復(fù)合材料在土木工程中的發(fā)展與應(yīng)用分析

曾永平

（福建水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院）

復(fù)合材料主要是由多種材料以物理方式、化學(xué)方法處理形成，使其成為新型材料。因此，復(fù)合材料具備不同材料優(yōu)點(diǎn)，將其合理應(yīng)用于土木工程中，可以為其施工建設(shè)起到積極作用，特別是對(duì)于纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的應(yīng)用，因其具備質(zhì)地輕和硬度高等特征，使其成為提高土木工程質(zhì)量的重要方式?；诖?，在土木工程的施工過(guò)程，加大復(fù)合材料應(yīng)用力度，結(jié)合其發(fā)展和作用，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)合材料的有效運(yùn)用，同時(shí)提高土木工程整體質(zhì)量。

1 土木工程中復(fù)合材料的發(fā)展

在科學(xué)技術(shù)持續(xù)發(fā)展下，部分新型材料隨之得到廣泛應(yīng)用，以便于更好滿足社會(huì)發(fā)展需求，復(fù)合材料（Fiber Reinforced Plastics，F(xiàn)RP）隨之應(yīng)運(yùn)而生。在FRP材料中，其主要構(gòu)成部分包括芳綸和碳纖維等，此類材料均呈現(xiàn)較高纖維與樹(shù)脂特征，對(duì)其進(jìn)行混合后進(jìn)行加工處理，可以形成比較獨(dú)特結(jié)構(gòu)材料。因此，F(xiàn)RP和其他材料進(jìn)行比較，其強(qiáng)度高和質(zhì)量小等性能比較顯著，逐漸受到土木工程施工人員的重視，使其和混凝土等材料成為土木工程施工的關(guān)鍵。

上世紀(jì)五六十年代FRP已在民用建筑中得到具體使用，如1961年，其英國(guó)進(jìn)行教堂尖頂建設(shè)時(shí)，將GFRP作為主要技術(shù)，1970年實(shí)現(xiàn)FRP在人工天橋中的應(yīng)用。而我國(guó)則是在上世紀(jì)五十年代末期，逐漸由玻璃纖維取代鋼筋，確?；炷潦┕さ挠行蜻M(jìn)行，在七八十年代更是加大了FRP的研究力度，例如：在1982年的北京城市，選擇GFRP進(jìn)行公路橋的建設(shè)，使其具有較強(qiáng)承重能力[1]。在初始階段，F(xiàn)RP主要應(yīng)用于土木工程的結(jié)構(gòu)加固中，通過(guò)此種材料進(jìn)行加固處理后，土木工程可以在地震條件下具有較強(qiáng)性能，同時(shí)獲取人們的重視和認(rèn)可，實(shí)現(xiàn)了FRP的廣泛應(yīng)用，直至二十一世紀(jì)初，我國(guó)土木工程建設(shè)中FRP成為重要材料，同時(shí)對(duì)工程施工質(zhì)量提供重要保障。

2 土木工程中復(fù)合材料的作用

伴隨科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展，其復(fù)合材料成為工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域主要部分，尤其是在汽車工業(yè)內(nèi)，汽車制作工藝需要在復(fù)合材料應(yīng)用下進(jìn)行。而人們生活中，復(fù)印機(jī)與打印機(jī)的應(yīng)用比較常見(jiàn)，均是在使用復(fù)合材料的基礎(chǔ)上進(jìn)行。由此可見(jiàn)，土木工程的施工過(guò)程，對(duì)于復(fù)合材料的應(yīng)用尤為重要，在對(duì)其作用進(jìn)行深入研究可知，復(fù)合材料的加固補(bǔ)強(qiáng)效果比較理想，特別是在土木工程中，使其成為土木工程受力性能重要加強(qiáng)措施。

土木工程中，因復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)、加固作用比較顯著，所以，施工人員通常選擇此種方法進(jìn)行構(gòu)件受力性能的加強(qiáng)，對(duì)于混凝土來(lái)講，復(fù)合材料加固方式具體包括：首先，選擇FRP布進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)的加固，主要表現(xiàn)在混凝土柱纏繞加固中，以此呈現(xiàn)其柱加固效果，在提高結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度的同時(shí)，還可以改善結(jié)構(gòu)抗剪和抗震能力[2]。其次，混凝土的梁、板和橋梁跨度中，受拉面應(yīng)用FRP材料，具有較強(qiáng)加固補(bǔ)強(qiáng)作用，尤其是老舊建筑的改造加固和房屋損壞修復(fù)等方面，均可以通過(guò)此種方式提高構(gòu)件抗彎能力，避免結(jié)構(gòu)裂縫延伸。最后，混凝土柱與梁施工中，F(xiàn)RP材料進(jìn)行包裹后，在其外部進(jìn)行FRP的環(huán)繞加固，可以達(dá)到最佳加固效果，從而提升結(jié)構(gòu)抗壓與抗剪能力。

