纖維增強(qiáng)塑料筋在土木工程中的應(yīng)用

王靜

摘 要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們?cè)诮ㄖ牧仙系牧私庠絹?lái)越多，對(duì)工程質(zhì)量的要求也越來(lái)越高，尤其在碼頭、機(jī)場(chǎng)、橋梁、雷達(dá)站及巖土工程建設(shè)中具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐腐蝕、無(wú)磁性等優(yōu)異性能的材料是他們的首要選擇。近些年來(lái)，各種纖維增強(qiáng)塑料（英文簡(jiǎn)寫(xiě)為FRP）像碳纖維、玻璃纖維、紡綸纖維等受到了國(guó)內(nèi)外土木工程界的極大關(guān)注，使得這些纖維增強(qiáng)塑料在土木工程中的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。那么這些纖維增強(qiáng)塑料筋（FRP筋），究竟好在哪呢？本文就針對(duì)這個(gè)疑問(wèn)詳細(xì)介紹一下FRP筋新型材料的性能以及它在土木工程中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：FRP；筋性能；應(yīng)用；工程應(yīng)用；預(yù)應(yīng)力

1 關(guān)于纖維增強(qiáng)塑料的簡(jiǎn)介

纖維增強(qiáng)塑料筋是由增強(qiáng)和基體材料組成的復(fù)合型材料。高性能纖維是纖維增強(qiáng)塑料筋中增強(qiáng)材料的重要組成部分，高性能纖維主要有兩種有機(jī)纖維與無(wú)機(jī)纖維，是它提供了纖維增強(qiáng)塑料筋的強(qiáng)度并承受了物體荷載的重量。而基體材料主要指合成樹(shù)脂。其中有機(jī)纖維的種類較少主要有芳綸纖維和混雜纖維兩種。而無(wú)機(jī)纖維相對(duì)于有機(jī)纖維而言品種較多像玻璃纖維、硼纖維、金屬纖維、石英玻璃纖維、碳纖維、陶瓷纖維、等。纖維增強(qiáng)塑料筋的物理性質(zhì)是由這些纖維材料的物理性質(zhì)決定的。而不飽和聚酷樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、聚酞胺樹(shù)脂是纖維增強(qiáng)塑料筋中最常用的基材。目前，建筑行業(yè)中玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、鋼纖維增強(qiáng)復(fù)合材料碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、芳綸纖維增強(qiáng)復(fù)合材料和混雜纖維增強(qiáng)復(fù)合材料是建筑工程中最常采用的復(fù)合材料。

2 纖維塑料增強(qiáng)筋在土木工程里的應(yīng)用

2.1 海洋工程中纖維增強(qiáng)塑料筋的應(yīng)用

結(jié)構(gòu)防腐問(wèn)題是建設(shè)海洋基礎(chǔ)設(shè)施中的重要問(wèn)題，也是海洋工程中最突出的問(wèn)題。就正在建設(shè)的海洋工程來(lái)說(shuō)，它的鋼混結(jié)構(gòu)大多采用的是最厚的混凝土保護(hù)層，但是這種最厚的混凝土保護(hù)層耐久年限只有大約20年，相對(duì)而言海洋防腐結(jié)構(gòu)的耐久性要求是比較高的，目前的設(shè)施是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。因?yàn)槔w維塑料增強(qiáng)筋具備良好的抗腐蝕特性，所以要想在海洋工程里從根本上解決鋼筋的銹蝕問(wèn)題，就需采用纖維塑料增強(qiáng)筋混凝土結(jié)構(gòu)，這對(duì)推動(dòng)海洋工程的建設(shè)具有積極的意義。

2.2 橋梁工程中纖維增強(qiáng)塑料筋的應(yīng)用

纖維增強(qiáng)塑料筋在橋梁工程中得到廣泛的應(yīng)用。例如加拿大的Joffre大橋，Joffre大橋引入了嵌入式傳感器加固了CFRP格柵筋，它是世界上第一個(gè)這樣做的大橋。Joffre大橋是一個(gè)5跨的上部結(jié)構(gòu)完成的。Joffre大橋在間隔317米的鋼梁上進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)的承重。Joffre大橋安裝了大量的振動(dòng)式電阻絲應(yīng)變傳感器以及電阻應(yīng)變計(jì)、纖維光學(xué)傳感器等。這些傳感器都和電話線進(jìn)行連接用以連續(xù)遙測(cè)Joffre大橋。纖維增強(qiáng)塑料筋還應(yīng)用在美國(guó)的DELDOT1-135橋、丹麥的Herning斜拉橋以及日本的飛翔橋上。

