FRP復合材料及其在土木工程中的應用

蔣蕊陽

摘要：FRP復合材料在土木工程中有著廣泛的運用。FRP復合材料的材料特性包括：抗拉性、延性、耐腐蝕性、耐久性以及自重性等，本文對FRP復合材料特性展開逐一研究，并對FRP復合材料在土木工程中的運用提出見解，以期為行業做出貢獻。

關鍵詞：FRP復合材料;土木工程;工程結構

中圖分類號：K826.16 文獻標識碼：A

隨著我國社會經濟的不斷發展，土木工程行業進入全新的發展看階段。尤其是在FRP復合材料的使用下，提升了土木工程建設質量。因此，在土木工程建設中就要做好FRP復合材料的使用工作，解決傳統工程建設中的不足。

1 FRP復合材料的特性

1.1 抗拉性、延性

與傳統建筑材料對比可以看出，FRP復合材料有著結構穩固的特點，在使用中難以發生變形等問題。在大量實踐與實驗結果中，充分證明在滿足施工壓力的基礎上，使用FRP復合材料能夠最大限度地降低材料的使用數量，同時在施工過程中施工與操作比較便捷，能夠有效提升施工速度。但是，這種材料也存在著一定的不足，即在延展性方面不高，但是并不影響其在強度方面的優勢。

1.2 耐腐蝕性與耐久性

FRP復合材料在耐腐蝕性方面相對較強，所以，可以被運用到一些情況比較特殊的施工條件中。另外，由于FRP復合材料在耐久性方面較強，所以，在土木工程中使用可以提升結構使用壽命，最大限度地減少結構在后期中的維護次數[1]。

1.3 自重性

FRP復合材料主要由纖維構成，其特性往往受到纖維材料的影響。因此，在土木工程施工中，要從材料運用出發，最大限度地控制好成本，在節約施工周期的基礎上提升施工質量，滿足設計要求。

1.4 其他性能

就FRP復合材料來講，在使用方面存在著一定的不足，如在生產工作中使用FRP復合材料需要較多的工序，加之制造工藝方面較為煩瑣，所以在一定程度上增加了成本[2]。

2 土木工程中運用FRP復合材料的意義

隨著我國科學技術的不斷發展，新型材料逐漸進入土木工程市場中，滿足了社會發展的需求。FRP復合材料中涉及芳綸、碳纖維等，在混合后進行加工處理能夠形成獨特性較強的材料。所以對比其他材料可以看出，FRP復合材料有著強度高與質量好等特點，并逐漸被運用到土木工程施工中，成為施工中的重點。在二十世紀五六十年代，FRP復合材料已經被運用到了民用建筑中，我國則是在20世紀50年代末期用玻璃纖維替代鋼筋，不僅提升了施工效果，同時也滿足了工序開展要求。所以在土木工程中，就要發揮出FRP復合材料的作用，實現加固處理目標、提高工程質量的目的。目前，復合材料已經成為工業生產中的重要組成之一，尤其是對于汽車工業與制作工藝等來講，均是在復合材料的運用基礎上來進行的。所以在工程施工中，要做好研究工作，明確施工重點，確保復合材料加固補強效果。尤其是對于土木工程來講，由于FRP復合材料在補強與加固方面作用比較明顯，所以在施工中施工人員可以借助FRP復合材料來提升構件受力性能。首先，在使用FRP復合材料進行結構加固時，主要表現為在混凝土柱纏繞加固，提升柱加固效果，在保證結構整體強度的同時提升結構抗剪性。其次，梁、板與橋梁跨度中使用FRP復合材料有著加固補強的作用，尤其是對于比較老舊的材料來講，都可以使用FRP復合材料進行處理，提升構件抗彎能力，避免出現結構裂縫延伸等問題[3]。

3 FRP復合材料在土木工程中的運用現狀

3.1 超負荷運行

對于土木工程來講，有著復雜程度高與持續性較長的特點，所以在施工中就要從具體工藝技術與施工材料出發，確保施工的合理性。但是受到土木工程功能性要求的影響，涉及較多的使用材料。同時，結合具體標準在現場中增設小型化移動基站，可以確保整個工程現場施工的安全性。但是在使用FRP復合材料以后，很容易增加施工現場在材料管理方面的工作量。最后，在施工現場中相關設備很容易出現超負荷運行狀態，但是在FRP復合材料的使用下，則可以代替大部分材料，不僅優化了整個施工過程，同時也實現了對現場的有效管理，提升了現場工作的效果。

