為什么纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(FRP)在土木工程學(xué)術(shù)界比較熱門
時(shí)間：2019-09-07 14:28:37 瀏覽量：
一、FRP的概念
FRP是纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的簡稱，該種材料是由玻璃纖維、碳纖維、阿拉米德纖維等多股連續(xù)的纖維組成。制作方法就是把膠合后的基地材料用專業(yè)的模具加壓，反復(fù)拉拔而形成的復(fù)合性的玻璃型鋼材，這種材料與傳統(tǒng)材料相比有著許多的優(yōu)勢(shì)，例如強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、耐腐蝕和便于施工等特點(diǎn)。
該種材料由于比傳統(tǒng)的土木工程材料有著更多優(yōu)勢(shì)，近年來受到各土木建筑工程的青睞。一般是應(yīng)用于橋梁，各種民用建筑、海洋工程、地下工程等工程中，能同時(shí)適用于多種工程，說明FRP材料能承受多種工程的施工條件，對(duì)于現(xiàn)代化建筑工程事業(yè)單位發(fā)展來說有著很大的推動(dòng)作用。
二、FRP的特點(diǎn)
由于不同纖維有著不同的化學(xué)成分，使得其特點(diǎn)的表現(xiàn)程度也不一樣，常用的FRP材料例如玻璃纖維、碳纖維、阿拉米德纖維在實(shí)際應(yīng)用中的特性也存在差異。
（一）抗拉性和延性方面
與鋼筋相比，這三種材料有著更加明顯的抗拉性，強(qiáng)度比鋼材的50倍還強(qiáng)，運(yùn)用該種材料在減輕自重方面有著比較明顯的效果。根據(jù)相關(guān)的研究報(bào)告可以看出，在抗拉強(qiáng)度的范圍之內(nèi)抗拉，不會(huì)有著很明顯的變形情況產(chǎn)生，也不會(huì)有不良延性的情況出現(xiàn)，因此可以知道該材料在抗拉性方面比較強(qiáng)，延性差。
（二）抗腐蝕和耐久性方面
FRP材料比鋼材更耐腐蝕，能承受各種酸、堿等環(huán)境對(duì)其的侵蝕，很好的抵抗住化學(xué)物質(zhì)的腐蝕，而相比之下，傳統(tǒng)土木工程材料的抗腐蝕性能就比較差，很容易受到各種化學(xué)物質(zhì)的侵蝕，不利于結(jié)構(gòu)壽命的提高，而且用于維護(hù)結(jié)構(gòu)的費(fèi)用也比較高，尤其在高腐蝕性的狀態(tài)之下，更容易使結(jié)構(gòu)的壽命周期減短。而FRP材料就有著很多這方面的優(yōu)勢(shì)，對(duì)工程結(jié)構(gòu)質(zhì)量的保持有著獨(dú)特的效果。
（三）自重方面
由于FRP材料的密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于鋼材的密度，適用于各種各樣的施工條件和環(huán)境中，因此在土木工程施工的時(shí)候，為了減輕勞動(dòng)的成本及勞動(dòng)強(qiáng)度，一般來說都是采用這種材料，可以保障工程的質(zhì)量，減少工程造價(jià)，而且在陳舊的建筑加固方面，運(yùn)用FRP材料的優(yōu)勢(shì)更加凸顯出來。
（四）熱膨脹系數(shù)和彈性方面
該種材料在土木工程施工時(shí)需要與混凝土進(jìn)行混合，混合時(shí)由于二者間的熱膨脹系數(shù)接近，不會(huì)產(chǎn)生比較大的溫差，便于混合物的凝固，在凝固后也不會(huì)因?yàn)閮?nèi)部溫差問題產(chǎn)生裂縫。與此同時(shí)，該種材料與鋼筋相比，具有更小的彈性模量。
（五）其他方面
