复合材料在土木工程中的发展与应用分析

曾永平

（福建水利电力职业技术学院）

复合材料主要是由多种材料以物理方式、化学方法处理形成，使其成为新型材料。因此，复合材料具备不同材料优点，将其合理应用于土木工程中，可以为其施工建设起到积极作用，特别是对于纤维增强复合材料的应用，因其具备质地轻和硬度高等特征，使其成为提高土木工程质量的重要方式。基于此，在土木工程的施工过程，加大复合材料应用力度，结合其发展和作用，能够实现复合材料的有效运用，同时提高土木工程整体质量。

1 土木工程中复合材料的发展

在科学技术持续发展下，部分新型材料随之得到广泛应用，以便于更好满足社会发展需求，复合材料（Fiber Reinforced Plastics，FRP）随之应运而生。在FRP材料中，其主要构成部分包括芳纶和碳纤维等，此类材料均呈现较高纤维与树脂特征，对其进行混合后进行加工处理，可以形成比较独特结构材料。因此，FRP和其他材料进行比较，其强度高和质量小等性能比较显著，逐渐受到土木工程施工人员的重视，使其和混凝土等材料成为土木工程施工的关键。

上世纪五六十年代FRP已在民用建筑中得到具体使用，如1961年，其英国进行教堂尖顶建设时，将GFRP作为主要技术，1970年实现FRP在人工天桥中的应用。而我国则是在上世纪五十年代末期，逐渐由玻璃纤维取代钢筋，确保混凝土施工的有序进行，在七八十年代更是加大了FRP的研究力度，例如：在1982年的北京城市，选择GFRP进行公路桥的建设，使其具有较强承重能力[1]。在初始阶段，FRP主要应用于土木工程的结构加固中，通过此种材料进行加固处理后，土木工程可以在地震条件下具有较强性能，同时获取人们的重视和认可，实现了FRP的广泛应用，直至二十一世纪初，我国土木工程建设中FRP成为重要材料，同时对工程施工质量提供重要保障。

2 土木工程中复合材料的作用

伴随科学技术高速发展，其复合材料成为工业生产领域主要部分，尤其是在汽车工业内，汽车制作工艺需要在复合材料应用下进行。而人们生活中，复印机与打印机的应用比较常见，均是在使用复合材料的基础上进行。由此可见，土木工程的施工过程，对于复合材料的应用尤为重要，在对其作用进行深入研究可知，复合材料的加固补强效果比较理想，特别是在土木工程中，使其成为土木工程受力性能重要加强措施。

土木工程中，因复合材料补强、加固作用比较显著，所以，施工人员通常选择此种方法进行构件受力性能的加强，对于混凝土来讲，复合材料加固方式具体包括：首先，选择FRP布进行混凝土结构的加固，主要表现在混凝土柱缠绕加固中，以此呈现其柱加固效果，在提高结构整体强度的同时，还可以改善结构抗剪和抗震能力[2]。其次，混凝土的梁、板和桥梁跨度中，受拉面应用FRP材料，具有较强加固补强作用，尤其是老旧建筑的改造加固和房屋损坏修复等方面，均可以通过此种方式提高构件抗弯能力，避免结构裂缝延伸。最后，混凝土柱与梁施工中，FRP材料进行包裹后，在其外部进行FRP的环绕加固，可以达到最佳加固效果，从而提升结构抗压与抗剪能力。

3 土木工程中复合材料的具体应用

（一）FRP筋索与FRP筋混凝土

土木工程的整个施工中，对于FRP复合材料的使用，因纤维所占比例较大，且筋度重量小和强度范围高等特征，使其呈现较多优点。在FRP材料中，其耐腐蚀性相对比较显著，可取代钢筋主要性能，所以，土木工程的建设过程，除了需要防止钢筋锈蚀问题，还应该尽可能节约工程维修成本，实现其整体效益的提升。另外，FRP非磁性特征同样比较突出，可以满足工程全部无磁性要求。FRP筋索通常应用于道路桥梁的建设中，且具备缆绳的重要作用，能够将其当作预应力筋进行使用。而在进行FRP混凝土研究发现，其主要包括以下内容：筋和混凝土间存在粘结问题，若是粘结没有满足其预期要求，很难发挥粘结作用；和传统混凝土进行比较，FRP筋混凝土弹脆性特点，且承受力方式存在较大差异化，需要结合土木工程情况进行明确[3]。

（二）结构加固补强

在进行复合材料实际应用时，通常选择不同方法进行，如FRP构件表面的附着，以此强化原构件受力性能。工程实践中选择混凝土结构时，对于外贴玻璃纤维的应用，可以通过复合材料进行加固，以此提高整体效果，即充分发挥其防腐作用。而上世纪九十年代初，对于碳纤维增强复合材料的应用，实现了多跨桥梁的加固，且应用效果比较理想，促使复合材料得以有效应用和推广，同时取得明显进步和发展。1988年CFRP加固工程的顺利施行，为FRP发展起到一定促进作用，同时成为工程建设重要部分。

（三）与传统材料融合

不同FRP混合使用以及FRP与混凝土、钢筋等融合，均可以达到取长补短的目的，在增加其性能同时，还能够形成全新结构体系，即FRP的组合结构，具体包括：第一，FRP管内进行混凝土的结合，在FRP的基础上进行混凝土的约束，在具备加快工程进度同时，还拥有较强持久性。第二，FRP位于空心钢管以外，然后选择混凝土进行填充，其中钢管模板作用为承重，而FRP与混凝土能够对钢管予以保护，混凝土则呈现约束作用，实现承载能力的提升。第三，工程构件中进行FRP的运用，可以对FRP进行全面应用，但需要确保FRP、混凝土间的有效连接。

（四）全复合材料

经过深入研究复合材料力学性质发现，力学领域内此种材料具有较高强度，根据其力学特征发现，耐腐蚀性与可设计性属于其基本特征，结合土木工程的施工情况发现，在全复合材料结构中，将其应用于土木工程时主要表现于桥梁工程。例如：桥梁工程中复合材料可以保证各项技术有效运用。人们实际工作中，当出现地震和火灾等危害时，此项技术可以应用于灾害救援中，因复合材料具备轻量化特点，在复合材料进行应用时需要引起高度重视。结合该技术应用情况发现，将其应用在军事领域内，使其呈现较为理想的应用效果，值得对其进行推广和应用，以便于发挥全复合材料的最大价值，促进其长远发展。

4 结束语

总之，土木工程的整个施工过程，对于FRP的应用相对比较广泛，因其应用条件比较复杂化，需要加强其重视和控制。与此同时，在土木工程中，混凝土与钢材的应用较为常见，且发展历程相对较长，而FRP应用时间较短，因此，土木工程实际施工中，强化FRP复合材料的应用，可以实现工程质量的全面提升，同时具有较为理想的应用前景，需要土木工程的施工人员予以高度重视。