復合材料在土木工程中的發展與應用分析

曾永平

（福建水利電力職業技術學院）

復合材料主要是由多種材料以物理方式、化學方法處理形成，使其成為新型材料。因此，復合材料具備不同材料優點，將其合理應用于土木工程中，可以為其施工建設起到積極作用，特別是對于纖維增強復合材料的應用，因其具備質地輕和硬度高等特征，使其成為提高土木工程質量的重要方式。基于此，在土木工程的施工過程，加大復合材料應用力度，結合其發展和作用，能夠實現復合材料的有效運用，同時提高土木工程整體質量。

1 土木工程中復合材料的發展

在科學技術持續發展下，部分新型材料隨之得到廣泛應用，以便于更好滿足社會發展需求，復合材料（Fiber Reinforced Plastics，FRP）隨之應運而生。在FRP材料中，其主要構成部分包括芳綸和碳纖維等，此類材料均呈現較高纖維與樹脂特征，對其進行混合后進行加工處理，可以形成比較獨特結構材料。因此，FRP和其他材料進行比較，其強度高和質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鍵。

上世紀五六十年代FRP已在民用建筑中得到具體使用，如1961年，其英國進行教堂尖頂建設時，將GFRP作為主要技術，1970年實現FRP在人工天橋中的應用。而我國則是在上世紀五十年代末期，逐漸由玻璃纖維取代鋼筋，確保混凝土施工的有序進行，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進行公路橋的建設，使其具有較強承重能力[1]。在初始階段，FRP主要應用于土木工程的結構加固中，通過此種材料進行加固處理后，土木工程可以在地震條件下具有較強性能，同時獲取人們的重視和認可，實現了FRP的廣泛應用，直至二十一世紀初，我國土木工程建設中FRP成為重要材料，同時對工程施工質量提供重要保障。

2 土木工程中復合材料的作用

伴隨科學技術高速發展，其復合材料成為工業生產領域主要部分，尤其是在汽車工業內，汽車制作工藝需要在復合材料應用下進行。而人們生活中，復印機與打印機的應用比較常見，均是在使用復合材料的基礎上進行。由此可見，土木工程的施工過程，對于復合材料的應用尤為重要，在對其作用進行深入研究可知，復合材料的加固補強效果比較理想，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措施。

土木工程中，因復合材料補強、加固作用比較顯著，所以，施工人員通常選擇此種方法進行構件受力性能的加強，對于混凝土來講，復合材料加固方式具體包括：首先，選擇FRP布進行混凝土結構的加固，主要表現在混凝土柱纏繞加固中，以此呈現其柱加固效果，在提高結構整體強度的同時，還可以改善結構抗剪和抗震能力[2]。其次，混凝土的梁、板和橋梁跨度中，受拉面應用FRP材料，具有較強加固補強作用，尤其是老舊建筑的改造加固和房屋損壞修復等方面，均可以通過此種方式提高構件抗彎能力，避免結構裂縫延伸。最后，混凝土柱與梁施工中，FRP材料進行包裹后，在其外部進行FRP的環繞加固，可以達到最佳加固效果，從而提升結構抗壓與抗剪能力。

3 土木工程中復合材料的具體應用

（一）FRP筋索與FRP筋混凝土

土木工程的整個施工中，對于FRP復合材料的使用，因纖維所占比例較大，且筋度重量小和強度范圍高等特征，使其呈現較多優點。在FRP材料中，其耐腐蝕性相對比較顯著，可取代鋼筋主要性能，所以，土木工程的建設過程，除了需要防止鋼筋銹蝕問題，還應該盡可能節約工程維修成本，實現其整體效益的提升。另外，FRP非磁性特征同樣比較突出，可以滿足工程全部無磁性要求。FRP筋索通常應用于道路橋梁的建設中，且具備纜繩的重要作用，能夠將其當作預應力筋進行使用。而在進行FRP混凝土研究發現，其主要包括以下內容：筋和混凝土間存在粘結問題，若是粘結沒有滿足其預期要求，很難發揮粘結作用；和傳統混凝土進行比較，FRP筋混凝土彈脆性特點，且承受力方式存在較大差異化，需要結合土木工程情況進行明確[3]。

（二）結構加固補強

在進行復合材料實際應用時，通常選擇不同方法進行，如FRP構件表面的附著，以此強化原構件受力性能。工程實踐中選擇混凝土結構時，對于外貼玻璃纖維的應用，可以通過復合材料進行加固，以此提高整體效果，即充分發揮其防腐作用。而上世紀九十年代初，對于碳纖維增強復合材料的應用，實現了多跨橋梁的加固，且應用效果比較理想，促使復合材料得以有效應用和推廣，同時取得明顯進步和發展。1988年CFRP加固工程的順利施行，為FRP發展起到一定促進作用，同時成為工程建設重要部分。

（三）與傳統材料融合

不同FRP混合使用以及FRP與混凝土、鋼筋等融合，均可以達到取長補短的目的，在增加其性能同時，還能夠形成全新結構體系，即FRP的組合結構，具體包括：第一，FRP管內進行混凝土的結合，在FRP的基礎上進行混凝土的約束，在具備加快工程進度同時，還擁有較強持久性。第二，FRP位于空心鋼管以外，然后選擇混凝土進行填充，其中鋼管模板作用為承重，而FRP與混凝土能夠對鋼管予以保護，混凝土則呈現約束作用，實現承載能力的提升。第三，工程構件中進行FRP的運用，可以對FRP進行全面應用，但需要確保FRP、混凝土間的有效連接。

（四）全復合材料

經過深入研究復合材料力學性質發現，力學領域內此種材料具有較高強度，根據其力學特征發現，耐腐蝕性與可設計性屬于其基本特征，結合土木工程的施工情況發現，在全復合材料結構中，將其應用于土木工程時主要表現于橋梁工程。例如：橋梁工程中復合材料可以保證各項技術有效運用。人們實際工作中，當出現地震和火災等危害時，此項技術可以應用于災害救援中，因復合材料具備輕量化特點，在復合材料進行應用時需要引起高度重視。結合該技術應用情況發現，將其應用在軍事領域內，使其呈現較為理想的應用效果，值得對其進行推廣和應用，以便于發揮全復合材料的最大價值，促進其長遠發展。

4 結束語

總之，土木工程的整個施工過程，對于FRP的應用相對比較廣泛，因其應用條件比較復雜化，需要加強其重視和控制。與此同時，在土木工程中，混凝土與鋼材的應用較為常見，且發展歷程相對較長，而FRP應用時間較短，因此，土木工程實際施工中，強化FRP復合材料的應用，可以實現工程質量的全面提升，同時具有較為理想的應用前景，需要土木工程的施工人員予以高度重視。