FRP材料也有這一定的缺點(diǎn)，由于其生產(chǎn)加工的手續(xù)比較多，使得價(jià)格偏高，與此同時(shí)，該種材料在防火性，垂直纖維方向的強(qiáng)度和彈性模方面做的不夠好，產(chǎn)品雖然具有絕緣，隔熱等明顯的優(yōu)勢(shì)部分，但是往往不能在每一個(gè)場(chǎng)合中都發(fā)揮出效果。
三、FRP材料在土木工程中的應(yīng)用
FRP材料以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)部分而被各種各樣不同類型的土木工程項(xiàng)目所運(yùn)用，使得材料的應(yīng)用場(chǎng)合逐漸增多。
（一）建筑工程
FRP材料從1986年起就被運(yùn)用在建筑工程中，隨著建筑工程業(yè)的發(fā)展，對(duì)于現(xiàn)代建筑工程來說，在性能設(shè)計(jì)和材料性能方面的要求提升了。在工程建設(shè)過程中，一般是用于工程結(jié)構(gòu)框架的設(shè)計(jì)上，以提高建筑物的性能，美國有一座六層樓高的建筑物，這座建筑完全是由分離的玻璃纖維經(jīng)過特殊的工藝加工后做成，雙組分氧樹脂把結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間緊密粘合在一起，框架一般采用的拼接方式是多層拼接，使得所用的構(gòu)件數(shù)量少于普通的拼接方式所用構(gòu)件的數(shù)量，這和傳統(tǒng)的木結(jié)構(gòu)有點(diǎn)相似。在樓板梁的設(shè)計(jì)方面，采用的是箱形的構(gòu)件，使得柱的橫截面和傳統(tǒng)的不一樣，為槽型截面，這種截面在整個(gè)建筑的全過程中得到體現(xiàn)。
（二）巖土工程
由于FRP材料具有良好的耐腐蝕性，能抵抗各種化學(xué)環(huán)境中化學(xué)物質(zhì)的侵蝕，對(duì)結(jié)構(gòu)起到保護(hù)作用，因此該種材料被運(yùn)用在加筋土中。一般來說，使用該種材料進(jìn)行工程建設(shè)的施工單位，在掘進(jìn)方式上采用盾構(gòu)法，因?yàn)槿绻\(yùn)用傳統(tǒng)的方法進(jìn)行掘進(jìn)，該材料很容易就被挖斷，故而采用盾構(gòu)法。擋土墻、地基錨桿等的修建一般是采用玻璃纖維復(fù)合材料進(jìn)行施工，是因?yàn)檫@種材料造價(jià)低、安裝便利、耐久性強(qiáng)適應(yīng)了這些工程對(duì)于質(zhì)量方面的要求。
（三）橋梁工程
從70年代起，F(xiàn)RP復(fù)合材料就已經(jīng)在橋梁工程中得到運(yùn)用，一般是用于橋梁上的纜索，預(yù)應(yīng)力筋以及整個(gè)橋梁體系之中，在運(yùn)用這種材料能使橋梁的抗腐蝕、高強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)自重比較輕，這樣一來，橋梁的抗震能力就提升了。在陳舊橋梁加固中運(yùn)用該材料，能減少加工的費(fèi)用，施工比較便利，而且后期再進(jìn)行加固的間隔期會(huì)明顯增長，這樣一來，橋梁的抗彎力就得到了提升，增長了橋梁的使用壽命。
四、結(jié)語
隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，土木工程事業(yè)的迅速發(fā)展壯大，F(xiàn)RP材料的市場(chǎng)需求也會(huì)越來越大。FRP材料的技術(shù)水平會(huì)得到大幅度提升，產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程也會(huì)逐漸加快，并運(yùn)用于土木工程的各個(gè)方面，這將會(huì)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益，社會(huì)效益也會(huì)提升。為了更好的運(yùn)用這種新材料，相關(guān)研究單位還需要對(duì)該材料性能的提升做出深入的研究。
