復合材料在土木工程中的發展與應用

董杰

摘要：隨著城市化建設水平的不斷提高，復合材料逐漸在土木工程中得到廣泛應用，并顯示出極大優勢。基于此，本文就復合材料在土木工程中的發展與應用進行研究，首先就復合材料的基本概念及其在土木工程中的發展現狀進行分析，然后結合復合材料的特點，從加固工程、復合材料組合結構和復合材料單一結構施工三個方面出發，闡述復合材料在土木工程中的實際應用，從而提高建設水平。

關鍵詞：復合材料；土木工程；應用策略

引言：

近年來我國綜合實力不斷增強，土木工程的項目數量及質量水平也不斷提升，并且涌現出很多先進的建筑材料和施工技術，復合材料就是其中的典型代表。復合材料主要通過物理或者化學手段，將多種高纖維性能的物質進行混合，從而形成一種獨特的建筑材料，滿足建筑施工領域的更多需求。現階段復合材料的應用在土木工程中體現出顯著優勢，因此探究這一課題是非常必要的。

一、復合材料在土木工程中的發展分析

（一）基本概念

隨著社會經濟水平的不斷提升，社會對土木工程建設質量提出更高要求，因此建筑領域的研發力度不斷加大，并且涌現出諸多先進的建筑材料，從而滿足社會的應用需求。近年來復合材料逐漸出現在人們的視野中，并且在土木工程中得到廣泛應用，極大滿足建筑領域對材料性能的需求。復合材料是由多種物質混合而成的，主要包括碳纖維、芳綸、玻璃纖維、玄武巖纖維等，這些物質都具有很高的樹脂性能和纖維性能，經過混合加工能夠顯示出巨大的性能優勢，主要表現為質量小、重量輕、強度高，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用。現階段復合材料多用于鋼筋混凝土結構的施工過程中，對提高工程質量具有關鍵作用，隨著理論研究和實踐應用的不斷成熟，復合材料在其他結構工程的施工中也得到有效應用[1]。

（二）發展歷程

復合材料在土木工程中的應用研究可以追溯到20世紀50年代至60年代，當時很多研究人員對民用建筑的復合材料應用進行實踐探索，例如英國某教堂的塔尖部分初次嘗試利用復合材料建造，建筑人員還在人工天橋上利用復合材料進行施工；20世紀50年代末，我國采用玻璃纖維在混凝土結構中進行施工，使鋼筋材料得到有效替代；20世紀80年代，我國進一步加深對復合材料的研究，并且將其應用于雷達天線罩、公路橋的施工，顯示出巨大的材料性能優勢，極大程度上增強工程的牢固性和穩定性。現階段復合材料在土木工程中的應用已經相對成熟，因此很多建筑工程中大量使用復合材料，使土木工程的建設水平有效提升。

二、復合材料在土木工程中的應用策略

（一）在加固工程中的應用

復合材料由高纖維性能的物質組合而成，因此在強度性能方面具有很大優勢。現階段復合材料被廣泛應用于土木工程的加固項目，從而保障建設工程的質量安全。具體來看，主要應用于以下幾種工程結構中，分別是鋼架結構、混凝土結構、土石結構、砌體結構等，其中混凝土結構的加固應用常見。以混凝土結構加固為例，施工人員可以利用FRP復合材料布將混凝土柱體部分進行纏繞包裹，從而增強混凝土結構的穩定性，應對變形、抗剪、地震等外力壓迫，增強混凝土結構的承載力。另外，施工人員還可以采用FRP復合材料片材對混凝土的梁、板等部分進行加固，從而增強混凝土結構的抗彎能力，避免產生裂縫。這種加固工程主要以預防為主，雖然能夠起到防范作用，但是不能從根本上解決受拉力問題。除此以外，還可以利用ERP復合材料將混凝土結構的梁、柱部分進行纏繞加固，從而增強整體結構的抗剪力和承載力。

（二）復合材料組合結構的應用

復合材料既可以單獨應用，也可以組合應用。組合式結構的復合材料主要指的是將一般材料與復合材料綜合應用，充分發揮二者的性能優勢，從而達到取長補短的作用。在實際施工中，可以將ERP復合材料與鋼筋混凝土相組合，從而行成更具有優勢的工程結構。

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，從而使混凝土的約束力得到顯著增強，并將其作為土木工程的模板，使工程的施工效率顯著提升，同時延長模板的使用期限。部分研究人員還在此基礎上對ERP管混凝土組合結構進行改進，將ERP肋設置在ERP管內，以此增強ERP管混凝土組合結構的局部穩定性，使鋼筋的性能得到進一步強化。另外，還可以采用ERP復合材料、鋼管與混凝土相組合的方式進行施工，著重將空心鋼管設置在混凝土構件的中心位置，將ERP復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[2]。

（三）復合材料的替代應用

ERP筋是典型的復合材料，具有60%～65%的纖維量，因此強度性能具有顯著優勢，而且本身的質量較輕，在實際應用中體現出低松弛、抗疲勞、抗腐蝕等材料優勢。在鋼筋混凝土結構中，可以利用ERP筋替代鋼筋材料。鋼筋混凝土結構是土木工程中的常見施工結構，其本身具有很強的穩定性，對工程質量具有較高保障，但是鋼筋材料很容易受到空氣、水等物質的腐蝕，因此會出現銹蝕現象，導致鋼筋材料的質量受到一定的影響。而ERP筋可以有效改善這一問題，從而提高土木工程的質量。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，從而增強橋梁的穩定性和安全性。另外，ERP筋還可以用于巖石結構的施工中，例如混凝土噴注、地基錨桿等土木工程。ERP材料本身價格低廉，因此具有廣闊的應用前景。

結論：

綜上所述，針對復合材料在土木工程中發展與應用的探究是非常必要的。現階段復合材料的制作工藝逐漸成熟，在土木工程中的應用也體現出極大優勢，因此必須切實轉變土木工程的施工理念，提高復合材料的應用頻率及水平，從而使復合材料的應用優勢得到有效發揮，以此提高土木工程的建設質量，實現建筑領域的可持續發展。希望本文能夠為研究這一課題的相關人員提供參考。

參考文獻：

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

[2]趙李艷.關于復合材料在土木工程中的發展與應用研究[J].江西建材，2015（21）：266-267.