復合材料在土木工程中的發展與應用

石若利

從目前我們國家的實際情況來看，隨著我國社會經濟以及科學技術的不斷進步和發展，土木工程行業也隨之得到了發展，特別是當今時代，新型技術以及新型的材料在土木工程實際施工過程之中得到了十分普遍的運用，這就使得土木工程行業內部的大多數從業人員在實際工作的過程中逐漸的提高了對新型的復合材料關注程度，這也在很大程度上影響了未來土木工程行業整體的進步路線。從歷史的角度來看，纖維增強復合材料的實際應用歷史已經很長了，在一九五零到一九六零年之間，人們最先進行了一種試驗，也就是在進行民用建筑施工的過程中使用纖維增強復合材料進行施工，在一九六一年的時候，英國的一座教堂在實際進行施工的過程中選擇了玻璃纖維符合材料來制作它的尖頂，而在這之后不久，利物浦也運用這種新型的玻璃纖維增強復合材料來完成了一項人行天橋工程的建設。而我們國家在土木工程之中使用這種新型的復合材料是在一九六零年前后，我們國家在這一時間段內嘗試著在混凝土的組成成分之中加入了玻璃纖維束，而在這之后一直發展了二十年左右的時間我們國家才在土木工程的實際施工過程中普遍的運用纖維增強復合材料，并且相關的行業也加強了對其的研究力度。

1 纖維增強復合材料的各個發展階段

復合材料在土木工程的各個方面的實際運用從根本上來看是通過各種的方式把纖維增強復合材料附加在工程架構的表面，從而起到受力的實際作用，通過這樣的方式可以在很大程度上提升該原有部件的受力能力。在一九八五年前后，我們國家的土木工程在實際進行施工的過程中就嘗試過通過在混凝土結構的外部附加上一定量的玻璃纖維增強復合材料從而起到進一步提升鋼絲堅固程度的方式，但是當時的根本目的是為了進一步加強鋼絲的防腐蝕程度，與此同時還把鋼絲以及混凝土兩種材料進行有機結合，因此在當時雖然說這一嘗試取得了成功，但是并沒有對其進行進一步推廣，所以沒有得到普遍的應用。而在經歷了一段時間的發展過后，在瑞士的工程建設過程中通過在連續的箱型梁橋附加了碳纖維的增強型復合材料對其的堅固程度進行了進一步的增強，并且取得了十分滿意的效果，在這之后通過纖維增強復合材料對工程結構進行加固并且修復的新型技術被人們普遍關注，并且進行了更加廣泛的研究，發展速度的不斷加快使其被大量的工程普遍的應用，而且與此同時在對纖維增強復合材料不斷應有的過程中也直接的證明了通過使用纖維增強復合材料來對已經遭到損壞的結構進行修復效果是十分理想的。從我們國家的實際情況來看，首例使用纖維增強復合材料對土木工程進行加固并且取得十分理想的效果是在一九九八年，這也正式的打開了我們國家對纖維增強復合材料普遍應用以及研究的大門，而且在這以后這種新型的技術也在各個重要的工程之中被普遍應用，同時取得了較好的效果，特別是在我們國家的汶川大地震發生之后，在進行建筑的重建、進一步加固以及對地震所損壞的建筑進行修復工作的過程中，纖維增強復合材料為其提供了十分重要的幫助。從當下我們國家的實際情況來看，纖維增強復合材料經歷不斷的發展已經開始在各種不同類型以及結構的加固工作中取得了十分理想的成績，比如說利用在鋼結構以及混凝土結構等等建筑材料上，并且在實際應用的過程中纖維增強復合材料可以適應各種不同的工程領域，十分的方便。在實際進行加固工作的過程中主要有以下集中方法，在需要進行加固的混凝土柱上纏繞纖維增強復合材料布來達到加固的效果、在需要加固的梁上粘貼纖維增強復合材料的貼片從而達到加固的效果等等。從目前的實際情況來看，在實際進行土木工程的施工過程中將纖維增強復合材料應用在混凝土結構材料的加固較多一些，而且在鋼結構以及木結構等等常見的施工材料方面的研究也較為深入，在這之中目前正在著重研究的就是將纖維增強復合材料運用在鋼結構加固的技術。

2 纖維增強復合材料筋在土木工程之中的實際應用

在纖維增強復合材料筋纖維在纖維的組成部分之中，纖維的含量大約占有百分之六十到六十五，而且新型纖維增強復合材料筋的實際重量相對來說比較輕，如果與普通的鋼筋材料相比較來說普通鋼筋的重量是它的五倍，而且從強度方面來看這種新型的纖維增強復合材料筋也有著較強的強度，如果與普通的鋼筋相比普通鋼筋的強度只有它的六分之一。而且在目前的土木工程之中普遍用纖維增強復合材料筋取代普通鋼筋的一個十分重要的因素就是它具有很強的抗腐蝕特性，通過利用纖維增強復合材料筋可以大大加強土木工程整體架構的抗腐蝕性，保護結構的完整性，而且也在很大程度上降低了對整體架構進行維修所需要耗費的精力。除此之外，它具有的非磁性，也能滿足一些特殊工程的無鐵磁性要求。在我國對這方面的研究比較早，目前已經能夠進行多種纖維增強復合材料筋、索產品及其配套錨夾具的生產，而且隨著研究的深入，我國在實踐中，也得到了一定的成果。而在纖維增強復合材料筋混凝土的研究中，其重點主要涉及兩個方面，第一個方面是混凝土與纖維增強復合材料筋之間的界面粘結性能問題，因為這兩者之間的粘結性能較差，表面處理的形式和筋材形式的不同，會得到不同的粘結性能；另外一方面則是特殊力學性能，這是因為纖維增強復合材料筋屬于彈脆性材料，所以應用纖維增強復合材料筋的混凝土構件的受力性能不同于傳統鋼筋混凝土構件，因此各自的特點及其設計計算問題都是學者們重點關注的研究課題。

3 結束語

總而言之，在土木工程正在快速發展的時期，雖然現代混凝土和鋼材的大規模應用已經有一百多年了，其應用仍不全面充分，更何況應用年限更為年輕的復合材料，但是纖維增強復合材料復合材料多樣化的應用形式，使其具有更加廣闊的發展前景。

（作者單位：重慶交通大學）