復合材料在土木工程中的應用探討

袁俊

（中建海峽建設發展有限公司）

復合材料在土木工程中的應用探討

袁俊

（中建海峽建設發展有限公司）

隨著科技的發展，傳統的土工建筑材料逐漸被復合材料所替代。復合材料在各行各業中被廣泛應用，尤其是在土木工程中的應用更是普及。本文首先對復合材料的特點進行闡述，其次分析了復合材料在土木工程中的應用，最后對復合材料的發展前景做了展望。

復合材料；土木工程；應用

隨著經濟的的發展和科技水平的提高，傳統的土木工程建筑材料雖然仍在大量使用，但復合材料的發展勢頭已經遠遠超過傳統的材料。在土木工程建設中，傳統材料具有厚重的特點，不利于施工和運輸，在工程中往往要耗費大量的人力和設備，不利于工程施工和經濟效益。而復合材料作為新型的材料，由于非常輕薄，便于運輸，其在性能等各方面均有不輸于傳統材料的優勢，故而在土木工程中的應用非常廣泛，發展空間也非常大。

1　復合材料的特點

1.1一材多能

復合材料是由許多種不同的物質組合而成的材料，現在已經在各行各業中得到廣泛應用，尤其是在建筑業中。復合材料有組合成的材料的優點，使得一種材料具體多種材料的性能，集組合材料的優勢于一身，能夠解決各種土木工程中的利用問題。

1.2良好力學性能

根據復合材料組合材料的不一樣能夠使得復合材料的力學彈性很大，比如單向玻纖增強環氧復合材料的拉伸強度比建筑鋼要強得多；碳纖維復合材料的密度比鋼材小四五百；樹脂基復合材料的拉伸度能夠與建筑鋼持平等等，不同的組合材料使得復合材料具有不同的力學性能，而且普遍比普通材料要有優勢。

1.3可設計性性

復合材料具有非常強的可設計性，根據土木工程中對材料的不同需求可以進行設計，如需要拉伸度大的材料就可以選擇單向玻纖增強環氧復合材料等等，根據不同需求進行不同設計。在復雜的土木工程中，復合材料的可設計性點能夠很好地滿足各種工程需要，節省成本，提高效益。

1.4可塑性強

由于生活水平的提高，人們已經不能滿足于堅固實用的建筑需求，轉而要求建筑的美觀性和藝術性。傳統的材料不能夠滿足土木工程中各種形狀的塑造，只有復合材料因其可塑性，能夠根據不同的要求設計出不同的形狀，達到建筑的美觀性和藝術性。

1.5透光性強

傳統的建筑材料是實心的，比如鋼筋、木材，根本沒有什么透光性，雖然其硬度大，能夠滿足建筑需求，但是有些家用需要透光性強的材料，比如落地窗等。世界上有許多玻璃大廈，使用的無機復合膠凝材料（混合水泥）做基料、特種玻璃纖維（網格布）增強材料而制作成的，能夠進行高層建筑[1]。如圖1為玻璃大廈。

1.6隔音性強

圖1　

在現代化社會中，汽車聲、火車聲等等各種噪音充斥著我們的生活，為了健康生活和個人私密性的需要，人們對建筑的隔音效果提出了更高的要求。傳統的材料如果隔音效果好，那么就會顯得厚重；輕薄的材料隔音效果并不理想。而復合材料不僅輕薄，而且隔音隔熱效果都非常明顯。在土木工程中，復合材料便于運輸和安裝，而且能夠很好解決隔音問題。

2　復合材料在土木工程中的應用

2.1復合材料在土木工程中的應用研究現狀

20世紀80年代，美、日等發達國家最早進行復核材料的研究，主要是研究將碳纖維，即CFRP用于混凝土結構加固修補中，因其輕薄、耐久性，以及操作簡單，被廣泛運用于土木工程建筑之中。在建筑和抗震方面的應用非常廣泛，日本的建筑抗震性高，主要是因為使用大量的復合材料進行建筑。據介紹，CFRP增強型材料越來越受到建筑行業的關注和應用，每年的土木工程建筑中，復合材料的增長率遠遠高于傳統的建筑材料，是土木工程中潛力巨大的新型建筑材料[2]。

我國對復合材料的研究起步比較晚，最近幾年對復合材料的研究加快，而且形成了高校聯合研究，并取得了矚目的成就。在應用中，我國最近幾年的土木工程建筑中也廣泛使用復合材料。通過運用復合采用進入土木工程之中，不僅工程項目的速度提升，而且建筑合格率也普遍提高。

2.2復合材料在土木工程中的具體應用

碳纖維簡稱CFRP，因其具有良好的物理性能，在土木工程中被廣泛采用，主要在土木建筑結構基礎結構中使用。在國內市場中，CFRP增強塑料有著非常廣泛的市場，在土木工程中一般都會采用CFRP增強塑料[3]。表1是CFRP的主要性能指標。