3.2 行業消耗材料較多

就目前的土木工程市場來講，在施工材料方面表現出了消耗量較大的現象，在一定程度上增加了材料浪費與施工成本，甚至還會對土木工程的功能性產生影響。同時，在后期使用中很容易出現磨損、變形等問題，嚴重的還會影響到行業的發展。最后，在建筑工程施工中，涉及總包與分包之間的矛盾，從而限制了工程的開展。所以，在現階段發展中想要提高土木工程建設質量，就要堅持從發展角度出發，展現FRP復合材料的優勢[4]。

4 FRP復合材料在土木工程中的運用

4.1 加固工程

就FRP復合材料來講，主要以纖維材料混合為主，所以在材料強度等方面有著一定的優勢。目前在土木工程建設中FRP復合材料主要以加固使用為主，且在FRP復合材料的使用下能夠提升土木工程的質量與安全。從不同類型來講，FRP復合材料主要以鋼架結構、土石結構及混凝土材料工程等為主。尤其是對于混凝土材料來講，已經成為土木工程建設中比較普遍的項目。所以，在混凝土材料中就要做好FRP復合材料的使用工作，實現加固施工目標，通過在混凝土材料外層借助FRP復合材料進行纏繞，能夠有效提升材料的穩定性，同時也可以滿足在變形、壓力與地震等方面的要求，確保混凝土材料結構的承載力。同時，在施工過程中還可以將FRP復合材料運用到梁、板等位置上，確保混凝土結構具備抗彎曲能力，避免因外力作用而出現裂縫等。所以，FRP復合材料的使用能夠避免混凝土結構在后期施工與使用中出現問題，確保整體的安全性，但是也應當要明確的是，FRP復合材料的使用難以從根源上解決拉力問題。加之FRP復合材料的筋中含有大量纖維成分，所以在強度方面遠遠超出傳統材料，加之其在抗腐蝕性方面相對較強，因此FRP復合材料運用到鋼筋中能夠實現對鋼筋材料的保護，提升材料的防腐蝕性，避免在材料運用后期出現質量問題及成本增加等問題。

4.2 FRP筋索與預應力FRP筋混凝土結構

就FRP筋來講，有著纖維占比較高的特點，所以通過對比可以看出，其比傳統鋼筋材料性能更好。通過將FRP復合材料附著在鋼筋表面，可以確保鋼筋表面不被腐蝕，降低維修成本。因此在橋梁建設中為保證FRP索的預應力，就可以借助懸索橋等來實現目標。同時，為提升混凝土黏結性，可以從不同方式出發，確保黏度的有效提升。第一，雖然FRP筋與混凝土之間有著黏結性不足的特點，但通過對其表面進行處理，能夠有效提升黏結性。第二，力學性已經成為了構件中的重要特點之一，加之其彈性較高脆性不足，所以就要做好受力性能對比工作，確保使用的合理性[5]。

4.3 FRP復合材料組合結構

FRP復合材料組合結構在性能方面有了明顯的提升，同時也融合了不同類型的特點，展現了性能方面的互補性與優勢，打造出了全新的結構體系，所以說FRP復合材料作為土木工程發展中的重要材料之一，就要做好研究工作，保證結構形式的豐富性，實現廣泛運用的目標。第一，FRP管混凝土。對于FRP管混凝土來講，就是借助填充的方式來滿足要求的結構組件。一般來說，這種組件能夠提升對混凝土的約束力，確保施工速度的合理性。加之混凝土結構件在耐用性方面相對較強，所以在運用范圍上比較廣泛，通過對這一結構材料進行分析可以看出，在管中填充混凝土可以提升結構的穩定性與負載能力，降低自身重量。第二，FRP-鋼管-混凝土組合構件。在整體結構件中安裝空心鋼管，然后使用混凝土進行填充，從而實現保護鋼筋的目標，在約束混凝土的基礎上形成穩定結構，提升變形性能與承載力。第三，FRP-凝土組合梁。就FRP-凝土組合梁來講，主要是借助混凝土施加壓力來實現組合目標。且在這種組合結構中能夠展現FRP復合材料的優勢，加之其在材質方面相對較強，可以被運用到永久性模板中，滿足后期施工要求。第四，CFEP-鋁合金組合構件。在設計這一構件時，要將FRP運用到外表面中，以此來提升耐腐蝕性，解決FRP脆性較大且難以連接的問題。第五，FRP-木組合構件。就纖維構造形式來講，就是要FRP與木材進行組合，轉變受力特點，提升抗火能力。在兩者組合以后，可以提升力學性能及環節負載壓力，不僅降低了成本支出，同時也有廣泛的運用空間。

