復(fù)合材料在土木工程中的發(fā)展與應(yīng)用

石若利

從目前我們國(guó)家的實(shí)際情況來(lái)看，隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)以及科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，土木工程行業(yè)也隨之得到了發(fā)展，特別是當(dāng)今時(shí)代，新型技術(shù)以及新型的材料在土木工程實(shí)際施工過(guò)程之中得到了十分普遍的運(yùn)用，這就使得土木工程行業(yè)內(nèi)部的大多數(shù)從業(yè)人員在實(shí)際工作的過(guò)程中逐漸的提高了對(duì)新型的復(fù)合材料關(guān)注程度，這也在很大程度上影響了未來(lái)土木工程行業(yè)整體的進(jìn)步路線。從歷史的角度來(lái)看，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的實(shí)際應(yīng)用歷史已經(jīng)很長(zhǎng)了，在一九五零到一九六零年之間，人們最先進(jìn)行了一種試驗(yàn)，也就是在進(jìn)行民用建筑施工的過(guò)程中使用纖維增強(qiáng)復(fù)合材料進(jìn)行施工，在一九六一年的時(shí)候，英國(guó)的一座教堂在實(shí)際進(jìn)行施工的過(guò)程中選擇了玻璃纖維符合材料來(lái)制作它的尖頂，而在這之后不久，利物浦也運(yùn)用這種新型的玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料來(lái)完成了一項(xiàng)人行天橋工程的建設(shè)。而我們國(guó)家在土木工程之中使用這種新型的復(fù)合材料是在一九六零年前后，我們國(guó)家在這一時(shí)間段內(nèi)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(fā)展了二十年左右的時(shí)間我們國(guó)家才在土木工程的實(shí)際施工過(guò)程中普遍的運(yùn)用纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，并且相關(guān)的行業(yè)也加強(qiáng)了對(duì)其的研究力度。

1 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的各個(gè)發(fā)展階段

復(fù)合材料在土木工程的各個(gè)方面的實(shí)際運(yùn)用從根本上來(lái)看是通過(guò)各種的方式把纖維增強(qiáng)復(fù)合材料附加在工程架構(gòu)的表面，從而起到受力的實(shí)際作用，通過(guò)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(guó)家的土木工程在實(shí)際進(jìn)行施工的過(guò)程中就嘗試過(guò)通過(guò)在混凝土結(jié)構(gòu)的外部附加上一定量的玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料從而起到進(jìn)一步提升鋼絲堅(jiān)固程度的方式，但是當(dāng)時(shí)的根本目的是為了進(jìn)一步加強(qiáng)鋼絲的防腐蝕程度，與此同時(shí)還把鋼絲以及混凝土兩種材料進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，因此在當(dāng)時(shí)雖然說(shuō)這一嘗試取得了成功，但是并沒(méi)有對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步推廣，所以沒(méi)有得到普遍的應(yīng)用。而在經(jīng)歷了一段時(shí)間的發(fā)展過(guò)后，在瑞士的工程建設(shè)過(guò)程中通過(guò)在連續(xù)的箱型梁橋附加了碳纖維的增強(qiáng)型復(fù)合材料對(duì)其的堅(jiān)固程度進(jìn)行了進(jìn)一步的增強(qiáng)，并且取得了十分滿意的效果，在這之后通過(guò)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料對(duì)工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固并且修復(fù)的新型技術(shù)被人們普遍關(guān)注，并且進(jìn)行了更加廣泛的研究，發(fā)展速度的不斷加快使其被大量的工程普遍的應(yīng)用，而且與此同時(shí)在對(duì)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料不斷應(yīng)有的過(guò)程中也直接的證明了通過(guò)使用纖維增強(qiáng)復(fù)合材料來(lái)對(duì)已經(jīng)遭到損壞的結(jié)構(gòu)進(jìn)行修復(fù)效果是十分理想的。從我們國(guó)家的實(shí)際情況來(lái)看，首例使用纖維增強(qiáng)復(fù)合材料對(duì)土木工程進(jìn)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(kāi)了我們國(guó)家對(duì)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料普遍應(yīng)用以及研究的大門(mén)，而且在這以后這種新型的技術(shù)也在各個(gè)重要的工程之中被普遍應(yīng)用，同時(shí)取得了較好的效果，特別是在我們國(guó)家的汶川大地震發(fā)生之后，在進(jìn)行建筑的重建、進(jìn)一步加固以及對(duì)地震所損壞的建筑進(jìn)行修復(fù)工作的過(guò)程中，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料為其提供了十分重要的幫助。從當(dāng)下我們國(guó)家的實(shí)際情況來(lái)看，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料經(jīng)歷不斷的發(fā)展已經(jīng)開(kāi)始在各種不同類型以及結(jié)構(gòu)的加固工作中取得了十分理想的成績(jī)，比如說(shuō)利用在鋼結(jié)構(gòu)以及混凝土結(jié)構(gòu)等等建筑材料上，并且在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中纖維增強(qiáng)復(fù)合材料可以適應(yīng)各種不同的工程領(lǐng)域，十分的方便。在實(shí)際進(jìn)行加固工作的過(guò)程中主要有以下集中方法，在需要進(jìn)行加固的混凝土柱上纏繞纖維增強(qiáng)復(fù)合材料布來(lái)達(dá)到加固的效果、在需要加固的梁上粘貼纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的貼片從而達(dá)到加固的效果等等。從目前的實(shí)際情況來(lái)看，在實(shí)際進(jìn)行土木工程的施工過(guò)程中將纖維增強(qiáng)復(fù)合材料應(yīng)用在混凝土結(jié)構(gòu)材料的加固較多一些，而且在鋼結(jié)構(gòu)以及木結(jié)構(gòu)等等常見(jiàn)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(qiáng)復(fù)合材料運(yùn)用在鋼結(jié)構(gòu)加固的技術(shù)。

