土木工程中復(fù)合材料的發(fā)展及其應(yīng)用

劉敏

摘 要：復(fù)合材料屬于纖維性材料，應(yīng)用于土木工程建設(shè)中，體現(xiàn)出獨(dú)到的優(yōu)勢，提高了土木工程施工質(zhì)量，而且也能節(jié)省成本，達(dá)到節(jié)能環(huán)保施工目標(biāo)。本文首先分析了復(fù)合材料的發(fā)展歷程，然后，分析了其在土木工程中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：土木工程；復(fù)合材料；發(fā)展；應(yīng)用

隨著現(xiàn)代工程技術(shù)的發(fā)展，復(fù)合材料在土木工程建設(shè)中得到了應(yīng)用，并已經(jīng)逐漸成為一項(xiàng)成熟的技術(shù)，目前，整個世界都已經(jīng)編制了成熟的技術(shù)規(guī)范和規(guī)程，各類復(fù)合材料，例如：玻璃纖維、碳纖維等得到了普及、發(fā)展和應(yīng)用，事實(shí)證明應(yīng)用的優(yōu)勢效果十分明顯。

一、復(fù)合材料的發(fā)展概況

復(fù)合材料主要指的是纖維增強(qiáng)材料。其主體成分為纖維，具體包括：玻璃纖維、玄武巖纖維、芳綸、樹脂等，各類材料按照科學(xué)的比例調(diào)配在一起，利用特定工藝逐步形成全新的結(jié)構(gòu)材料。該材料已經(jīng)被應(yīng)用到土木工程的各個領(lǐng)域，也對應(yīng)出現(xiàn)了各種新型結(jié)構(gòu)。

總的來看，復(fù)合材料在實(shí)際應(yīng)用中體現(xiàn)出：質(zhì)地輕、強(qiáng)度高、可塑性強(qiáng)、便于施工、抗腐蝕等特性。將其應(yīng)用在建筑鋼混結(jié)構(gòu)中，能夠有效發(fā)揮其優(yōu)勢功效。

自20世紀(jì)50年代開始，復(fù)合材料就已經(jīng)率先用在一些工民建工程中，該材料在土木工程中的應(yīng)用最早起源于西方發(fā)達(dá)國家，例如：早在1970年，英國教堂的園頂構(gòu)造就應(yīng)用了復(fù)合材料，形成了美觀、牢固的教堂頂端構(gòu)造。隨著該技術(shù)的不斷發(fā)展，也被世界其他國家的土木工程建設(shè)所應(yīng)用，例如：建筑跨度結(jié)構(gòu)、橋梁橋面工程、建筑構(gòu)件等，事實(shí)證明取得了良好效果。

二、土木工程中復(fù)合材料的應(yīng)用

（一）工程結(jié)構(gòu)牢固補(bǔ)強(qiáng)

讓復(fù)合材料牢固黏著、牢固于工程構(gòu)件表層，以此來強(qiáng)化該結(jié)構(gòu)部件的強(qiáng)度，提升其受力性。該方法產(chǎn)生于上個世紀(jì)80年代，最早西方發(fā)達(dá)國家應(yīng)用，經(jīng)歷了不斷發(fā)展、完善的過程，事實(shí)證明發(fā)揮著優(yōu)勢補(bǔ)強(qiáng)作用，隨后該技術(shù)在中國建筑工程結(jié)構(gòu)部件牢固補(bǔ)強(qiáng)中得以應(yīng)用，效果明顯。具體的粘貼牢固補(bǔ)強(qiáng)主要包括：

第一，復(fù)合材料布纏牢固。主要用在砼柱或梁，憑借布纏繞來控制砼柱變形，提升其強(qiáng)度、抗震性能、抗剪能力等。具體的加固效果和砼柱形態(tài)以及截面形狀密切相關(guān)，如果是長方形截面，通?？梢杂行嵘淇辜裟芰?、變形能力等。相反，對于弧狀的截面，其受壓承載力將大大提升。第二，復(fù)合材料片材附著于梁、板拉面。這種方式能有效增強(qiáng)梁、板受拉面的抗彎承載力，緩解裂縫，達(dá)到牢固穩(wěn)定的目的，然而，總的來看，其中依然存在不足方面，例如：受拉面的抗彎效果同初始的配筋梁密切相關(guān)，復(fù)合材料的加固作用未得以充分發(fā)揮。此外，復(fù)合材料片材也用于建筑梁、柱構(gòu)件的加固以及剪力墻加固中，同時，也用于建筑工程鋼結(jié)構(gòu)、木構(gòu)造等的牢固補(bǔ)強(qiáng)中，發(fā)揮了積極的作用。

（二）復(fù)合材料組合結(jié)構(gòu)