3 土木工程中復(fù)合材料的具體應(yīng)用

（一）FRP筋索與FRP筋混凝土

土木工程的整個(gè)施工中，對(duì)于FRP復(fù)合材料的使用，因纖維所占比例較大，且筋度重量小和強(qiáng)度范圍高等特征，使其呈現(xiàn)較多優(yōu)點(diǎn)。在FRP材料中，其耐腐蝕性相對(duì)比較顯著，可取代鋼筋主要性能，所以，土木工程的建設(shè)過(guò)程，除了需要防止鋼筋銹蝕問(wèn)題，還應(yīng)該盡可能節(jié)約工程維修成本，實(shí)現(xiàn)其整體效益的提升。另外，F(xiàn)RP非磁性特征同樣比較突出，可以滿足工程全部無(wú)磁性要求。FRP筋索通常應(yīng)用于道路橋梁的建設(shè)中，且具備纜繩的重要作用，能夠?qū)⑵洚?dāng)作預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)行使用。而在進(jìn)行FRP混凝土研究發(fā)現(xiàn)，其主要包括以下內(nèi)容：筋和混凝土間存在粘結(jié)問(wèn)題，若是粘結(jié)沒(méi)有滿足其預(yù)期要求，很難發(fā)揮粘結(jié)作用；和傳統(tǒng)混凝土進(jìn)行比較，F(xiàn)RP筋混凝土彈脆性特點(diǎn)，且承受力方式存在較大差異化，需要結(jié)合土木工程情況進(jìn)行明確[3]。

（二）結(jié)構(gòu)加固補(bǔ)強(qiáng)

在進(jìn)行復(fù)合材料實(shí)際應(yīng)用時(shí)，通常選擇不同方法進(jìn)行，如FRP構(gòu)件表面的附著，以此強(qiáng)化原構(gòu)件受力性能。工程實(shí)踐中選擇混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)，對(duì)于外貼玻璃纖維的應(yīng)用，可以通過(guò)復(fù)合材料進(jìn)行加固，以此提高整體效果，即充分發(fā)揮其防腐作用。而上世紀(jì)九十年代初，對(duì)于碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了多跨橋梁的加固，且應(yīng)用效果比較理想，促使復(fù)合材料得以有效應(yīng)用和推廣，同時(shí)取得明顯進(jìn)步和發(fā)展。1988年CFRP加固工程的順利施行，為FRP發(fā)展起到一定促進(jìn)作用，同時(shí)成為工程建設(shè)重要部分。

（三）與傳統(tǒng)材料融合

不同F(xiàn)RP混合使用以及FRP與混凝土、鋼筋等融合，均可以達(dá)到取長(zhǎng)補(bǔ)短的目的，在增加其性能同時(shí)，還能夠形成全新結(jié)構(gòu)體系，即FRP的組合結(jié)構(gòu)，具體包括：第一，F(xiàn)RP管內(nèi)進(jìn)行混凝土的結(jié)合，在FRP的基礎(chǔ)上進(jìn)行混凝土的約束，在具備加快工程進(jìn)度同時(shí)，還擁有較強(qiáng)持久性。第二，F(xiàn)RP位于空心鋼管以外，然后選擇混凝土進(jìn)行填充，其中鋼管模板作用為承重，而FRP與混凝土能夠?qū)︿摴苡枰员Ｗo(hù)，混凝土則呈現(xiàn)約束作用，實(shí)現(xiàn)承載能力的提升。第三，工程構(gòu)件中進(jìn)行FRP的運(yùn)用，可以對(duì)FRP進(jìn)行全面應(yīng)用，但需要確保FRP、混凝土間的有效連接。

（四）全復(fù)合材料

經(jīng)過(guò)深入研究復(fù)合材料力學(xué)性質(zhì)發(fā)現(xiàn)，力學(xué)領(lǐng)域內(nèi)此種材料具有較高強(qiáng)度，根據(jù)其力學(xué)特征發(fā)現(xiàn)，耐腐蝕性與可設(shè)計(jì)性屬于其基本特征，結(jié)合土木工程的施工情況發(fā)現(xiàn)，在全復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中，將其應(yīng)用于土木工程時(shí)主要表現(xiàn)于橋梁工程。例如：橋梁工程中復(fù)合材料可以保證各項(xiàng)技術(shù)有效運(yùn)用。人們實(shí)際工作中，當(dāng)出現(xiàn)地震和火災(zāi)等危害時(shí)，此項(xiàng)技術(shù)可以應(yīng)用于災(zāi)害救援中，因復(fù)合材料具備輕量化特點(diǎn)，在復(fù)合材料進(jìn)行應(yīng)用時(shí)需要引起高度重視。結(jié)合該技術(shù)應(yīng)用情況發(fā)現(xiàn)，將其應(yīng)用在軍事領(lǐng)域內(nèi)，使其呈現(xiàn)較為理想的應(yīng)用效果，值得對(duì)其進(jìn)行推廣和應(yīng)用，以便于發(fā)揮全復(fù)合材料的最大價(jià)值，促進(jìn)其長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。

4 結(jié)束語(yǔ)

總之，土木工程的整個(gè)施工過(guò)程，對(duì)于FRP的應(yīng)用相對(duì)比較廣泛，因其應(yīng)用條件比較復(fù)雜化，需要加強(qiáng)其重視和控制。與此同時(shí)，在土木工程中，混凝土與鋼材的應(yīng)用較為常見(jiàn)，且發(fā)展歷程相對(duì)較長(zhǎng)，而FRP應(yīng)用時(shí)間較短，因此，土木工程實(shí)際施工中，強(qiáng)化FRP復(fù)合材料的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)工程質(zhì)量的全面提升，同時(shí)具有較為理想的應(yīng)用前景，需要土木工程的施工人員予以高度重視。