复合材料在土木工程的发展与应用

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【摘要】随着社会经济的不断发展，随着科学技术水平的不断提高，土木工程也得到了很大程度的发展。在施工过程中，采用了更为先进的技术和材料，不但提高了工程质量，也使土木工程不断进行创新，开辟了一条新的发展之路。复合材料的广泛应用就是一个鲜明的实例，本文主要对复合材料在土木工程中的发展与应用进行分析与讨论。

【关键词】复合材料；土木工程；发展与应用

1复合材料简述

复合材料是指纤维增强复合材料，简称为FRP，是由增强纤维材料，如玻璃纤维，碳纤维，芳纶纤维等，与基体材料经过缠绕，模压或拉挤等成型工艺而形成的复合材料。复合材料具有一定的特点：比强度高，比模量大，材料性能具有可设计性，抗腐蚀性和耐久性能好，热膨胀系数与混凝土的膨胀系数相近。因此，能够充分满足现代土木工程发展的实际需要。

2复合材料在土木工程中的应用与发展

2.1纤维增强复合材料加固补强。FRP加固补强的主要形式就是粘贴加固混凝土结构。[1]首先，应用FRP布对混凝土柱进行缠绕加固，从而提高混凝土的强度，增强其抗震性。其次，在梁、板等受拉面位置，粘贴FRP片材，采用这种方式控制混凝土裂缝的产生，同时提高其承载能力。最后，应用FRP片材对梁、柱等构件进行包裹，从而提升梁、柱的抗剪承载力。这也是一种非常有效的加固补强的方式，在工程施工过程中常常用到。但是在实际应用过程中，要注意其提高程度与原构件配箍率保持在一定标准范围内，充分发挥FRP片材的强度。

2.2FRP筋索和预应力FRP筋混凝土结构。FRP筋索与传统钢筋材料相比，起重量较轻，纤维比重较大，强度又很高，同时具有很强的耐腐蚀性能。基于FRP筋索的而这些优势，可以很好地代替钢筋材料，能够有效避免传统钢筋材料出现锈迹的情况，有效保护钢筋结构，延长其使用期限，节省费用，降低成本。此外FRP还有一个明显的优点，就是无磁性，能够达到某些工程的无磁性要求。FRP筋索用于土木工程的混凝土结构中，根据不同的方法，加强FRP筋索与混凝土的粘结，从而提高其强度。一般主要应用一下积累FRP筋：其一，GFRP筋，对其表面进行沙化处理。其二，CFRP预应力筋，这种筋与钢绞线相似，而且在多股之间进行环氧粘结。其三，通过压痕或者滚花处理过的FRP筋。最后，通过对纤维进行交错编制的FRP筋。

2.3FRP组合结构。FRP组合结构就是把不同的FRP制品与钢材或者混凝土进行组合，形成的结构模式，达到优势互补的状态，应用于工程建设之中。一般在工程施工中，应用到的FRP组合结构形式主要有以下几种：其一，FRP管混凝土结构。这种结构主要是在缠绕成型的FRP管中填充混凝土，而且FRP管可以充当模板，节省模板的消耗，同时提高施工效率，此结构具有很好的耐久性。基于它的众多优势，在桩、柱等工程结构上得到了广泛的应用。其二，FRP、钢管、混凝土组合结构。这种结构的构成首先是在整个构件中间位置设置空心钢管，在钢管外面包裹FRP，在钢管与FRP中间填充适当混凝土。这样在工程施工过程中，钢管是主要的成立骨架，FRP作为模板，对钢管进行保护，以免其生锈受损，混凝土部分受到了一定的限制，有效提高了组合构件的承载能力和变形性能。对提高工程的安全性起到了很大作用。其三，FRP组合梁、板。FRP组合梁、板是受弯的FRP组合结构，通过组合作用，上部的混凝土受压，下部FRP受拉，其中保证FRP和混凝土协同工作的剪力连接件是最为关键的部分。通过组合使FRP材料的优势发挥的更加充分，使施工过程更加方便快捷。最后，FRP、木材组合构件。二者在构成上具有类似的纤维形式，受力特点相似，缺点都是抗火性能低。但是把二者进行重新组合，形成新的组合构件后，FRP作为增强部分，木材作为填充部分，能够更加充分发挥其力学性能，使加工过程更加方便。FRP组合结构不但提高了构构件的整体性能，而且能够有效降低工成本，有助于提高工程经济效益。

2.4全FRP结构。FRP与传统材料相比，具有鲜明的优势，在土木工程中的应用越来与广泛。一般主要应用到的FRP结构有以下几种：其一，FRP桥面体系。在实际应用中，桥梁面板部分直接采用FRP材料，不但能够减轻结构内力，而且能够抵御外部环境侵蚀损害，同时减轻桥身重量，延长其使用年限。其二，FRP编织网结构。此结构主要对FRP板条进行编制，通过张拉作用形成新的机构体系，此结构体系具有一定的柔性。这种结构一般适合用于跨度较大的工程结构中。其三，FRP杆件空间结构。FRP在应用于空间结构中时，主要实现形式是网架结构，而FRP网架的杆件主要是由CFRP片材构成，在构成过程中，CFRP片材要从不同的角度进行层叠粘贴。这种网架结构的优势就是重量轻，抗腐蚀性强，温度效应小，一般在环境比较差或者跨度较大的空间结构中应用。

3结论

综上所述，复合材料在土木工程中的应用还处于探索阶段，在实际应用中还需要不断提高技术水平，根据复合材料结构的不同特点，有针对性的应用到工程建设中去。相信，通过不断地研究与应用，复合材料在土木工程中的发展中一定会发挥出更大的作用。

参考文献

[1]冯鹏.复合材料在土木工程中的发展与应用[J].玻璃钢/复合材料，2014，09：99-104.

作者：张衡 单位：广东省长大公路工程有限公司