復(fù)合材料在土木工程中的發(fā)展與應(yīng)用

董杰

摘要：隨著城市化建設(shè)水平的不斷提高，復(fù)合材料逐漸在土木工程中得到廣泛應(yīng)用，并顯示出極大優(yōu)勢(shì)?；诖?，本文就復(fù)合材料在土木工程中的發(fā)展與應(yīng)用進(jìn)行研究，首先就復(fù)合材料的基本概念及其在土木工程中的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行分析，然后結(jié)合復(fù)合材料的特點(diǎn)，從加固工程、復(fù)合材料組合結(jié)構(gòu)和復(fù)合材料單一結(jié)構(gòu)施工三個(gè)方面出發(fā)，闡述復(fù)合材料在土木工程中的實(shí)際應(yīng)用，從而提高建設(shè)水平。

關(guān)鍵詞：復(fù)合材料；土木工程；應(yīng)用策略

引言：

近年來(lái)我國(guó)綜合實(shí)力不斷增強(qiáng)，土木工程的項(xiàng)目數(shù)量及質(zhì)量水平也不斷提升，并且涌現(xiàn)出很多先進(jìn)的建筑材料和施工技術(shù)，復(fù)合材料就是其中的典型代表。復(fù)合材料主要通過(guò)物理或者化學(xué)手段，將多種高纖維性能的物質(zhì)進(jìn)行混合，從而形成一種獨(dú)特的建筑材料，滿足建筑施工領(lǐng)域的更多需求。現(xiàn)階段復(fù)合材料的應(yīng)用在土木工程中體現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)，因此探究這一課題是非常必要的。

一、復(fù)合材料在土木工程中的發(fā)展分析

（一）基本概念

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的不斷提升，社會(huì)對(duì)土木工程建設(shè)質(zhì)量提出更高要求，因此建筑領(lǐng)域的研發(fā)力度不斷加大，并且涌現(xiàn)出諸多先進(jìn)的建筑材料，從而滿足社會(huì)的應(yīng)用需求。近年來(lái)復(fù)合材料逐漸出現(xiàn)在人們的視野中，并且在土木工程中得到廣泛應(yīng)用，極大滿足建筑領(lǐng)域?qū)Σ牧闲阅艿男枨蟆?fù)合材料是由多種物質(zhì)混合而成的，主要包括碳纖維、芳綸、玻璃纖維、玄武巖纖維等，這些物質(zhì)都具有很高的樹脂性能和纖維性能，經(jīng)過(guò)混合加工能夠顯示出巨大的性能優(yōu)勢(shì)，主要表現(xiàn)為質(zhì)量小、重量輕、強(qiáng)度高，而且還具有極高的耐腐蝕性能，因此能夠在土木工程中得到廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)階段復(fù)合材料多用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的施工過(guò)程中，對(duì)提高工程質(zhì)量具有關(guān)鍵作用，隨著理論研究和實(shí)踐應(yīng)用的不斷成熟，復(fù)合材料在其他結(jié)構(gòu)工程的施工中也得到有效應(yīng)用[1]。

（二）發(fā)展歷程

復(fù)合材料在土木工程中的應(yīng)用研究可以追溯到20世紀(jì)50年代至60年代，當(dāng)時(shí)很多研究人員對(duì)民用建筑的復(fù)合材料應(yīng)用進(jìn)行實(shí)踐探索，例如英國(guó)某教堂的塔尖部分初次嘗試?yán)脧?fù)合材料建造，建筑人員還在人工天橋上利用復(fù)合材料進(jìn)行施工；20世紀(jì)50年代末，我國(guó)采用玻璃纖維在混凝土結(jié)構(gòu)中進(jìn)行施工，使鋼筋材料得到有效替代；20世紀(jì)80年代，我國(guó)進(jìn)一步加深對(duì)復(fù)合材料的研究，并且將其應(yīng)用于雷達(dá)天線罩、公路橋的施工，顯示出巨大的材料性能優(yōu)勢(shì)，極大程度上增強(qiáng)工程的牢固性和穩(wěn)定性?，F(xiàn)階段復(fù)合材料在土木工程中的應(yīng)用已經(jīng)相對(duì)成熟，因此很多建筑工程中大量使用復(fù)合材料，使土木工程的建設(shè)水平有效提升。

