論土木建筑基礎結構中復合材料的運用

【摘要】當今社會，建筑行業正以令人驚奇的速度發展著，而建筑材料的選擇也逐漸多了起來。復合材料的運用是現代土木工程領域的發展要求，雖然復合材料的運用是建筑行業的發展趨勢，但是，我國在這方面的研究才剛起步。本文將通過對復合材料的種類優勢等來分析復合材料在土木建筑基礎結構中的運用。

【關鍵詞】土木建筑；復合材料；運用

一、復合材料的含義以及種類

復合材料在當今各行各業都有著廣泛的運用，在建筑業上，不僅廣泛用于基礎建筑材料的方面，還大量用于建筑物的后期修復、加固以及新系統的改善方面。那么什么是復合材料呢？復合材料一般是指兩種以及兩種以上不同性質的材料通過物理和化學的方法，重新組成具有新性能的非均勻的材料，充分發揮各種不同材料的優勢，在性能上取長補短，以滿足制造不同的材料或適用于不同的工藝要求。復合材料通常都包含數種不同成分，組成的材料不同，因而復合材料的種類也是多種多樣的。常用建筑復合材料包括纖維類型材料，玻璃類型材料，碳化材料，陶瓷以及各類分子聚化物材料等。常見復合建筑材料主要包括以下幾種：

1．碳纖維復合材料（CFRP）。碳纖維是一種物理能力超群的新型材料，也是目前世界上使用最多、最廣泛的一種復合材料。我國在二十世紀九十年代后期開始研究使用這種碳纖維復合材料，它具有很強的抗磨損性能，耐久性以及高強質輕等特點。

2．纖維復合材料（FRP）。纖維復合材料（Fiber Reinforced Polymer）是把高性能的纖維經過編織與環氧樹脂等基材膠合凝固或經過高溫固化而形成的一種新型復合材料。纖維復合材料的發展比其他的復合材料要落后一些，但是現在來說作用卻是非常巨大的。FRP的主要特點就是質輕，不易銹蝕，無磁性以及抗彎性能強等，一般主要是做成纖維筋材料，纖維筋是以玻璃或者碳纖維與樹脂結合，然后再根據具體用途進行拉伸，形成適合的建筑用材。它的主要作用是用來代替鋼筋，在一些海底通道以及腐蝕性較強的地方來取代鋼筋，因為它具有非常強的抗腐蝕性以及耐磨抗壓性。

3．玻璃纖維復合材料（GFRP）。GFRP技術在我國起步同樣比較晚，但是它的技術是比較成熟的。復合材料普遍具有質輕、抗腐蝕、抗磨損、無磁性等特點，但是玻璃纖維與其他復合材料相比，其優勢在于它的價格相對較低，因而產量非常高。

二、復合材料的優點

復合材料對建筑行業來說是一種新的飛躍，它引導著建材行業的流行趨勢，建筑類復合材料主要有以下幾大優點：（1）抗腐蝕性強。建筑物一般都是長期暴露在空氣、海水以及泥土中，不可避免的一個問題就是外界的腐蝕，這對建筑物的壽命來說是致命的，往往腐蝕會大大減少建筑物的使用年限以及安全性能、美觀等。（2）抗爭性能強。復合材料由于是多種材料結合而成，它的纖維組織結構能夠很好的起到防震抗震的作用，尤其是在橋梁結構方面，更是會起到意想不到的效果。將纖維復合材料用于橋梁的支撐點或者橋墩上可大大增強橋梁的抗震作用，例如，在鋼索吊橋結構方面，用纖維復合材料取代鋼筋，可減少橋梁超載以及地震海嘯的震動；在橋墩方面，將復合材料用于水泥橋墩或者橋柱的外側，可以史橋承重結構更加堅固，并且復合纖維復合材料允許彎曲變形，即使遭受更大壓力的時候，也可以適當自我減壓，防止開裂和崩斷，從而增加建筑物的抗震性能。（3）重量輕。復合材料兼具多種建材的優勢，揚長避短，最大限度地發揮建材的優勢。復合建筑材料普遍具有質輕的特點，但是與普通鋼材相比，它的強度和硬度卻更強更高，而質量上卻大大輕于普通鋼材。（4）使用壽命長，耐久性強。復合建筑材料能夠長期暴露在烈日下以及冰雪、腐蝕性環境之中，但卻對其本身沒有都少影響，這是普通建筑材料所不具備的一大優勢，外部環境對復合材料的建筑影響非常小，那么建筑物本身的使用壽命也相應延長了。此外符合建筑材料還有密度高、無磁性、隔熱絕緣，可塑性強等優點。

