為什么纖維增強復合材料(FRP)在土木工程學術界比較熱門
時間：2019-09-07 14:28:37 瀏覽量：
一、FRP的概念
FRP是纖維增強復合材料的簡稱，該種材料是由玻璃纖維、碳纖維、阿拉米德纖維等多股連續的纖維組成。制作方法就是把膠合后的基地材料用專業的模具加壓，反復拉拔而形成的復合性的玻璃型鋼材，這種材料與傳統材料相比有著許多的優勢，例如強度高、質量輕、耐腐蝕和便于施工等特點。
該種材料由于比傳統的土木工程材料有著更多優勢，近年來受到各土木建筑工程的青睞。一般是應用于橋梁，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，對于現代化建筑工程事業單位發展來說有著很大的推動作用。
二、FRP的特點
由于不同纖維有著不同的化學成分，使得其特點的表現程度也不一樣，常用的FRP材料例如玻璃纖維、碳纖維、阿拉米德纖維在實際應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，強度比鋼材的50倍還強，運用該種材料在減輕自重方面有著比較明顯的效果。根據相關的研究報告可以看出，在抗拉強度的范圍之內抗拉，不會有著很明顯的變形情況產生，也不會有不良延性的情況出現，因此可以知道該材料在抗拉性方面比較強，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、堿等環境對其的侵蝕，很好的抵抗住化學物質的腐蝕，而相比之下，傳統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物質的侵蝕，不利于結構壽命的提高，而且用于維護結構的費用也比較高，尤其在高腐蝕性的狀態之下，更容易使結構的壽命周期減短。而FRP材料就有著很多這方面的優勢，對工程結構質量的保持有著獨特的效果。
（三）自重方面
由于FRP材料的密度遠遠小于鋼材的密度，適用于各種各樣的施工條件和環境中，因此在土木工程施工的時候，為了減輕勞動的成本及勞動強度，一般來說都是采用這種材料，可以保障工程的質量，減少工程造價，而且在陳舊的建筑加固方面，運用FRP材料的優勢更加凸顯出來。
（四）熱膨脹系數和彈性方面
該種材料在土木工程施工時需要與混凝土進行混合，混合時由于二者間的熱膨脹系數接近，不會產生比較大的溫差，便于混合物的凝固，在凝固后也不會因為內部溫差問題產生裂縫。與此同時，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，由于其生產加工的手續比較多，使得價格偏高，與此同時，該種材料在防火性，垂直纖維方向的強度和彈性模方面做的不夠好，產品雖然具有絕緣，隔熱等明顯的優勢部分，但是往往不能在每一個場合中都發揮出效果。
三、FRP材料在土木工程中的應用
FRP材料以其獨特的優勢部分而被各種各樣不同類型的土木工程項目所運用，使得材料的應用場合逐漸增多。
（一）建筑工程
FRP材料從1986年起就被運用在建筑工程中，隨著建筑工程業的發展，對于現代建筑工程來說，在性能設計和材料性能方面的要求提升了。在工程建設過程中，一般是用于工程結構框架的設計上，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過特殊的工藝加工后做成，雙組分氧樹脂把結構構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，使得所用的構件數量少于普通的拼接方式所用構件的數量，這和傳統的木結構有點相似。在樓板梁的設計方面，采用的是箱形的構件，使得柱的橫截面和傳統的不一樣，為槽型截面，這種截面在整個建筑的全過程中得到體現。
（二）巖土工程
由于FRP材料具有良好的耐腐蝕性，能抵抗各種化學環境中化學物質的侵蝕，對結構起到保護作用，因此該種材料被運用在加筋土中。一般來說，使用該種材料進行工程建設的施工單位，在掘進方式上采用盾構法，因為如果運用傳統的方法進行掘進，該材料很容易就被挖斷，故而采用盾構法。擋土墻、地基錨桿等的修建一般是采用玻璃纖維復合材料進行施工，是因為這種材料造價低、安裝便利、耐久性強適應了這些工程對于質量方面的要求。
（三）橋梁工程
從70年代起，FRP復合材料就已經在橋梁工程中得到運用，一般是用于橋梁上的纜索，預應力筋以及整個橋梁體系之中，在運用這種材料能使橋梁的抗腐蝕、高強度、結構自重比較輕，這樣一來，橋梁的抗震能力就提升了。在陳舊橋梁加固中運用該材料，能減少加工的費用，施工比較便利，而且后期再進行加固的間隔期會明顯增長，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、結語
隨著經濟的快速發展，土木工程事業的迅速發展壯大，FRP材料的市場需求也會越來越大。FRP材料的技術水平會得到大幅度提升，產業化進程也會逐漸加快，并運用于土木工程的各個方面，這將會帶來巨大的經濟效益，社會效益也會提升。為了更好的運用這種新材料，相關研究單位還需要對該材料性能的提升做出深入的研究。
