淺談纖維增強復合材料在土木工程中的應(yīng)用

王佳

摘 要：隨著現(xiàn)代工業(yè)和科學技術(shù)的進步，建筑行業(yè)得到了迅猛的發(fā)展。企業(yè)發(fā)展需要足夠的辦公樓和廠房，因此建筑行業(yè)是企業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵，是國家經(jīng)濟發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)，近年來土木工程建設(shè)中開始大量應(yīng)用纖維復合材料。因此本文集中闡述了土木工程中纖維復合材料的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：土木工程 纖維增強復合材料 應(yīng)用

一、纖維增強復合材料的特點

1.纖維增強復合材料的可設(shè)計性

纖維增強復合材料具備比較復雜的組分，促使纖維增強復合材料擁有優(yōu)越的性能，不但能夠保留原來材料的性質(zhì)，也能夠存在高于單一組分的合成性能。實際操作中復合材料因為不同組分比例會影響材料的性能，所以纖維增強復合材料擁有廣闊的發(fā)展空間和前景，需要進一步研究纖維增強復合材料的優(yōu)越性，土木工程中應(yīng)用纖維增強復合材料更是具備廣闊的前景[1]。

2.復合材料的安全系數(shù)高、耐用性強

纖維增強復合材料具備高于單一材料的抗疲勞性能，纖維增強復合材料因為自身優(yōu)勢和特點，纖維增強復合材料即便出現(xiàn)斷裂，也能夠迅速分離承受的壓力，不會導致纖維面出現(xiàn)瞬間斷裂，為了土木安全性提供了合理的搶救速度和時間，同時也能夠有效提升纖維增強復合材料的耐用性和耐受力，相比較金屬材料來說，相同比例的纖維增強復合材料具備相對比較高的抗疲勞能力，纖維增強復合材料擁有比較強抵抗力實際上就是由于存在相對良好的材料韌性，纖維增強復合材料也具備70～80%的抗疲勞能力拉伸強度。

3.材料的美感性

隨著人們生活水平的提高，越來越重視精神文明的建設(shè)，同時也提高了建設(shè)建筑的要求，不再只是耐用安全，也應(yīng)該注重美感需求。土木建筑施工中應(yīng)用纖維增強復合材料可以完全展現(xiàn)材料的美感，為以后研究項目提供技術(shù)和動力保障。纖維增強復合材料可以高度統(tǒng)一材料美學和結(jié)構(gòu)形式。

4.抗腐蝕能力強

纖維增強復合材料抗腐蝕應(yīng)力是衡量土木工程耐用性的重要因素。土木工程中應(yīng)用纖維增強復合材料可以有效解決腐蝕的相關(guān)問題。建筑施工的傳統(tǒng)材料一般都是鋼鐵，因為存在比較差的耐腐蝕能力，特別是在空氣濕度較大或者沿海區(qū)域，會因為腐蝕建筑材料造成不必要的損失，國內(nèi)每年由于腐蝕材料會出現(xiàn)數(shù)十億的損失。纖維增強復合材料應(yīng)用以后，具備幾十倍鋼鐵的耐腐蝕能力，是建筑施工中值得應(yīng)用的材料[2]。

5.纖維增強復合材料結(jié)構(gòu)功能

纖維增強復合材料可以說具備一定人體性的，纖維增強復合材料應(yīng)用在土木工程中，在電熱刺激纖維增強復合材料的過程中，能夠類似人體肌肉出現(xiàn)張力和形狀的改變。為了有效解決振動中的共振問題，纖維增強復合材料是一種合理的解決方式。土木工程中應(yīng)用纖維增強復合材料，可以主動控制結(jié)構(gòu)振動和噪音，為土木建筑施工提供安全、可靠的環(huán)境。

二、土木工程中纖維增強復合材料的應(yīng)用

土木工程中纖維增強復合材料應(yīng)用為以下方面，混凝土中加入短切纖維，新建結(jié)構(gòu)中應(yīng)用纖維混凝土。土木建筑施工中利用纖維增強復合材料取代原來鋼筋。對纖維增強復合材料進行加工形成索狀或者束狀，以此當作土木工程大型項目拉索。有機結(jié)合混凝土和纖維增強復合材料形成大跨度板、梁。公路路面中應(yīng)用纖維增強復合材料能夠有效提升公路耐久性和質(zhì)量。纖維增強復合材料已經(jīng)逐漸取代新型混合橋梁中傳統(tǒng)材料，如橋面板、斜拉索等。1996年瑞士建立了第一座纖維增強復合材料的公路橋梁。國內(nèi)也建立了很多纖維增強復合材料的橋梁，如重慶陳家灣橋、江蘇拉索斜拉橋、重慶觀音橋、北京密云公路橋等[3]。

