高性能材料FRP應用與結構工程創新

張志鵬

摘 要：隨著我國經濟的發展、社會的進步，在建筑領域，科技的使用范圍越來越廣。混凝土是建筑的基礎材料，混凝土結構的逐步使用中，給建筑材料帶來了巨大挑戰。高性能材料FRP在混凝土結構中的應用，不但增加了建筑的實用性，

關鍵詞：高性能材料；FRP應用；結構工程創新

隨著我國對外開放力度的進一步加深，我國經濟也隨著飛速發展，經濟的發展需要良好的基礎設施作為經濟增長的保障，因此，自我國實行改革開放以來，我國的工程建設領域得到迅猛發展。城市中不斷涌現高樓大廈，購物中心等建筑，龐大的建筑需求使建筑材料、建筑結構得到進一步的更新。高性能材料FRP應用與結構工程創新已發展為未來建筑的趨勢。

1 新時代對于建筑材料的新要求以及新挑戰

1.1 要求混凝土具有高強度以及高性能

在進行建筑的施工時，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度以及高性能便要加強對建筑材料的研制力度，使混凝土更加適應現今建筑的要求。

1.2 要求材料具有較強的抗腐蝕性

在進行建筑施工時，要尋求一種抗腐蝕性較強的材料替換混凝土結構的鋼筋，鋼絞線以及鋼絲。

1.3 要求材料具有較高的承載力

在進行建筑的修補以及加固時，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行具體的加固工作。

1.4 要求材料具有可回收利用性質

我國實行可持續發展的戰略，對于建筑領域所使用的建筑材料要充分考慮環境因素，使用國家的可持續發展政策，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。

2 高性能材料FRP

近幾十年來，隨著科學技術水平的提升，國際上相機開發出具有多種性能的非金屬增強材料，即纖維增強復合材料。這類新型的增強材料主要包括幾個方面，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將各種不同烈性的纖維材料與特定的樹脂材料結合而成，形成一個新的纖維增強的符合材料。這種材料具有一定的優勢，首先，其抗腐蝕的能力較其他的材料來說更強，擁有較強的耐久性。其次，其材料抗壓的強度較高，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。但是，纖維增強復合材料也具有一定的不足，即GFRP的筋相對于鋼筋來說要低得多，具有高電阻、低磁感應。

FRP材料早已在航空工業領域以及國防建設中被廣泛應用，甚至在體育事業中也有所應用。主要是因為其化學性能穩定，質強比高。然而，在過去的工程結構中，FRP的應用程度還不算好大，雖然其具有很多的優點，但是其材料的加工較為昂貴，制作費用較高。伴隨著經濟的發展，工藝的改進，這類問題得到了一定的解決，其經濟性得到了好轉。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用前景。因為其性能好且具有穩定性，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筋在混凝土內進行配置，可以取代鋼筋，即使混凝土結構處于較為惡劣的環境中，也不用擔心其被腐蝕。如若用其制作呈索，就是CFRP絞線，以其代替鋼絞線，進行先張法或者是后張法的預應力混凝土結構的制作，對土木工程師有著強大的吸引力，是工程師苦苦尋找的材料。利用CFRP來制作不了或者薄板，用于混凝土結構的外面，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，甚至能夠將外包柱的延展性能以及抗震性能得到提高。CFRP索是可以用來代替巖石錨桿的，因為其可以抵抗酸堿介質等的侵蝕，避免在使用期間發生需要更換的現象。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應用與結構工程創新

對于高性能材料FRP應用與結構工程創新要繼續深入對其的研究力度，進一步加快我國的FRP應用的進程，從而促進我國建筑領域的創新。具體方式如下：

要正確對待CFRP、GFRP、AFRP這三種建筑材料，在應用方面，首先要考慮對CFRP的使用，由于其對工程的具體實施較為有利，因此，應著重考慮CFRP。我國現階段的建筑領域，對于建筑的加固材料的應用也應首先考慮CFRP，CFRP布可以用于橋梁的架構的中以及建筑結構中，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，所以對其的使用不應運用在預應力筋的使用上，GFRP筋也是如此。對于FRP筋的應用范圍應進行進一步的開發。雖然AFRP以及GFRP筋不能作為預應力筋使用，但其可以作為體外索進行使用，在對其進行使用的過程中，要注意對其配筋方式的規范。在我國CFRP筋、GFRP筋、AFRP筋這三種建筑材料的使用仍然具有較大的發展潛力。在三種材料中GFRP、AFRP的抗腐蝕性較強，但AFRP在較為潮濕的環境下，其承載能力便會較少，因此，GFRP、AFRP可以作為土層的錨桿進行使用。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定性差的特點，在市場中其材料的成本較同等材料高，因此，對于這種材料的使用還很難達到大規模的普及，只有在高腐蝕性的環境以及對于磁力具有較高要求的環境中使用。隨著FRP在建筑領域的應用，促進了我國土木工程的進一步發展。

4 結語

FRP在未來的土木工程中會被更加廣泛的應用，并將促進土木工程科技進行創新。文章通過對FRP的應用進行探究，分析其優勢以及功能，進而為探討FRP的復合結構學提供有力參考。期望通過文章的研究能夠為FRP技術更好的應用提供有力建議。

參考文獻

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