三、復合材料在土木建筑結構中的運用

復合材料如今已經在建筑領域方面取得了大量的實戰成績，它的實際用途也備受人們的親睞和社會的認可，因此，復合材料在建筑中具有廣泛的運用。

1．復合材料在建筑物加固方面的運用。建筑物的加固主要使用的是碳纖維復合材料，它具有非常強的抗彎抗疲勞性，非常適合替換老舊建筑結構。碳纖維復合材料的運用主要是用于修復加固混凝土或者鋼結構，它主要是利用碳纖維抗拉承載力高的特性，將之用于受拉面，與混凝土共同承擔負荷，起到抗彎加固的作用。目前美國的橋梁中約有5%采用碳纖維復合材料進行加固以及維修，而美國海軍碼頭約40%需要或即將使用復合材料來進行修復增強，已完工的有美國圣地亞哥、珍珠港以及一些潛艇基地等等軍事碼頭。在國內，我們主要研究的是復合材料對建筑物的加固方式以及一些構件搭配等問題。目前我國約有十余所高校開始研究復合材料的實際運用模型，包括加固施工以及加固性能方面，如今已經取得了不錯的成就，并且開始用于民用建筑、橋梁、隧道以及道路建設之中，成效顯著。

2．在建筑物的設計施工中的運用。復合材料如今已經成為了建筑設計師們對建筑物高性能、低成本設計要求的新型替代品，復合材料的承重性能優越，在建筑施工領域中，主要是作為承重材料來使用的，例如橋梁的橋柱，往往選取纖維復合材料來支撐橋座，混合混凝土加固橋墩的穩定性以及承重性。當然，復合材料在施工中也長用來提高橋主梁和橋面板的使用期限。在最近幾年，由于環境影響，海邊碼頭的建筑結構性能逐漸暴露了出來，因此，許多設計師在設計之初就把復合材料的一些優勢考慮進了建筑物今后會遇到的特殊環境，并將其作為在特殊環境下解決建筑材料性能問題的一種有效手段。例如，在施工中加入纖維復合材料筋將完全可以替代鋼筋作為建筑的承重點，或者在混凝土結構中加入FRP可以極大的增加地基的抗磨損性等等。

3．在裝飾維護方面的運用。復合材料的興起，對傳統建材來說是一種巨大的挑戰，甚至是一種取代，如今，復合材料在建筑物后期裝修以及維護方面具有很大的作用。比如，公路以及橋梁路面兩側的防護欄和隔板，它使用玻璃纖維制成，不僅美觀大方，還堅固耐磨。在一些建筑材料的外殼包裝中，也常見復合材料的身影，因為它具有超強的抗腐蝕性。另外還有一些鋼結構和拼接板的修復和增強方面也有較多運用。

總眾多的優點，之，復合材料以其使得其在建筑施工領域不斷得到人們的認可，復合材料的制成品以及修復和增強等部件的使用也是非常便捷的，在哪一種結構中使用什么樣的復合材料如今也正考研中工程師對復合材料的把握情況，相信在今后，建筑基礎結構施工中一定會出現更多的復合材料。

四、結語

復合材料的發展已經是社會和不可逆轉的趨勢，復合材料以其優異的性能，不斷地為建筑行業帶來飛躍和驚奇。它不僅可以作為輔助材料來對現有土木建筑進行修復和加固，同時也可以作為主力承重材料，更大程度低發揮復合材料在土木建筑基礎結構中的作用。我們有理由相信，在今后將會出現各種各樣的復合材料，他們將會成為建筑領域乃至整個工業的基礎材料。

參考文獻：

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[3]趙稼祥《碳纖維復合材料在基礎設施上的應用與展望》.先進制造與材料應用技術，2001（2）: 25-32.

作者簡介：

趙營戰（1964-），男，漢，河南濟源人，工程師，大學學歷，主要從事土木建筑方向研究。