2.3 巖石工程中纖維增強(qiáng)塑料筋的應(yīng)用

在巖土工程建設(shè)中，巖石錨固的錨桿大多是類似高強(qiáng)鋼絞線這種抗拉強(qiáng)度很高的鋼材。然而根據(jù)以往的巖石錨固的實(shí)際施工來(lái)看，大量的失效的鋼錨桿錨固工程以及重大的安全事故的發(fā)生都是由錨桿的銹蝕造成的。從20世紀(jì)90年代開(kāi)始，國(guó)外就已經(jīng)采用纖維增強(qiáng)塑料筋這種新型錨桿來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋼錨桿。

在長(zhǎng)期惡劣的地質(zhì)條件下，纖維增強(qiáng)塑料筋具備很好的抗腐蝕能力，纖維增強(qiáng)塑料筋的抗剪強(qiáng)度低同時(shí)它的抗拉強(qiáng)度很高。正是因?yàn)檫@個(gè)特點(diǎn)，用纖維增強(qiáng)塑料筋制作的錨桿來(lái)代替鋼錨桿是很有必要的。纖維增強(qiáng)塑料筋制作的錨桿結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要防腐保護(hù)，易于運(yùn)輸、制造和安裝，重量輕，預(yù)應(yīng)力損失小。現(xiàn)在，纖維增強(qiáng)塑料筋被廣泛的應(yīng)用于土木工程中，例如臨時(shí)的基坑支護(hù)錨桿、土釘墻以及用地下工程盾結(jié)構(gòu)法挖掘豎井的混凝土墻。

2.4 特殊過(guò)程中纖維增強(qiáng)塑料筋的應(yīng)用

在非磁性和非導(dǎo)電結(jié)構(gòu)工程中很難使用鋼筋，因?yàn)槭褂娩摻罹托枰屆扛摻疃己椭車(chē)匿摬慕^緣并需要更加復(fù)雜的設(shè)計(jì)，這是很不現(xiàn)實(shí)的。但是纖維增強(qiáng)塑料筋具有非磁性和電絕緣性，能夠在非磁性和非導(dǎo)電結(jié)構(gòu)工程中大量使用。在軍事上，纖維增強(qiáng)塑料筋可以應(yīng)用在制造防雷達(dá)干擾的軍用設(shè)備和機(jī)場(chǎng)上。同時(shí)，纖維增強(qiáng)塑料筋還用于核聚變建筑物、地磁觀測(cè)站和機(jī)場(chǎng)指揮塔等地。

在高寒環(huán)境下，纖維增強(qiáng)塑料筋也具有它獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。這種環(huán)境下的基礎(chǔ)工程的維修費(fèi)用和設(shè)施建設(shè)都很昂貴，同時(shí)還有很長(zhǎng)的建設(shè)周期。所以，對(duì)于擬建和在建的基礎(chǔ)設(shè)施來(lái)說(shuō)，縮短建設(shè)周期、提高建設(shè)質(zhì)量、減少維修費(fèi)用是很重要的。所以為了延長(zhǎng)壽命和提高基礎(chǔ)設(shè)施的耐久性，可以根據(jù)纖維增強(qiáng)塑料筋的特性，讓纖維增強(qiáng)塑料筋代替鋼筋成為不用維護(hù)的纖維增強(qiáng)塑料筋混凝土結(jié)構(gòu)。

3 結(jié)語(yǔ)

纖維增強(qiáng)塑料筋因其輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐腐蝕、無(wú)磁性等優(yōu)異性的特點(diǎn)被國(guó)內(nèi)外公認(rèn)為是最具有發(fā)展?jié)摿Φ慕ㄖ牧现唬S著國(guó)外纖維增強(qiáng)塑料筋領(lǐng)域研究的深入，極大的推動(dòng)了現(xiàn)代土木工程技術(shù)的發(fā)展與創(chuàng)新。而在我國(guó)關(guān)于纖維增強(qiáng)塑料筋的研究也越來(lái)越多，越來(lái)越深入，國(guó)產(chǎn)化的進(jìn)程也不斷加快，研究水平已基本上與國(guó)際接軌了。這些趨勢(shì)必將推動(dòng)我國(guó)土木工程的繁榮發(fā)展。

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