該結(jié)構(gòu)的主要應(yīng)用原理為：讓各個類型、各個形式的復(fù)合材料制品同混凝土、鋼材等混合起來，發(fā)揮混合材料中各類成分的優(yōu)勢，達(dá)到整體上最優(yōu)、最牢固的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。復(fù)合材料通常質(zhì)地優(yōu)良、性能優(yōu)、可塑性強(qiáng)，可以打造出各類構(gòu)造，根據(jù)所需形成多種組合結(jié)構(gòu)，具體包括：

1）復(fù)合材料鋼混組合結(jié)構(gòu)。將空心鋼管安裝在構(gòu)件中心區(qū)域，在外圍包裹一層復(fù)合材料，再將砼灌注于二者中間，此時的建筑結(jié)構(gòu)中，空心鋼管成為框架結(jié)構(gòu)，包裹的復(fù)合材料則充當(dāng)模板，不僅牢固了鋼管，也保護(hù)了其免遭腐蝕，也使得混凝土得以加固、牢固，控制了混凝土變形、提升了其承載力。2）復(fù)合材料混凝土組合梁。該結(jié)構(gòu)的原理為：依托于組合作用，讓處于下方的復(fù)合材料承受拉力，上方混凝土受到壓力，在組合力下，復(fù)合材料與混凝土協(xié)調(diào)配合，打造出一個高強(qiáng)度、高性能的剪力鏈接構(gòu)造。在這一組合原理下，復(fù)合材料的優(yōu)勢功能得以發(fā)揮。3）復(fù)合材料鋁合金組合結(jié)構(gòu)。按照組合牢固加工的原理，根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)讓復(fù)合材料圍在鋁合金管材的外層，二者同步配合，充分發(fā)揮共有的優(yōu)勢，增強(qiáng)了構(gòu)件強(qiáng)度、抗腐蝕、經(jīng)久耐用等。而且鋁合金具有一定的柔韌性，彌補(bǔ)了復(fù)合材料碎脆的特性。事實(shí)證明該組合構(gòu)件更加適用于建筑工程中大跨度空間構(gòu)造內(nèi)。

（三）全復(fù)合材料結(jié)構(gòu)

1）復(fù)合材料橋面。橋梁橋面施工中，選擇復(fù)合材料充當(dāng)其面層構(gòu)造，能夠達(dá)到控制橋體支撐構(gòu)造、下端構(gòu)造內(nèi)力的作用，而且能夠有效防范各種外力因素、環(huán)境因素等對橋面的不良侵蝕。通常由復(fù)合材料構(gòu)成的橋面板占整個橋面的25%-30%，這樣不僅減輕了橋面構(gòu)造自身質(zhì)量和重量，也能確保其長期使用。

2）復(fù)合材料編織網(wǎng)結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)主要原理為：遵循特點(diǎn)的規(guī)律、規(guī)程，來將復(fù)合材料板條逐一排列，最后相互間編織起來，再實(shí)施整體張拉，最終打造出一個相對具有韌性、柔韌度的編織網(wǎng)構(gòu)造。此構(gòu)造集中應(yīng)用了復(fù)合材料的優(yōu)質(zhì)性能，例如：質(zhì)地輕、高強(qiáng)度、柔韌性等，通常用在大跨度建筑屋頂中，或者用在一些工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)施工中。

3）復(fù)合材料曲面構(gòu)造。因?yàn)閺?fù)合材料體現(xiàn)出良好的可塑性、韌性、靈活性，基于此可以對通過對復(fù)合材料進(jìn)行優(yōu)化改良、改造，最終形成想要的曲面構(gòu)造。例如：對復(fù)合材料進(jìn)行深加工，可以形成豐富多彩的幾何形狀、多樣的空間立體結(jié)構(gòu)，而且還能夠憑借局部構(gòu)造的完善與修理，使得構(gòu)造形狀走向完善，按照功能所需塑造其形狀、結(jié)構(gòu)，最終打造出一個高質(zhì)量的曲面構(gòu)造。以往的普通建材無法達(dá)到這一效果，而且實(shí)際的塑造需要花費(fèi)大量的經(jīng)費(fèi)，增加了曲面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成本。

4）抗腐蝕復(fù)合材料。環(huán)保、節(jié)能社會背景下，為了達(dá)到環(huán)保目標(biāo)，一些污染處理結(jié)構(gòu)得到了發(fā)展與應(yīng)用，為了提高這些構(gòu)造物抗腐蝕、耐腐蝕的性能，就必須采用先進(jìn)的結(jié)構(gòu)材料，此時，復(fù)合材料應(yīng)用其中效果明顯，例如：污水處理廠的作業(yè)平臺等，在海洋工程方面，常將復(fù)合材料用在船體構(gòu)造中，發(fā)揮其耐海鹽腐蝕的優(yōu)勢。

三、總結(jié)

復(fù)合材料作為一種全新的結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用于土木工程建設(shè)中，能夠發(fā)揮多方面的優(yōu)勢，提高工程施工建設(shè)效率，提升工程質(zhì)量，優(yōu)化并改善工程結(jié)構(gòu)。

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