GFRP玻璃纖維增強聚合物筋材技術現狀和發展趨勢

徐超

摘 要：GFRP玻璃纖維增強聚合物筋材按增強纖維種類分為碳纖維筋材（CFB）、玻璃纖維筋材（GFB）、芳綸纖維筋材（AFB）和玄武巖纖維筋材（BFB）。其既具有鋼筋的高強特性，又具有耐腐蝕的特點，特別對潮濕、含氯離子的環境極不敏感，因此可以顯著地提高混凝土材料的耐腐蝕性能，較好地解決混凝土材料在復雜環境中容易腐蝕導致結構失效的問題。目前國內外此項技術正迅猛發展，但是在我國要真正廣泛應用到工程建設中，尚需要從設計和施工等方面進行研究和大力推廣。

關鍵詞：GERP聚合物筋材 耐久性標準化 發展現狀

中圖分類號：TU599 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）04（b）-0067-01

1 國外技術現狀和發展趨勢

GFRP筋材相對其他產業在土木工程中的應用相較而言還是比較滯后的，主要體現在兩個方面。首先就是因為建筑物造價太高造成的；其次是由于工程經驗不足。大部分工程師需提高在GFRP筋材結構的預期以及先見效果的設計，來更好的面對實踐性問題。在混凝土結構及鋼結構領域，有著一系列規程和標準豐富的設計理論和工作經驗，但是對于GFRP玻璃纖維增強聚合物筋材加強結構設計的標準和研究還相對的匱乏。直至2010年GB 50608-2010發布實施后，GFRP筋材在土木工程中的應用在國內才有法可依、有據可查。但是在九十年代初期，GERP的使用在土木工程中的一些特殊領域取得了巨大發展。

1.1 國外技術發展現狀

GFRP在土木工程領域有著不俗的地位，這很大程度上取決于GFRP復合材料的特性。美國1991年用于修復由于耐久性不足而損壞的橋梁，耗資910億美元。英國為解決海洋環境下鋼筋混凝土構筑物的腐蝕與防護問題，每年就花費將近20萬英鎊。日本引以為豪的新干線使用不到10年，就出現大面積混凝土開裂、剝蝕現象。從最早期的GFRP材料應用開始，20世紀60年代，美國即生產出早期的GGFRP筋用于混凝土結構。80年代，日本、美國和歐洲發達國家的有關高等學校、科研機構和材料生產廠家在GFRP材料用于工程結構加固方面投入了很大的研究力量，并取得了很大的成效。1995年日本阪神地震，采用GGFRP對混凝土結構進行抗震加固，由于GGFRP現場加固技術具有高強高效、施工便捷、耐久性好等優點，為抗震救災和震后恢復重建工作贏得了充足的時間。在GFRP筋混凝土方面，GFRP筋最主要的優勢是不銹蝕和高強度。GFRP筋可以替代普通鋼筋，解決普通鋼筋容易銹蝕的問題。另外，它們很輕，沒有磁性，而且擁有非常好的抗疲勞性。在研究與應用的規范與標準化方面，各國也給予了相當的重視。日本土木學會成立GFRP加固委員會，并完成了使用GFRP片材的混凝土維修、加固技術草案。美國混凝土協會推出了有關設計指南。歐洲《高性能GFRP加固混凝土結構設計指南》也已正常運行。

1.2 國外技術發展趨勢

GFRP筋材廣泛應用與現狀土木工程應用技術研究中，在國外有明顯的發展趨勢，如（1）在對單一品種高性能GFRP復合材料研究與應用的基礎上，更加重視與強調由不同種類高性能GFRP復合材料混雜與復合后的改性問題。從而克服材料本身存在的弱點，使之能夠在現代土木工程中得到合理運用，以此滿足實際需求。（2）只有充分利用并強調采取預應力的方法，GERP和AGFRP的高性能特點才能得到充分發揮。（3）在國外領域，為了搶占海洋工程的制高點，特別在日本投入了大量的資金以此進行該方面的應用材料與應用技術的研發，該方法在很大程度上保證海洋工程建設占據了技術統治地位。（4）土木工程中應用的高性能GFRP復合材料的品種已越來越多元化。隨著經濟的發展以及材料性能的提高，就導致成本有所下降，就使得越來越多的GFRP復合材料被運用到各個方面的土木工程中。如從最初的GGFRP發展到CGFRP和AGFRP，再發展到PBO纖維、超高強聚乙稀纖維和玄武巖纖維等。

2 國內技術特點及現狀

就我國而言，混凝土工程耐久性問題已經不容忽視，據統計，我國公路橋梁中危橋約35.4%，因為耐久性問題，在北京市多做高架橋都有不同程度的耐久性損傷。雖然高性能GFRP復合材料發展速度很快，但在我國土木工程應用中起步較晚，研究和應用也較少，未形成規模也不配套。這在某種程度上也制約其發展。

我國在GFRP加固的規范制定方面還是比較落后，直到2010年GB 50608--2010《纖維增強復合材料建設工程應用技術規范》的頒布實施，GFRP筋材在土木工程中的應用在我國才逐漸進入標準化軌道。先后相繼頒布了：GB/T 26743--2011《結構工程用纖維增強復合材料筋》、JG/T 351--2012《纖維增強復合材料筋》、GJJ/T 192--2012《盾構可切削混凝土配筋技術規程》、JG/T 406--2013《土木工程用玻璃纖維增強筋》等相關標準。目前在國內土木建筑方面的應用產品已達數十種，而GFRP材料應用技術和研究在我國的開發應該從20世紀90年代開始，當時數家單位對GFRP應用與材料技術進行了研究，如：冶金工業部建筑研究總院（國家工業建筑診斷與改造工程技術研究中心）、清華大學、東南大學、華僑大學等。

3 結語

GFRP筋材是一種高性能新型結構材料，目前，國內外對GFRP筋材的開發應用均十分重視，相應的國家和行業規范及技術標準也相應出臺。雖然GFRP筋材不能大面積的將傳統剛才和混凝土材料代替，但它必將以一種高性能材料對傳統結構材料做必要補充，使工程中的疑難雜癥得以解決，也給土木與建筑工程的發展帶來了新的契機，而且對綜合經濟和社會效益也起到了不容忽視的作用。

參考文獻

[1] 楊勇新，岳清瑞，胡云昌.碳纖維布與混凝土粘結性能的試驗研究[J].建筑結構學報，2001（22）：36-41.

[2] 陸新征.FRP_混凝土界面行為研究[D].北京：清華大學，2004.

[3] 徐福泉.碳纖維布加固鋼筋混凝土梁靜載性能試驗[D].北京：中國建筑科學研究院，2001：12-100.

[4] 姚諫，滕錦光.FRP復合材料與混凝土的粘結強度試驗研究[J].建筑結構學報，2003，24（5），10-18.

[5] 任慧韜.纖維增強復合材料加固混凝土結構基本力學性能和長期受力性能研究[D].大連：大連理工大學，2003.

[6] 李金波，貢金鑫.碳纖維布包裹改善銹蝕鋼筋混凝土柱延性試驗研究[J].大連理工大學學報.2010，50（2）：220-227.

[7] 李金波，貢金鑫，王利歡.增大截面和碳纖維布包裹復合加固銹蝕鋼筋混凝土柱的抗震性能研究[J].土木工程學報，2009，42（4）：17-26.