復合材料在土木工程中的發展與應用

馬吉峰

石家莊高新建設投資有限公司 河北省 050000

復合材料在土木工程中的發展與應用

馬吉峰

石家莊高新建設投資有限公司 河北省 050000

自改革開放以來，我國社會經濟得到了快速發展，土木行業乘著社會前進的步伐，取得了跨越性的發展，在土木工程使用材料上發生了巨大變化，新材料、新技術、新工藝得到了突破性的發展。復合材料就是其中十分具有代表性的一種新型建筑結構材料，以質量輕、力學性能好、抗腐蝕等特點著稱，在現代土木工程建設中有著較為廣泛的應用。

復合材料；土木工程；發展與應用

1 引言

在生活中我們常能見到的復合材料是纖維增強復合材料，簡寫為FRP，是由樹脂和多種性能極強的纖維組合而成，人們常見它被用于結構加固或補強。新材料的制造及應用技術往往標志一個國家經濟和科技的發展程度，我們應當對復合材料的開發給予足夠的重視，刻苦鉆研，積極開發并運用于實際，增強結構受力性，延緩建筑使用年限，修復結構損傷，最大程度的減小工程建設對環境的不良影響，更好地造福人類。

2 復合材料的發展歷程

上世紀五六十年代，人們開始了在民用建筑中應用復合材料的嘗試，1961年英國斯梅西克一座教堂成功應用了玻璃纖維復合材料制作教堂尖頂，隨后在復合材料在世界范圍內被廣泛應用。復合材料的成功應用后，世界更多的學者加入了復合材料的研究中，極大的加速了復合材料的發展，而我國在上世紀八十年代才開始在結構工程中大量應用纖維增強復合材料。1972年，云南省用GFRP建成了一個直徑達44米的雷達天線罩；1982年，北京密云建成世界上第一座FRP公路橋，橋梁跨徑20.7米，是一座GFRP蜂窩箱梁型公路橋。隨后FRP得到了快速發展，大規模的應用FRP，是從該材料用于土木工程結構加固開始。從美國北嶺和日本阪神地震后的加固修復工作來看，復合材料加固優勢凸顯，其加固的經濟性和安全性得到了土木界的廣泛認可。

3 復合材料在土木工程中的主要應用

3.1 工程結構的加固補強

利用各種方法將復合材料附著在受力構件表面，已達到增強原有構件的受力性能。常見的混凝土加固方式有三種：第一種，用FRP布對混凝土結構進行纏繞加固，最具代表的纏繞加固就是對混凝土柱的纏繞加固，此種對柱加固方法成效明顯，是基于約束混凝土的受力變形提升結構強度原理，在增強軸向受力的同時還能增強結構的抗剪、抗震能力。第二種，在混凝土梁或板以及橋梁跨度內的受拉面貼用FRP片材。此種加固補強在我國極為常見，特別是在老舊建筑改造加固、橋梁承載修復、震后房屋損傷修復方面應用廣泛，貼面加固補強可有效提升構件的抗彎能力，防止結構裂縫的延伸。實踐證明在超載下常發生結構和貼片剝離現象，FRP片材與原結構的貼合還有待進一步提高。第三種，對混凝土柱或梁應用FRP片材包裹然后外部應用FRP布進行環繞加固補強，此加固方法實質上是前兩種方法的復合運用，加固效果最好，能有效提升結構的抗壓和抗剪能力，但此方法FRP用量較大。

3.2 FRP筋索和預應力FRP筋混凝土結構

FRP筋，質量輕，其纖維量占比達60%-65%，同樣體積的FRP筋與鋼筋相比，重量約為鋼筋的五分之一，但其受力強度卻約為普通鋼筋的六倍。因此，FRP索常被用作斜拉橋或懸索橋的纜索，其抗振動、抗疲勞的能力遠超傳統的鋼束，且施工容易，后續維保經濟、便捷。利用FRP筋代替鋼筋做成預應力FRP筋混凝土，不但能減輕自重、增加強度，還能抵抗混凝土堿性環境對筋條的腐蝕，降低維保費用，延長建筑使用年限。同時FRP混凝土結構還具有非磁性的特征，能夠為人類生產生活和科學研究提供一個無磁性建筑空間。

3.3 FRP組合式結構

將不同種類或不同形式的FRP制品進行組合應用，或將FRP與傳統鋼材、混凝土、木材等材料進行特意組合應用，實現了材料之間的優勢互補，在增強力學性能的同時，還能節約成本，有助于建筑造型的多樣化，延長建筑使用年限。目前應用技術比較成熟的有FRP-混凝土組合梁，FRP管混凝土組合構件，FRP-木組合結構構件，FRP-鋼管-混凝土組合結構，FRP-鋁合金組合構件等。

3.4 全FRP結構

FRP的高強輕質，耐腐絕緣等特性，使其在土木工程中具有十分獨特的優勢，全FRP結構在建筑中應用較多，因其具有極強的可設計性和加工性，全FRP結構常具有新穎的造型。常見的全FRP結構體系有：FRP輕質橋梁，FRP編制網結構，FRP桿件空間結構，快速架設應急FRP橋等。

4 增加科研投入、制定標準規范，助推復合材料跨越式發展

復合材料在土木工程中的應用離不開科研的支持，加大科研投入，能吸引更多更多的人才加入到復合材料的研發隊伍中，大大提升新材料、新技術、新工藝的研發進程。復合材料研發成功并投入市場應用后，必須積極吸取傳統混凝土工程、鋼筋工程等系列規范的制作經驗，制定嚴格的復合材料加工、應用、施工、檢測等標準規范。我國的復合材料研發和標準制定已有數十年歷史，目前已初步形成了一些較為基礎的復合材料應用標準，如土木工程中復合材料工程應用技術規范、土木專用復合材料產品標準、通用復合材料試驗方法標準等，這些標準規范為復合材料在土木工程中的發展和應用起到了十分顯著的效果，但隨著復合材料應用范圍的不斷擴大，在眾多應用領域尚未有統一標準。制定行之有效的復合材料應用標準規范，勢必將推動復合材料實現跨越式發展。

5 結語

近年復合材料在土木工程中的應用發展迅猛，特別是橋梁和民用建筑方面的應用技術更是得到了前所未有的發展，現今，復合材料的應用對象尺寸更大，耐久、耐腐蝕性要求更高，施工要求更加簡便，許多復合材料的標準已不能滿足土木工程發展的需要，我們的復合材料研發和復合材料施工應用技術亟待提高。

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[2]沙政輝.復合材料在土木工程中的發展與應用[J].中外企業家,2015(18):222.

[3]趙李艷.關于復合材料在土木工程中的發展與應用研究[J].江西建材,2015(21):266～267.