2 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料筋在土木工程之中的實(shí)際應(yīng)用

在纖維增強(qiáng)復(fù)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(qiáng)復(fù)合材料筋的實(shí)際重量相對(duì)來(lái)說(shuō)比較輕，如果與普通的鋼筋材料相比較來(lái)說(shuō)普通鋼筋的重量是它的五倍，而且從強(qiáng)度方面來(lái)看這種新型的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料筋也有著較強(qiáng)的強(qiáng)度，如果與普通的鋼筋相比普通鋼筋的強(qiáng)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(qiáng)復(fù)合材料筋取代普通鋼筋的一個(gè)十分重要的因素就是它具有很強(qiáng)的抗腐蝕特性，通過(guò)利用纖維增強(qiáng)復(fù)合材料筋可以大大加強(qiáng)土木工程整體架構(gòu)的抗腐蝕性，保護(hù)結(jié)構(gòu)的完整性，而且也在很大程度上降低了對(duì)整體架構(gòu)進(jìn)行維修所需要耗費(fèi)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(wú)鐵磁性要求。在我國(guó)對(duì)這方面的研究比較早，目前已經(jīng)能夠進(jìn)行多種纖維增強(qiáng)復(fù)合材料筋、索產(chǎn)品及其配套錨夾具的生產(chǎn)，而且隨著研究的深入，我國(guó)在實(shí)踐中，也得到了一定的成果。而在纖維增強(qiáng)復(fù)合材料筋混凝土的研究中，其重點(diǎn)主要涉及兩個(gè)方面，第一個(gè)方面是混凝土與纖維增強(qiáng)復(fù)合材料筋之間的界面粘結(jié)性能問(wèn)題，因?yàn)檫@兩者之間的粘結(jié)性能較差，表面處理的形式和筋材形式的不同，會(huì)得到不同的粘結(jié)性能；另外一方面則是特殊力學(xué)性能，這是因?yàn)槔w維增強(qiáng)復(fù)合材料筋屬于彈脆性材料，所以應(yīng)用纖維增強(qiáng)復(fù)合材料筋的混凝土構(gòu)件的受力性能不同于傳統(tǒng)鋼筋混凝土構(gòu)件，因此各自的特點(diǎn)及其設(shè)計(jì)計(jì)算問(wèn)題都是學(xué)者們重點(diǎn)關(guān)注的研究課題。

3 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，在土木工程正在快速發(fā)展的時(shí)期，雖然現(xiàn)代混凝土和鋼材的大規(guī)模應(yīng)用已經(jīng)有一百多年了，其應(yīng)用仍不全面充分，更何況應(yīng)用年限更為年輕的復(fù)合材料，但是纖維增強(qiáng)復(fù)合材料復(fù)合材料多樣化的應(yīng)用形式，使其具有更加廣闊的發(fā)展前景。

（作者單位：重慶交通大學(xué)）