復合材料在土木工程中的發(fā)展與應用研究

盧小偉

摘要：復合材料在20世紀50年代左右開始興起，在當時有很多專家對復合材料展開了研究。在當前的土木過程中，復合材料有著十分廣泛的應用，具有質(zhì)量輕、性能優(yōu)越、耐腐蝕、強度高等優(yōu)勢。因此文章將針對復合材料在土木工程中的發(fā)展與應用展開分析。

關鍵詞：復合材料;土木工程;發(fā)展;應用

土木工程項目的范圍十分廣泛，在很多施工過程中都需要保證建筑材料的質(zhì)量符合相關標準。而隨著建設行業(yè)的不斷發(fā)展，建筑材料也有著很大的提高和改進。復合材料是當前最為流行的建筑材料之一，具有良好的性能，可以在施工中發(fā)揮出現(xiàn)良好的功能性。

1 、復合材料在土木工程項目中的應用發(fā)展

1.1、基本概念

隨著社會經(jīng)濟水平的不斷提升，社會對土木工程建設質(zhì)量提出更高要求，因此建筑領域的研發(fā)力度不斷加大，并且涌現(xiàn)出諸多先進的建筑材料，從而滿足社會的應用需求。近年來復合材料逐漸出現(xiàn)在人們的視野中，并且在土木工程中得到廣泛應用，極大滿足建筑領域對材料性能的需求。復合材料是由多種物質(zhì)混合而成的，主要包括碳纖維、芳綸、玻璃纖維、玄武巖纖維等，這些物質(zhì)都具有很高的樹脂性能和纖維性能，經(jīng)過混合加工能夠顯示出巨大的性能優(yōu)勢，主要表現(xiàn)為質(zhì)量小、重量輕、強度高，而且還具有極高的耐腐蝕性能，因此能夠在土木工程中得到廣泛應用?，F(xiàn)階段復合材料多用于鋼筋混凝土結構的施工過程中，對提高工程質(zhì)量具有關鍵作用，隨著理論研究和實踐應用的不斷成熟，復合材料在其他結構工程的施工中也得到有效應用。

1.2、發(fā)展歷程

復合材料在土木工程中的應用研究可以追溯到20世紀50年代至60年代，當時很多研究人員對民用建筑的復合材料應用進行實踐探索，例如英國某教堂的塔尖部分初次嘗試利用復合材料建造，建筑人員還在人工天橋上利用復合材料進行施工;20世紀50年代末，我國采用玻璃纖維在混凝土結構中進行施工，使鋼筋材料得到有效替代;20世紀80年代，我國進一步加深對復合材料的研究，并且將其應用于雷達天線罩、公路橋的施工，顯示出巨大的材料性能優(yōu)勢，極大程度上增強工程的牢固性和穩(wěn)定性?，F(xiàn)階段復合材料在土木工程中的應用已經(jīng)相對成熟，因此很多建筑工程中大量使用復合材料，使土木工程的建設水平有效提升。

2、 復合材料在土木工程中的應用

2.1、在加固工程項目中的應用

復合材料通常是由纖維材料混合制作而成，因此在材料的強度方面有著很好的性能，在當前的土木工程項目中，復合材料較多的應用在加固的環(huán)節(jié)上，進而保證整個土木工程項目的質(zhì)量和安全[2]。從不同類型來看，當前復合材料主要應用在鋼架結構工程、土石結構工程、混凝土材料工程等。其中，混凝土材料的土木工程項目應用最為普遍。在混凝土材料的工程中，主要是通過復合材料進行加固施工，在混凝土材料的外層通過復合材料進行纏繞，進而提高混凝土材料的穩(wěn)定性和安全性。在承受變形、壓力、地震、抗剪等方面，可以增加混凝土材料結構的承載能力。此外，在施工過程中還可以將復合材料應用在混凝土梁、板等位置，增加混凝土結構的抗彎曲能力，防止在外力的作用下出現(xiàn)裂縫。這種通過復合材料進行加固的方式主要是為了能夠預防混凝土結構出現(xiàn)問題，可以有效地起到提高安全性的作用，但是也不能從根源解決混凝土工程的拉力問題。此外，復合材料的筋中含有較高的纖維成分，因此在強度方面要明顯超過傳統(tǒng)的鋼筋材料，還具有較高的非磁性和抗腐蝕性。所以，將復合材料應用在鋼筋當中可以對鋼筋材料起到很好的改進效果，可以有效地提高鋼筋材料的防腐蝕性能，防止鋼筋材料在長時間應用后，出現(xiàn)的質(zhì)量問題，有效地降低了工程項目的后期維護成本。當前，在復合材料的應用方面主要是在幾個方面進行發(fā)展：第一，復合材料與混凝土材料進行結合，提高工程的黏結效果。第二，在混凝土材料中加入復合材料提高材料的力學性能。纖維增強復合筋具有較高的彈脆性，因此在和混凝土材料進行融合后，能夠讓混凝土結構的受力性得到提升[3]。

