有高彈性，變形能力較好且抗疲勞能力較強(qiáng)。但是，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料也具有一定的不足，即GFRP的筋相對(duì)于鋼筋來說要低得多，具有高電阻、低磁感應(yīng)。

FRP材料早已在航空工業(yè)領(lǐng)域以及國(guó)防建設(shè)中被廣泛應(yīng)用，甚至在體育事業(yè)中也有所應(yīng)用。主要是因?yàn)槠浠瘜W(xué)性能穩(wěn)定，質(zhì)強(qiáng)比高。然而，在過去的工程結(jié)構(gòu)中，F(xiàn)RP的應(yīng)用程度還不算好大，雖然其具有很多的優(yōu)點(diǎn)，但是其材料的加工較為昂貴，制作費(fèi)用較高。伴隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工藝的改進(jìn)，這類問題得到了一定的解決，其經(jīng)濟(jì)性得到了好轉(zhuǎn)。因此，就目前的形式來看，CFRP要比AFRP以及GFRP在土木工程的建筑中有著更廣闊的應(yīng)用前景。因?yàn)槠湫阅芎们揖哂蟹€(wěn)定性，原材料甚至可以沒有限制的獲得。其亂向短纖維被投入混凝土中使用，能夠在很大的程度上提高混凝土的抗裂性，以及其延伸的能力，并在一定程度上提高其承載能力。將CFRP筋在混凝土內(nèi)進(jìn)行配置，可以取代鋼筋，即使混凝土結(jié)構(gòu)處于較為惡劣的環(huán)境中，也不用擔(dān)心其被腐蝕。如若用其制作呈索，就是CFRP絞線，以其代替鋼絞線，進(jìn)行先張法或者是后張法的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的制作，對(duì)土木工程師有著強(qiáng)大的吸引力，是工程師苦苦尋找的材料。利用CFRP來制作不了或者薄板，用于混凝土結(jié)構(gòu)的外面，能夠起到一定的加固效果，不僅可以提升受壓承載能力，還可以在最大程度上使裂縫的寬度減小，甚至能夠?qū)⑼獍难诱剐阅芤约翱拐鹦阅艿玫教岣摺FRP索是可以用來代替巖石錨桿的，因?yàn)槠淇梢缘挚顾釅A介質(zhì)等的侵蝕，避免在使用期間發(fā)生需要更換的現(xiàn)象。還值得一提的是，如果利用CFRP來代替鋼索，并投入懸索橋的建造中，可以增加其跨度。

3 高性能材料FRP應(yīng)用與結(jié)構(gòu)工程創(chuàng)新

對(duì)于高性能材料FRP應(yīng)用與結(jié)構(gòu)工程創(chuàng)新要繼續(xù)深入對(duì)其的研究力度，進(jìn)一步加快我國(guó)的FRP應(yīng)用的進(jìn)程，從而促進(jìn)我國(guó)建筑領(lǐng)域的創(chuàng)新。具體方式如下：

要正確對(duì)待CFRP、GFRP、AFRP這三種建筑材料，在應(yīng)用方面，首先要考慮對(duì)CFRP的使用，由于其對(duì)工程的具體實(shí)施較為有利，因此，應(yīng)著重考慮CFRP。我國(guó)現(xiàn)階段的建筑領(lǐng)域，對(duì)于建筑的加固材料的應(yīng)用也應(yīng)首先考慮CFRP，CFRP布可以用于橋梁的架構(gòu)的中以及建筑結(jié)構(gòu)中，增加建筑以及橋梁的整體承載力以及抗震能力。AFRP由于其本身固有的易裂變的特點(diǎn)，所以對(duì)其的使用不應(yīng)運(yùn)用在預(yù)應(yīng)力筋的使用上，GFRP筋也是如此。對(duì)于FRP筋的應(yīng)用范圍應(yīng)進(jìn)行進(jìn)一步的開發(fā)。雖然AFRP以及GFRP筋不能作為預(yù)應(yīng)力筋使用，但其可以作為體外索進(jìn)行使用，在對(duì)其進(jìn)行使用的過程中，要注意對(duì)其配筋方式的規(guī)范。在我國(guó)CFRP筋、GFRP筋、AFRP筋這三種建筑材料的使用仍然具有較大的發(fā)展?jié)摿?。在三種材料中GFRP、AFRP的抗腐蝕性較強(qiáng)，但AFRP在較為潮濕的環(huán)境下，其承載能力便會(huì)較少，因此，GFRP、AFRP可以作為土層的錨桿進(jìn)行使用。雖然FRP材料具有輕便性以及耐腐蝕性但其也存在延展性差以及熱穩(wěn)定性差的特點(diǎn)，在市場(chǎng)中其材料的成本較同等材料高，因此，對(duì)于這種材料的使用還很難達(dá)到大規(guī)模的普及，只有在高腐蝕性的環(huán)境以及對(duì)于磁力具有較高要求的環(huán)境中使用。隨著FRP在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用，促進(jìn)了我國(guó)土木工程的進(jìn)一步發(fā)展。

4 結(jié)語

FRP在未來的土木工程中會(huì)被更加廣泛的應(yīng)用，并將促進(jìn)土木工程科技進(jìn)行創(chuàng)新。文章通過對(duì)FRP的應(yīng)用進(jìn)行探究，分析其優(yōu)勢(shì)以及功能，進(jìn)而為探討FRP的復(fù)合結(jié)構(gòu)學(xué)提供有力參考。期望通過文章的研究能夠?yàn)镕RP技術(shù)更好的應(yīng)用提供有力建議。

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