4.4 FRP復合材料在橋梁中的運用

國外針對FRP復合材料的研究起步相對較早，所以我國在橋梁工程建設中可以借鑒國外先進技術與理念，結合我國橋梁特點，做好FRP復合材料的使用工作，由于橋梁施工一般以環境比較惡劣的地區為主，所以在施工現場中很容易出現安全事故，究其原因就是所使用的材料難以應對極端環境的變化。但是對于FRP復合材料來講，其具備大部分纖維所具備的特點：第一，柔韌性較強。在加工中可以結合現場施工環境定制不同的構件形狀，并運用到特殊部位中。第二，設計人員也可以在原定設計思路的基礎上結合具體需求粘貼多層纖維。第三，在施工現場中吊裝FRP復合材料的設備較為簡單，加之承受力值小，所以在施工便捷程度方面較高，可以在最短時間內保質完成施工要求。且在整個施工現場中沒有濕作業與現場固定等。第四，所占據的場地相對較少，能夠將對周邊環境的影響降至最低，減少了施工現場對環境的不利影響。所以說在FRP復合材料的使用下，可以提升橋梁結構的質量。另外，FRP復合材料還具備質量輕、強度高等特點，在加固后并不會產生過多的荷載，所以在使用空間方面并不會因為加固處理而發生變化。

4.5 FRP加固與鋼筋混凝土柱的地震行為

受到巨大側向周期地震力能的影響，很容易對混凝土、加強筋的強度產生直接影響，嚴重的還會造成柱體發生損壞等，所以對受過地震的柱體構件進行修復已經成為近期的任務，同時也是挑戰性較大的任務。由于FRP復合材料有著約束的作用，所以對鋼筋混凝土柱進行翻新能夠有效提升其抗震性，甚至可以說FRP復合材料的使用能夠提升鋼筋混凝土柱體結構的延展性，加之在變向循環荷載作用下，修復柱體的退化率發生明顯變化，所以說外部加固程度影響到了軸向荷載水平與損傷情況。

4.6 優化FRP復合材料

在土木工程中使用FRP復合材料以前，需要及時對材料本身的情況進行優化，同時也要做好改進工作，最大限度地提升復合材料的性能，從而滿足人們對建筑工程的品質要求。所以在優化設計環節時，要結合復合材料特點，優化研究工作。由于對FRP復合材料尚未形成統一的標準，所以很容易造成土木工程施工中難以確定適合的FRP復合材料。要做好技術創新工作，尤其是對于FRP復合材料的生產來講，就要做好技術創新研究工作，最大限度地提升FRP復合材料的性能，同時還要及時對施工技術進行研究，明確FRP復合材料的未來發展方向。最后，要引入環保理念，確保FRP復合材料能夠滿足生態發展要求，實現綠色發展目標。

5 結語

綜上所述，在土木工程建設中要做好FRP復合材料的使用工作，結合我國經濟發展趨勢，在完善制作工藝的技術上控制成材料成本。同時還要結合土木工程行業發展特點，選擇適合的使用技術，加大對FRP復合材料的研究力度，確保使用的合理性，提升土木工程建設質量。

參考文獻

[1] 陳泓錦. FRP復合材料及其在土木工程中的應用[J]. 工程技術（全文版）， 2016（12）：42.

[2] 王全鳳. 楊勇新. 岳清瑞. FRP復合材料及其在土木工程中的應用研究[J]. 華僑大學學報：自然科學版， 2005（1）：1-6.

[3] 任莉莉. FRP復合材料及其在土木工程中的應用研究[J]. 神州旬刊， 2016（1）：78.

[4] 琚宏昌. 張鳳. 張貝宜. FRP復合材料在土木工程中應用的研究進展[J]. 混凝土， 2012（2）：11-17.

[5] 江學良. 楊慧. 孟茁超. FRP在土木工程結構加固應用中的研究進展[J]. 科技導報， 2010（18）：113-119.