三、土木工程中纖維增強復合材料的未來展望

在成功研制纖維增強復合材料加固修復混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)以后，會極大程度上改變土木建筑加固的相關(guān)技術(shù)，相比較傳統(tǒng)技術(shù)來說，上述這種技術(shù)具備方便、經(jīng)濟、效率、優(yōu)越等特點，能夠有效解決原來技術(shù)不能解決的土木工程施工問題，具備社會效益和經(jīng)濟效益[4]。這種技術(shù)成功研發(fā)以后，為土木建筑施工中應(yīng)用高性能和碳纖維材料提供基礎(chǔ)和保障，建立全新的建設(shè)途徑。這種技術(shù)的應(yīng)用可以在一定程度上提升國內(nèi)碳纖維技術(shù)的水平和質(zhì)量，保障為以后研究和開拓土木工程提供參考，但是這種新技術(shù)應(yīng)用中具備鋼筋混凝土和復合材料的特點和優(yōu)勢，結(jié)構(gòu)工程師、力學材料專家和力學研究人員應(yīng)該進行聯(lián)合研究，分析宏觀和微觀情況下力學結(jié)構(gòu)形式，并且也應(yīng)該重點闡述新材料損傷破壞力學，構(gòu)建全新的評價體系，為以后加固土木建筑結(jié)構(gòu)奠定理論基礎(chǔ)，確保能夠逐漸完善和發(fā)展復合材料加固技術(shù)。纖維增強復合材料加固技術(shù)具備高效、高強等特點，主要就是因為碳纖維擁有良好的物理性能，現(xiàn)階段設(shè)計建筑方案的時候，應(yīng)該及時處理修補混凝土緩慢凝固時間的問題，系統(tǒng)化管理施工加固方式。未來發(fā)展纖維增強復合材料的過程中希望能夠回收再利用廢舊結(jié)構(gòu)材料，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展和資源節(jié)約型社會的發(fā)展。開發(fā)自動診斷智能纖維，土木工程中對纖維增強復合材料進行優(yōu)化，依據(jù)不同導電性能和斷裂性能，配置相對先進測量系統(tǒng)和自感系統(tǒng)，研究智能結(jié)構(gòu)和智能纖維[5]。

綜上，建筑領(lǐng)域纖維增強復合材必然得到迅速的進步和發(fā)展，眾所周知土木工程中應(yīng)用纖維增強復合材料具備一定優(yōu)越性，并且纖維增強復合材料因為存在復雜的性質(zhì)，擁有廣闊的應(yīng)用和開發(fā)前景。土木工程中不論是外粉材料還是整體建筑結(jié)構(gòu)都應(yīng)用纖維增強復合材料，未來發(fā)展過程中土木工程領(lǐng)域會更加廣泛的應(yīng)用纖維增強復合材料，更加突出材料的優(yōu)越性。

參考文獻

[1]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(yīng)用研究[J].湖南城市學院學報：自然科學版，2011，20（4）：1-5.

[2]鄭強，張德海，劉新強等.纖維增強復合材料在土木工程中的研究與應(yīng)用[C].第九屆建筑物改造與病害處理學術(shù)研討會論文集.2011：304-306.

[3]潘建伍，吳剛，袁希貴等.玄武巖-芳綸和玄武巖-碳混雜纖維增強復合材料片材的疲勞性能[J].東南大學學報（英文版），2013，29（1）：84-87.

[4]袁希貴，潘建伍.FRP加固土木工程結(jié)構(gòu)疲勞性能研究進展[C].江蘇省工程結(jié)構(gòu)鑒定與加固改造第四屆學術(shù)交流會論文集.2011：21-28.

[5]王璠，何一帆，宋毅等.引發(fā)方式、鋪層對纖維增強復合材料圓柱殼吸能特性影響的沖擊試驗研究[J].振動工程學報，2013，26（1）：33-40.