二、復(fù)合材料在土木工程中的應(yīng)用策略

（一）在加固工程中的應(yīng)用

復(fù)合材料由高纖維性能的物質(zhì)組合而成，因此在強(qiáng)度性能方面具有很大優(yōu)勢(shì)?，F(xiàn)階段復(fù)合材料被廣泛應(yīng)用于土木工程的加固項(xiàng)目，從而保障建設(shè)工程的質(zhì)量安全。具體來(lái)看，主要應(yīng)用于以下幾種工程結(jié)構(gòu)中，分別是鋼架結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)、土石結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)等，其中混凝土結(jié)構(gòu)的加固應(yīng)用常見。以混凝土結(jié)構(gòu)加固為例，施工人員可以利用FRP復(fù)合材料布將混凝土柱體部分進(jìn)行纏繞包裹，從而增強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，應(yīng)對(duì)變形、抗剪、地震等外力壓迫，增強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)的承載力。另外，施工人員還可以采用FRP復(fù)合材料片材對(duì)混凝土的梁、板等部分進(jìn)行加固，從而增強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)的抗彎能力，避免產(chǎn)生裂縫。這種加固工程主要以預(yù)防為主，雖然能夠起到防范作用，但是不能從根本上解決受拉力問(wèn)題。除此以外，還可以利用ERP復(fù)合材料將混凝土結(jié)構(gòu)的梁、柱部分進(jìn)行纏繞加固，從而增強(qiáng)整體結(jié)構(gòu)的抗剪力和承載力。

（二）復(fù)合材料組合結(jié)構(gòu)的應(yīng)用

復(fù)合材料既可以單獨(dú)應(yīng)用，也可以組合應(yīng)用。組合式結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料主要指的是將一般材料與復(fù)合材料綜合應(yīng)用，充分發(fā)揮二者的性能優(yōu)勢(shì)，從而達(dá)到取長(zhǎng)補(bǔ)短的作用。在實(shí)際施工中，可以將ERP復(fù)合材料與鋼筋混凝土相組合，從而行成更具有優(yōu)勢(shì)的工程結(jié)構(gòu)。

例如施工人員可以將ERP管與混凝土組合，從而形成ERP管混凝土材料。在施工中可以將混凝土澆筑在ERP管內(nèi)，從而使混凝土的約束力得到顯著增強(qiáng)，并將其作為土木工程的模板，使工程的施工效率顯著提升，同時(shí)延長(zhǎng)模板的使用期限。部分研究人員還在此基礎(chǔ)上對(duì)ERP管混凝土組合結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，將ERP肋設(shè)置在ERP管內(nèi)，以此增強(qiáng)ERP管混凝土組合結(jié)構(gòu)的局部穩(wěn)定性，使鋼筋的性能得到進(jìn)一步強(qiáng)化。另外，還可以采用ERP復(fù)合材料、鋼管與混凝土相組合的方式進(jìn)行施工，著重將空心鋼管設(shè)置在混凝土構(gòu)件的中心位置，將ERP復(fù)合材料包裹在鋼管外層，然后注入混凝土，從而使鋼管得到有效保護(hù)[2]。

（三）復(fù)合材料的替代應(yīng)用

ERP筋是典型的復(fù)合材料，具有60%～65%的纖維量，因此強(qiáng)度性能具有顯著優(yōu)勢(shì)，而且本身的質(zhì)量較輕，在實(shí)際應(yīng)用中體現(xiàn)出低松弛、抗疲勞、抗腐蝕等材料優(yōu)勢(shì)。在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，可以利用ERP筋替代鋼筋材料。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是土木工程中的常見施工結(jié)構(gòu)，其本身具有很強(qiáng)的穩(wěn)定性，對(duì)工程質(zhì)量具有較高保障，但是鋼筋材料很容易受到空氣、水等物質(zhì)的腐蝕，因此會(huì)出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象，導(dǎo)致鋼筋材料的質(zhì)量受到一定的影響。而ERP筋可以有效改善這一問(wèn)題，從而提高土木工程的質(zhì)量。例如在道路橋梁施工中，可以采用ERP筋作為斜拉橋或者懸索橋的纜索，從而增強(qiáng)橋梁的穩(wěn)定性和安全性。另外，ERP筋還可以用于巖石結(jié)構(gòu)的施工中，例如混凝土噴注、地基錨桿等土木工程。ERP材料本身價(jià)格低廉，因此具有廣闊的應(yīng)用前景。

結(jié)論：

綜上所述，針對(duì)復(fù)合材料在土木工程中發(fā)展與應(yīng)用的探究是非常必要的。現(xiàn)階段復(fù)合材料的制作工藝逐漸成熟，在土木工程中的應(yīng)用也體現(xiàn)出極大優(yōu)勢(shì)，因此必須切實(shí)轉(zhuǎn)變土木工程的施工理念，提高復(fù)合材料的應(yīng)用頻率及水平，從而使復(fù)合材料的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)得到有效發(fā)揮，以此提高土木工程的建設(shè)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)建筑領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展。希望本文能夠?yàn)檠芯窟@一課題的相關(guān)人員提供參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]董江濤.探究復(fù)合材料在土木工程中的發(fā)展與應(yīng)用[J].智能城市，2016，2（09）：334.

[2]趙李艷.關(guān)于復(fù)合材料在土木工程中的發(fā)展與應(yīng)用研究[J].江西建材，2015（21）：266-267.