纤维增强塑料筋在土木工程中的应用

王静

摘 要：随着社会经济的发展，人们在建筑材料上的了解越来越多，对工程质量的要求也越来越高，尤其在码头、机场、桥梁、雷达站及岩土工程建设中具有轻质、高强、耐腐蚀、无磁性等优异性能的材料是他们的首要选择。近些年来，各种纤维增强塑料（英文简写为FRP）像碳纤维、玻璃纤维、纺纶纤维等受到了国内外土木工程界的极大关注，使得这些纤维增强塑料在土木工程中的应用也越来越广泛。那么这些纤维增强塑料筋（FRP筋），究竟好在哪呢？本文就针对这个疑问详细介绍一下FRP筋新型材料的性能以及它在土木工程中的应用。

关键词：FRP；筋性能；应用；工程应用；预应力

1 关于纤维增强塑料的简介

纤维增强塑料筋是由增强和基体材料组成的复合型材料。高性能纤维是纤维增强塑料筋中增强材料的重要组成部分，高性能纤维主要有两种有机纤维与无机纤维，是它提供了纤维增强塑料筋的强度并承受了物体荷载的重量。而基体材料主要指合成树脂。其中有机纤维的种类较少主要有芳纶纤维和混杂纤维两种。而无机纤维相对于有机纤维而言品种较多像玻璃纤维、硼纤维、金属纤维、石英玻璃纤维、碳纤维、陶瓷纤维、等。纤维增强塑料筋的物理性质是由这些纤维材料的物理性质决定的。而不饱和聚酷树脂、环氧树脂、聚酞胺树脂是纤维增强塑料筋中最常用的基材。目前，建筑行业中玻璃纤维增强复合材料、钢纤维增强复合材料碳纤维增强复合材料、芳纶纤维增强复合材料和混杂纤维增强复合材料是建筑工程中最常采用的复合材料。

2 纤维塑料增强筋在土木工程里的应用

2.1 海洋工程中纤维增强塑料筋的应用

结构防腐问题是建设海洋基础设施中的重要问题，也是海洋工程中最突出的问题。就正在建设的海洋工程来说，它的钢混结构大多采用的是最厚的混凝土保护层，但是这种最厚的混凝土保护层耐久年限只有大约20年，相对而言海洋防腐结构的耐久性要求是比较高的，目前的设施是远远不够的。因为纤维塑料增强筋具备良好的抗腐蚀特性，所以要想在海洋工程里从根本上解决钢筋的锈蚀问题，就需采用纤维塑料增强筋混凝土结构，这对推动海洋工程的建设具有积极的意义。

2.2 桥梁工程中纤维增强塑料筋的应用

纤维增强塑料筋在桥梁工程中得到广泛的应用。例如加拿大的Joffre大桥，Joffre大桥引入了嵌入式传感器加固了CFRP格栅筋，它是世界上第一个这样做的大桥。Joffre大桥是一个5跨的上部结构完成的。Joffre大桥在间隔317米的钢梁上进行上部结构的承重。Joffre大桥安装了大量的振动式电阻丝应变传感器以及电阻应变计、纤维光学传感器等。这些传感器都和电话线进行连接用以连续遥测Joffre大桥。纤维增强塑料筋还应用在美国的DELDOT1-135桥、丹麦的Herning斜拉桥以及日本的飞翔桥上。

2.3 岩石工程中纤维增强塑料筋的应用

在岩土工程建设中，岩石锚固的锚杆大多是类似高强钢绞线这种抗拉强度很高的钢材。然而根据以往的岩石锚固的实际施工来看，大量的失效的钢锚杆锚固工程以及重大的安全事故的发生都是由锚杆的锈蚀造成的。从20世纪90年代开始，国外就已经采用纤维增强塑料筋这种新型锚杆来代替传统钢锚杆。

在长期恶劣的地质条件下，纤维增强塑料筋具备很好的抗腐蚀能力，纤维增强塑料筋的抗剪强度低同时它的抗拉强度很高。正是因为这个特点，用纤维增强塑料筋制作的锚杆来代替钢锚杆是很有必要的。纤维增强塑料筋制作的锚杆结构简单，不需要防腐保护，易于运输、制造和安装，重量轻，预应力损失小。现在，纤维增强塑料筋被广泛的应用于土木工程中，例如临时的基坑支护锚杆、土钉墙以及用地下工程盾结构法挖掘竖井的混凝土墙。

2.4 特殊过程中纤维增强塑料筋的应用

在非磁性和非导电结构工程中很难使用钢筋，因为使用钢筋就需要让每根钢筋都和周围的钢材绝缘并需要更加复杂的设计，这是很不现实的。但是纤维增强塑料筋具有非磁性和电绝缘性，能够在非磁性和非导电结构工程中大量使用。在军事上，纤维增强塑料筋可以应用在制造防雷达干扰的军用设备和机场上。同时，纤维增强塑料筋还用于核聚变建筑物、地磁观测站和机场指挥塔等地。

在高寒环境下，纤维增强塑料筋也具有它独特的优势。这种环境下的基础工程的维修费用和设施建设都很昂贵，同时还有很长的建设周期。所以，对于拟建和在建的基础设施来说，缩短建设周期、提高建设质量、减少维修费用是很重要的。所以为了延长寿命和提高基础设施的耐久性，可以根据纤维增强塑料筋的特性，让纤维增强塑料筋代替钢筋成为不用维护的纤维增强塑料筋混凝土结构。

3 结语

纤维增强塑料筋因其轻质、高强、耐腐蚀、无磁性等优异性的特点被国内外公认为是最具有发展潜力的建筑材料之一，随着国外纤维增强塑料筋领域研究的深入，极大的推动了现代土木工程技术的发展与创新。而在我国关于纤维增强塑料筋的研究也越来越多，越来越深入，国产化的进程也不断加快，研究水平已基本上与国际接轨了。这些趋势必将推动我国土木工程的繁荣发展。

[参考文献]

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