復(fù)合材料在土木工程中的發(fā)展與應(yīng)用

王琛

（河南建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 河南鄭州 450064）

復(fù)合材料又稱(chēng)FRP，全稱(chēng)為纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，是一種新型的結(jié)構(gòu)材料，是由碳纖維、玻璃纖維、芳綸、玄武巖纖維等高性能纖維與樹(shù)脂機(jī)體混合，經(jīng)過(guò)一定的加工工藝而復(fù)合，最終形成的一種新型結(jié)構(gòu)材料。復(fù)合纖維具有很多良好的性能，如輕質(zhì)、高強(qiáng)、施工成型方便、耐腐蝕等。在土木工程建設(shè)中運(yùn)用復(fù)合纖維能夠?qū)鹘y(tǒng)的建筑材料鋼筋和混凝土進(jìn)行有效的補(bǔ)充，從而有效的提升土木工程的質(zhì)量，降低建筑成本，達(dá)到資源的高效節(jié)能利用，因此，復(fù)合纖維已經(jīng)成為土木工程發(fā)展的重要方向。

1 復(fù)合材料在土木工程中的應(yīng)用

1.1 工程結(jié)構(gòu)加固補(bǔ)強(qiáng)

在土木工程中利用復(fù)合材料進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)的主要方式就是把混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行粘貼和加固。主要分三個(gè)步驟：①將FRP布纏繞在混凝土柱上面，達(dá)到加固的目的，從而有效的增強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度，增強(qiáng)混凝土柱的抗震性。②把FRP片材粘貼在建筑物的梁和板上面，讓混凝土更加密切，嚴(yán)防裂縫產(chǎn)生，增強(qiáng)混凝土的承載能力。③將FRP片材包裹在建筑物的梁和柱都能結(jié)構(gòu)上面，增強(qiáng)梁和柱的抗剪承載力。在實(shí)際的施工過(guò)程中，這種加固方式經(jīng)常用到，但是也應(yīng)該注意一些問(wèn)題，如工程結(jié)構(gòu)的加固補(bǔ)強(qiáng)程度與原有的各構(gòu)件之間的配合率不能相差太大，必須將其控制在一定范圍之內(nèi)。

1.2 FRP筋索和預(yù)應(yīng)力FRP筋混凝土結(jié)構(gòu)

一般來(lái)說(shuō)，F(xiàn)RP筋中的纖維含量在60～65%，這種結(jié)構(gòu)十分輕盈，質(zhì)量上只占一般鋼筋的1/5，但是其高度確實(shí)普通鋼筋的6倍，具有很多的優(yōu)點(diǎn)，如抗腐蝕、低松弛、非磁性和抗疲勞等。在土木工程中，運(yùn)用FRP筋而不是鋼筋進(jìn)行工程建設(shè)，其主要的作用是增強(qiáng)材料的耐腐蝕性，使建筑結(jié)構(gòu)的使用壽命延長(zhǎng)，如果用傳統(tǒng)的鋼筋進(jìn)行建筑，由于其容易受腐蝕，因而鋼筋結(jié)構(gòu)很容易受到銹蝕，從而損害建筑結(jié)構(gòu)，增加一些不必要的費(fèi)用，但是使用FRP筋恰好能夠避免這些問(wèn)題，有效的節(jié)省不必要的開(kāi)支。同時(shí)，一些特殊的工程要求無(wú)鐵磁，這時(shí)就可以使用FRP新型材料進(jìn)行建設(shè)。FRP筋主要有四種用途，即GFRP筋，進(jìn)行表面處理；CFRP預(yù)應(yīng)力筋，用于多股鋼線之間；FRP筋，進(jìn)行表面壓痕和滾花處理，以及進(jìn)行交錯(cuò)編制。

1.3 符合材料組合結(jié)構(gòu)

把多種類(lèi)型的FRP制品與鋼材或混凝土進(jìn)行組合利用就是FRP組合結(jié)構(gòu)，這種組合結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是達(dá)到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，差生新的勾結(jié)形式或結(jié)構(gòu)體系。由于FRP是一種具備高性能的新型結(jié)構(gòu)材料，它有很強(qiáng)的設(shè)計(jì)性，所以在結(jié)構(gòu)的構(gòu)成形式方面存在很大的可創(chuàng)造性，因此就形成了很多類(lèi)型的FRP組合結(jié)構(gòu)。主要有：FRP管混凝土：在成型的FRP管中填充混凝土，利用FRP管良好的約束作用有效的提高施工質(zhì)量。同時(shí)，由于FRP管的特性，學(xué)者進(jìn)行了多種研究和改造，在施工的過(guò)程中由多種不同的用途。FRP-鋼管-混凝土組合構(gòu)件：構(gòu)件主要有兩部分組成，中心為空，用FRP結(jié)構(gòu)將鋼管外部包裹起來(lái)，在兩者中間填充混凝土，外面的FRP結(jié)構(gòu)對(duì)里面的鋼管進(jìn)行了有效的保護(hù)，使其免受銹蝕，有效的提高了工程的質(zhì)量。CFRP-鋁合金組合構(gòu)件：在工程建設(shè)的過(guò)程中，用鋁合金組合構(gòu)件把鋁合金管的外部包裹起來(lái)，因?yàn)檫@兩種材料都比較輕質(zhì)、抗腐蝕、高強(qiáng)等，所以能很好避免其不足，使這種材料結(jié)構(gòu)在工程中發(fā)揮最大的作用。FRP-木組合構(gòu)件：幕木組合構(gòu)件由纖維構(gòu)造形式組成，具有很好的受力性，但是抗火性較差。因此要將FRP與木材進(jìn)行有效的組合，將木材當(dāng)做構(gòu)件的填充成分，增強(qiáng)材料的抗力性。

