復合材料在土木工程中的發展與應用

王琛

（河南建筑職業技術學院 河南鄭州 450064）

復合材料又稱FRP，全稱為纖維增強復合材料，是一種新型的結構材料，是由碳纖維、玻璃纖維、芳綸、玄武巖纖維等高性能纖維與樹脂機體混合，經過一定的加工工藝而復合，最終形成的一種新型結構材料。復合纖維具有很多良好的性能，如輕質、高強、施工成型方便、耐腐蝕等。在土木工程建設中運用復合纖維能夠對傳統的建筑材料鋼筋和混凝土進行有效的補充，從而有效的提升土木工程的質量，降低建筑成本，達到資源的高效節能利用，因此，復合纖維已經成為土木工程發展的重要方向。

1 復合材料在土木工程中的應用

1.1 工程結構加固補強

在土木工程中利用復合材料進行加固補強的主要方式就是把混凝土結構進行粘貼和加固。主要分三個步驟：①將FRP布纏繞在混凝土柱上面，達到加固的目的，從而有效的增強混凝土的強度，增強混凝土柱的抗震性。②把FRP片材粘貼在建筑物的梁和板上面，讓混凝土更加密切，嚴防裂縫產生，增強混凝土的承載能力。③將FRP片材包裹在建筑物的梁和柱都能結構上面，增強梁和柱的抗剪承載力。在實際的施工過程中，這種加固方式經常用到，但是也應該注意一些問題，如工程結構的加固補強程度與原有的各構件之間的配合率不能相差太大，必須將其控制在一定范圍之內。

1.2 FRP筋索和預應力FRP筋混凝土結構

一般來說，FRP筋中的纖維含量在60～65%，這種結構十分輕盈，質量上只占一般鋼筋的1/5，但是其高度確實普通鋼筋的6倍，具有很多的優點，如抗腐蝕、低松弛、非磁性和抗疲勞等。在土木工程中，運用FRP筋而不是鋼筋進行工程建設，其主要的作用是增強材料的耐腐蝕性，使建筑結構的使用壽命延長，如果用傳統的鋼筋進行建筑，由于其容易受腐蝕，因而鋼筋結構很容易受到銹蝕，從而損害建筑結構，增加一些不必要的費用，但是使用FRP筋恰好能夠避免這些問題，有效的節省不必要的開支。同時，一些特殊的工程要求無鐵磁，這時就可以使用FRP新型材料進行建設。FRP筋主要有四種用途，即GFRP筋，進行表面處理；CFRP預應力筋，用于多股鋼線之間；FRP筋，進行表面壓痕和滾花處理，以及進行交錯編制。

1.3 符合材料組合結構

把多種類型的FRP制品與鋼材或混凝土進行組合利用就是FRP組合結構，這種組合結構的優點是達到優勢互補，差生新的勾結形式或結構體系。由于FRP是一種具備高性能的新型結構材料，它有很強的設計性，所以在結構的構成形式方面存在很大的可創造性，因此就形成了很多類型的FRP組合結構。主要有：FRP管混凝土：在成型的FRP管中填充混凝土，利用FRP管良好的約束作用有效的提高施工質量。同時，由于FRP管的特性，學者進行了多種研究和改造，在施工的過程中由多種不同的用途。FRP-鋼管-混凝土組合構件：構件主要有兩部分組成，中心為空，用FRP結構將鋼管外部包裹起來，在兩者中間填充混凝土，外面的FRP結構對里面的鋼管進行了有效的保護，使其免受銹蝕，有效的提高了工程的質量。CFRP-鋁合金組合構件：在工程建設的過程中，用鋁合金組合構件把鋁合金管的外部包裹起來，因為這兩種材料都比較輕質、抗腐蝕、高強等，所以能很好避免其不足，使這種材料結構在工程中發揮最大的作用。FRP-木組合構件：幕木組合構件由纖維構造形式組成，具有很好的受力性，但是抗火性較差。因此要將FRP與木材進行有效的組合，將木材當做構件的填充成分，增強材料的抗力性。

1.4 全復合材料組合結構

FRP具有很強的力學性能，克服了傳統結構材料無法達到的優勢，具備很強的耐腐蝕性、CFRP絕緣性和導電性、較好的隔熱性等，還具有很好的可設計性和可加工性，因此FRP在土木工程中具有無可比擬的優勢。在實際的建筑過程中，全FRP結構的主要用途在于以下幾點：FRP橋面體系：在橋面工程中，直接可以將FRP材料橋梁的面板，由于此架構的輕質和高強性能，能夠有效的減輕橋面對橋梁的壓力，并且能夠增強橋面的抗壓性，有效的降低后期維護費用。同時，運用這種材質進行橋梁建設，能有效提高橋梁的承載能力，增強建筑本身的美觀性。FRP輕質橋梁：通常所說的輕質橋梁一般都指人行天橋，這種橋梁主要建設在市內人流量大的地方，除了良好的性能之外，還需要一定的美觀性能。運用FRP材料進行橋梁建筑，首先能夠有效的增強橋梁的承載力，由于其可設計性較強，能夠滿足人行天橋的美觀性能。FRP編織網結構：所謂FRP編織網結構主要指的是把FRP板條按照一定的規律進行編制，然后通過整體張拉后形成一種新的具備很強柔韌性的結構。這種結構在一些超大跨度的屋蓋結構中會常用到，具有有一定的景觀效應。

2 復合材料在土木工程中的發展

我國的符合材料在土木工程中的發展主要從20世紀中期開始，主要經歷了四個階段，最早時期的探索是用玻璃纖維束來代替鋼筋，主要應用于混凝土構件中。到20世紀70年代，開始在結構工程中大量使用和研究纖維增強復合材料。到20世紀末，我國的復合材料發展取得了巨大的成效，典型的代表工程是瑞士的Ibach橋。本世紀初，我國的復合材料在土木工程中的應用量得到了大幅提升，總計超過了500t。由此可見，我國復合材料在土木工程中的應用取得了巨大的發展，隨著社會科學技術與經濟的雙重發展，復合材料在土木工程中的應用必然會越來越廣泛，我國建筑事業的發展會越來越好。

3 結束語

總而言之，隨著社會的發展，土木工程建筑質量的要求和標準不斷提高，復合材料在土木工程中的應用必然會越來越廣，因此要加大研究力度，在實際的工程建設中，要不斷進行實踐和探索，找到最適合土木工程建設的復合材料，推動建筑行業的大發展，從而實現資源的優化利用，降低建筑成本，提高建筑質量。

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[2]董 皓.復合材料在土木工程中的發展與應用初探[J].江西建材，2017（06）：118.

[3]馬吉峰.復合材料在土木工程中的發展與應用[J].綠色環保建材，2017（03）：5.