2.2、復合材料的組合應用

在復合材料的應用過程中，還會存在很多不同種類、不同應用方式的復合材料制品。這些復合材料的組合應用能夠更好地進行材料的優(yōu)勢互補，形成全新的材料結構體系。

2.2.1、管與混凝土結構結合應用

在填充混凝土的施工工程中，逐漸形成了復合材料管道與混凝土材料組合的新結構。這種組合材料應用方式能夠對混凝土產(chǎn)生良好的約束效果，還可以極大地提高施工效率，縮短施工工期，并有效地增強工程材料的耐久性。在實際的應用中可以充當樁、梁以及柱等結構使用[4]。通過對這種混凝土結構的測試可以發(fā)現(xiàn)：將復合材料管道內(nèi)填充混凝土進行施工，可以明顯增加混凝土建筑的安全性、穩(wěn)定性，提高建筑的受力情況。通過這種方式可以進一步優(yōu)化建筑結構的性能，讓混凝土材料形成一個環(huán)形的中空狀態(tài)，降低建筑結構的重量。

2.2.2、復合材料+鋼管+混凝土材料

這是一種將空心的鋼管放置混凝土結構中，并將混凝土材料填充到空心鋼管中，并在外層包裹復合材料，再在復合材料與鋼管之間進行填充。這種結構在實際應用中，將通過鋼管作為骨架，以復合材料為模板，有效地提高結構的承受能力，尤其在長時間的使用過程中，能夠對鋼筋有很好的保護效果，并對混凝土材料進行約束，提高材料結構的抗變形能力，同時也減輕了整個材料結構的重量。

2.2.3、復合材料+混凝土組合梁

這種將復合材料與混凝土材料組合使用并在工程中作為主要梁的方式可以有效提高材料的性能。通過組合的方式可以充分地發(fā)揮出復合材料質(zhì)量輕的優(yōu)勢，復合材料將作為結構中的永久性模板，提高了施工的效果。

2.3、全復合材料的應用

ERP筋是典型的復合材料，具有60%～65%的纖維量，因此強度性能具有顯著優(yōu)勢，而且本身的質(zhì)量較輕，在實際應用中體現(xiàn)出低松弛、抗疲勞、抗腐蝕等材料優(yōu)勢。在鋼筋混凝土結構中，可以利用ERP筋替代鋼筋材料。鋼筋混凝土結構是土木工程中的常見施工結構，其本身具有很強的穩(wěn)定性，對工程質(zhì)量具有較高保障，但是鋼筋材料很容易受到空氣、水等物質(zhì)的腐蝕，因此會出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象，導致鋼筋材料的質(zhì)量受到一定的影響。而ERP筋可以有效改善這一問題，從而提高土木工程的質(zhì)量。例如在道路橋梁施工中，可以采用ERP筋作為斜拉橋或者懸索橋的纜索，從而增強橋梁的穩(wěn)定性和安全性。另外，ERP筋還可以用于巖石結構的施工中，例如混凝土噴注、地基錨桿等土木工程。ERP材料本身價格低廉，因此具有廣闊的應用前景。

3、 復合材料的優(yōu)化方法

在復合材料的應用過程中，還需要對材料本身進行不斷的改進和優(yōu)化，進一步提高復合材料的性能，以滿足當前人們對建筑工程不斷增長的品質(zhì)要求。首先，需要在設計環(huán)節(jié)進行優(yōu)化，當前對于復合材料還沒有相對統(tǒng)一的設計標準，這種情況導致在實際的土木工程施工中，很難準確的、有效的應用復合材料。其次，需要對技術進行創(chuàng)新改進。一方面在復合材料的生產(chǎn)上需要進行技術創(chuàng)新，進而有效提升復合材料的各方面性能;另一方面需要對復合材料的施工技術方面進行有效的發(fā)展創(chuàng)新。最后，需要在復合材料的應用中加入生態(tài)環(huán)保的概念，提高復合材料的生態(tài)性，實現(xiàn)綠色建筑的觀念。

4、 結語

綜上所述，在土木工程項目中，復合材料的應用十分廣泛。尤其在現(xiàn)代化發(fā)展十分迅速的今天，人們對建筑工程的質(zhì)量有著新的標準和要求，這就促使人們更加關注復合材料的應用和發(fā)展，通過這種新興材料的應用，進一步的提高土木工程的建筑質(zhì)量，保證工程項目的穩(wěn)定性、安全性。

參考文獻

[1]李靜.試論復合材料在土木工程中的發(fā)展與應用[J].建筑工程技術與設計，2019（32）：3018.

[2]周小毛.解析復合材料在土木工程中的發(fā)展與應用[J].建材與裝飾，2019（23）：68-69.

[3]賈謝麗.淺談復合材料在土木工程中的發(fā)展與應用[J].建筑工程技術與設計，2018（36）：3934.