1.4 全復(fù)合材料組合結(jié)構(gòu)

FRP具有很強(qiáng)的力學(xué)性能，克服了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料無(wú)法達(dá)到的優(yōu)勢(shì)，具備很強(qiáng)的耐腐蝕性、CFRP絕緣性和導(dǎo)電性、較好的隔熱性等，還具有很好的可設(shè)計(jì)性和可加工性，因此FRP在土木工程中具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。在實(shí)際的建筑過(guò)程中，全FRP結(jié)構(gòu)的主要用途在于以下幾點(diǎn)：FRP橋面體系：在橋面工程中，直接可以將FRP材料橋梁的面板，由于此架構(gòu)的輕質(zhì)和高強(qiáng)性能，能夠有效的減輕橋面對(duì)橋梁的壓力，并且能夠增強(qiáng)橋面的抗壓性，有效的降低后期維護(hù)費(fèi)用。同時(shí)，運(yùn)用這種材質(zhì)進(jìn)行橋梁建設(shè)，能有效提高橋梁的承載能力，增強(qiáng)建筑本身的美觀性。FRP輕質(zhì)橋梁：通常所說(shuō)的輕質(zhì)橋梁一般都指人行天橋，這種橋梁主要建設(shè)在市內(nèi)人流量大的地方，除了良好的性能之外，還需要一定的美觀性能。運(yùn)用FRP材料進(jìn)行橋梁建筑，首先能夠有效的增強(qiáng)橋梁的承載力，由于其可設(shè)計(jì)性較強(qiáng)，能夠滿(mǎn)足人行天橋的美觀性能。FRP編織網(wǎng)結(jié)構(gòu)：所謂FRP編織網(wǎng)結(jié)構(gòu)主要指的是把FRP板條按照一定的規(guī)律進(jìn)行編制，然后通過(guò)整體張拉后形成一種新的具備很強(qiáng)柔韌性的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)在一些超大跨度的屋蓋結(jié)構(gòu)中會(huì)常用到，具有有一定的景觀效應(yīng)。

2 復(fù)合材料在土木工程中的發(fā)展

我國(guó)的符合材料在土木工程中的發(fā)展主要從20世紀(jì)中期開(kāi)始，主要經(jīng)歷了四個(gè)階段，最早時(shí)期的探索是用玻璃纖維束來(lái)代替鋼筋，主要應(yīng)用于混凝土構(gòu)件中。到20世紀(jì)70年代，開(kāi)始在結(jié)構(gòu)工程中大量使用和研究纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。到20世紀(jì)末，我國(guó)的復(fù)合材料發(fā)展取得了巨大的成效，典型的代表工程是瑞士的Ibach橋。本世紀(jì)初，我國(guó)的復(fù)合材料在土木工程中的應(yīng)用量得到了大幅提升，總計(jì)超過(guò)了500t。由此可見(jiàn)，我國(guó)復(fù)合材料在土木工程中的應(yīng)用取得了巨大的發(fā)展，隨著社會(huì)科學(xué)技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的雙重發(fā)展，復(fù)合材料在土木工程中的應(yīng)用必然會(huì)越來(lái)越廣泛，我國(guó)建筑事業(yè)的發(fā)展會(huì)越來(lái)越好。

3 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，隨著社會(huì)的發(fā)展，土木工程建筑質(zhì)量的要求和標(biāo)準(zhǔn)不斷提高，復(fù)合材料在土木工程中的應(yīng)用必然會(huì)越來(lái)越廣，因此要加大研究力度，在實(shí)際的工程建設(shè)中，要不斷進(jìn)行實(shí)踐和探索，找到最適合土木工程建設(shè)的復(fù)合材料，推動(dòng)建筑行業(yè)的大發(fā)展，從而實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化利用，降低建筑成本，提高建筑質(zhì)量。

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[2]董 皓.復(fù)合材料在土木工程中的發(fā)展與應(yīng)用初探[J].江西建材，2017（06）：118.

[3]馬吉峰.復(fù)合材料在土木工程中的發(fā)展與應(yīng)用[J].綠色環(huán)保建材，2017（03）：5.