表1　CFRP的主要性能指標

2.2.1在大型建筑中的應用

在土木工程中，把巖纖維加工成幫條狀的長絲能夠替代鋼筋用于建筑物結構的搭建；或者將其加工成繩狀，在工程中當拉鎖，用于升降建筑材料，結實耐用。而且由于碳纖維非常輕便和耐用，也會將其用在混凝土板或者架構中，在土木工程中的運用是非常廣泛的[4]。

2.2.2作為承載結構應用

①做承重結構，復合材料因其質量輕、密度大、強度大，能夠很好地在建筑中做承載結構，在工程建設中，把復合材料加工成柱子、樓板，或者在廠房中用作稱重結構使用。②做維護結構，復合材料因其可設計性和可塑性強，能夠加工成各種結構板和圍欄板在建筑中使用。③做透明窗戶，在建筑中，窗戶或者天窗是建筑中必備的設計，而在這些結構中，厚實的傳統材料不能夠進行通風采光，因此使用符合材料進行加工成板材，用作窗戶或者天窗等，不僅光線好，而且非常耐用，不像玻璃一樣，很容易碎裂發生危險。因此，在土木工程中，將符合材料根據建筑需要進行加工，制作成承重、窗戶、圍欄等，有著非常廣泛地應用。復合材料作為鋼筋混凝土的最適合替代物，更加適合土木工程建筑的需要。

2.2.3作為裝飾材料應用

復合材料因其防腐性比較強，可以在土木工程中加工成裝飾材料，比如說門窗的裝飾材料，像樹脂玻璃鋼可以做窗框。而且在家具中也有廣泛地應用，比如說用復合材料加工成浴缸、面盆，或者制作成整體式衛生間[5]。這種材料和傳統材料相比，更加輕薄和耐用，而且還能便于更換，不僅如此，復合材料用作裝飾材料，其成本非常低，能夠大范圍使用，使建筑具有美觀性。

2.2.4作為采暖通風材料應用

復合材料因其可塑性強，能夠制作成各種管狀物或者機罩等運用到工程中，或者是冷卻塔、風機等，這些用復合材料進行制作具有很好的保溫性能和耐用性。中國北方冬季需要使用大量暖氣進行供暖，其中的輸送暖氣的管道大部分都是使用的復合材料加工而成，不僅成本低，其隔熱、耐久性也非常好[6]。

3　復合材料的發展前景

隨著經濟建設的發展，土木工程項目越來越多，對現代化技術和材料的要求也越來越高，這是復合材料發展的重大機遇。復合材料的利用和開發需要明確發展方向，通過提高技術、使用新設備，使復合材料的制作和加工更加有效率[7]。根據市場的要求和規范，要求土木工程建筑更加環保和經濟，那么這就使得復合材料在土木建筑工程中的潛力更加發。復合材料因其可塑性強、可設計性好、透光隔音效果顯著，在土木工程建筑中必然會被大量使用，在今后的土木工程中，復合材料對于承重和為建筑物塑性，以及提高施工進度和降低施工成本有著重要的作用，其發展前景是客觀的[8]。

4　結束語

隨著經濟和科技的發展，以及人們生活水平的提高，對建筑的要求提出了更高的要求。人們對建筑的要求不再是單純地堅固耐用，還需要建筑具有美觀性、舒適性。傳統的建筑材料中，鋼筋、混凝土雖然能夠保證建筑堅固耐用，但其成本非常高，其不便于施工；而復合材料非常輕薄、利用施工，且其具有可塑性、可設計性等多種性能，不僅能夠保證建筑的堅固耐用，更能夠讓減輕建筑重量，塑造建筑形狀使其具有藝術美觀性。因此在土木工程中使用復合材料進行建筑，是技術的進步和現代化建筑的要求，對于減少建筑成本、提高經濟效益，實現土木工程的綠色和環保可持續發展具有重要的推動作用，必將在未來的土木工程中發揮更加重要的作用。

[1]鐘春強.復合材料在土木工程中的應用研究[J].科技資訊，2010，1（11）：50.

[2]劉春城，高洪順，馬桂蘭，等.CFRP復合材料在土木工程中的應用現狀[J].北華大學學報（自然科學版），2003，4（3）：258～260.

[3]溫建萍，劉佳.FRP復合材料在土木工程中的應用[J].城市建設理論研究（電子版），2012（30）：233～234.

[4]許藝嚴.淺議FRP復合材料在土木工程中的應用[J].網絡導報·在線教育，2012（33）：256.

[5]陳信良.復合材料在土木工程中的應用研究[J].城市建設理論研究（電子版），2014（18）：74.

[6]曹國輝，汪子鵬，王志宏等.纖維增強復合材料在土木工程中的應用研究[J].湖南城市學院學報：自然科學版，2011，20（4）：1～5.

[7]祝程平.復合材料在土木工程中的發展與應用[J].房地產導刊，2015（8）：480.

[8]胡矗峰，劉哲銀.FRP復合材料及其在土木工程中的應用分析[J].建材發展導向（下），2014，12（7）：106.

TU599

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1673-0038（2015）43-0099-02

2015-10-10