复合材料在土木工程中的应用探讨

袁俊

（中建海峡建设发展有限公司）

复合材料在土木工程中的应用探讨

袁俊

（中建海峡建设发展有限公司）

随着科技的发展，传统的土工建筑材料逐渐被复合材料所替代。复合材料在各行各业中被广泛应用，尤其是在土木工程中的应用更是普及。本文首先对复合材料的特点进行阐述，其次分析了复合材料在土木工程中的应用，最后对复合材料的发展前景做了展望。

复合材料；土木工程；应用

随着经济的的发展和科技水平的提高，传统的土木工程建筑材料虽然仍在大量使用，但复合材料的发展势头已经远远超过传统的材料。在土木工程建设中，传统材料具有厚重的特点，不利于施工和运输，在工程中往往要耗费大量的人力和设备，不利于工程施工和经济效益。而复合材料作为新型的材料，由于非常轻薄，便于运输，其在性能等各方面均有不输于传统材料的优势，故而在土木工程中的应用非常广泛，发展空间也非常大。

1　复合材料的特点

1.1一材多能

复合材料是由许多种不同的物质组合而成的材料，现在已经在各行各业中得到广泛应用，尤其是在建筑业中。复合材料有组合成的材料的优点，使得一种材料具体多种材料的性能，集组合材料的优势于一身，能够解决各种土木工程中的利用问题。

1.2良好力学性能

根据复合材料组合材料的不一样能够使得复合材料的力学弹性很大，比如单向玻纤增强环氧复合材料的拉伸强度比建筑钢要强得多；碳纤维复合材料的密度比钢材小四五百；树脂基复合材料的拉伸度能够与建筑钢持平等等，不同的组合材料使得复合材料具有不同的力学性能，而且普遍比普通材料要有优势。

1.3可设计性性

复合材料具有非常强的可设计性，根据土木工程中对材料的不同需求可以进行设计，如需要拉伸度大的材料就可以选择单向玻纤增强环氧复合材料等等，根据不同需求进行不同设计。在复杂的土木工程中，复合材料的可设计性点能够很好地满足各种工程需要，节省成本，提高效益。

1.4可塑性强

由于生活水平的提高，人们已经不能满足于坚固实用的建筑需求，转而要求建筑的美观性和艺术性。传统的材料不能够满足土木工程中各种形状的塑造，只有复合材料因其可塑性，能够根据不同的要求设计出不同的形状，达到建筑的美观性和艺术性。

1.5透光性强

传统的建筑材料是实心的，比如钢筋、木材，根本没有什么透光性，虽然其硬度大，能够满足建筑需求，但是有些家用需要透光性强的材料，比如落地窗等。世界上有许多玻璃大厦，使用的无机复合胶凝材料（混合水泥）做基料、特种玻璃纤维（网格布）增强材料而制作成的，能够进行高层建筑[1]。如图1为玻璃大厦。

1.6隔音性强

图1　

在现代化社会中，汽车声、火车声等等各种噪音充斥着我们的生活，为了健康生活和个人私密性的需要，人们对建筑的隔音效果提出了更高的要求。传统的材料如果隔音效果好，那么就会显得厚重；轻薄的材料隔音效果并不理想。而复合材料不仅轻薄，而且隔音隔热效果都非常明显。在土木工程中，复合材料便于运输和安装，而且能够很好解决隔音问题。

2　复合材料在土木工程中的应用

2.1复合材料在土木工程中的应用研究现状

20世纪80年代，美、日等发达国家最早进行复核材料的研究，主要是研究将碳纤维，即CFRP用于混凝土结构加固修补中，因其轻薄、耐久性，以及操作简单，被广泛运用于土木工程建筑之中。在建筑和抗震方面的应用非常广泛，日本的建筑抗震性高，主要是因为使用大量的复合材料进行建筑。据介绍，CFRP增强型材料越来越受到建筑行业的关注和应用，每年的土木工程建筑中，复合材料的增长率远远高于传统的建筑材料，是土木工程中潜力巨大的新型建筑材料[2]。

我国对复合材料的研究起步比较晚，最近几年对复合材料的研究加快，而且形成了高校联合研究，并取得了瞩目的成就。在应用中，我国最近几年的土木工程建筑中也广泛使用复合材料。通过运用复合采用进入土木工程之中，不仅工程项目的速度提升，而且建筑合格率也普遍提高。

2.2复合材料在土木工程中的具体应用

碳纤维简称CFRP，因其具有良好的物理性能，在土木工程中被广泛采用，主要在土木建筑结构基础结构中使用。在国内市场中，CFRP增强塑料有着非常广泛的市场，在土木工程中一般都会采用CFRP增强塑料[3]。表1是CFRP的主要性能指标。

表1　CFRP的主要性能指标

2.2.1在大型建筑中的应用

在土木工程中，把岩纤维加工成帮条状的长丝能够替代钢筋用于建筑物结构的搭建；或者将其加工成绳状，在工程中当拉锁，用于升降建筑材料，结实耐用。而且由于碳纤维非常轻便和耐用，也会将其用在混凝土板或者架构中，在土木工程中的运用是非常广泛的[4]。

2.2.2作为承载结构应用

①做承重结构，复合材料因其质量轻、密度大、强度大，能够很好地在建筑中做承载结构，在工程建设中，把复合材料加工成柱子、楼板，或者在厂房中用作称重结构使用。②做维护结构，复合材料因其可设计性和可塑性强，能够加工成各种结构板和围栏板在建筑中使用。③做透明窗户，在建筑中，窗户或者天窗是建筑中必备的设计，而在这些结构中，厚实的传统材料不能够进行通风采光，因此使用符合材料进行加工成板材，用作窗户或者天窗等，不仅光线好，而且非常耐用，不像玻璃一样，很容易碎裂发生危险。因此，在土木工程中，将符合材料根据建筑需要进行加工，制作成承重、窗户、围栏等，有着非常广泛地应用。复合材料作为钢筋混凝土的最适合替代物，更加适合土木工程建筑的需要。

2.2.3作为装饰材料应用

复合材料因其防腐性比较强，可以在土木工程中加工成装饰材料，比如说门窗的装饰材料，像树脂玻璃钢可以做窗框。而且在家具中也有广泛地应用，比如说用复合材料加工成浴缸、面盆，或者制作成整体式卫生间[5]。这种材料和传统材料相比，更加轻薄和耐用，而且还能便于更换，不仅如此，复合材料用作装饰材料，其成本非常低，能够大范围使用，使建筑具有美观性。

2.2.4作为采暖通风材料应用

复合材料因其可塑性强，能够制作成各种管状物或者机罩等运用到工程中，或者是冷却塔、风机等，这些用复合材料进行制作具有很好的保温性能和耐用性。中国北方冬季需要使用大量暖气进行供暖，其中的输送暖气的管道大部分都是使用的复合材料加工而成，不仅成本低，其隔热、耐久性也非常好[6]。

3　复合材料的发展前景

随着经济建设的发展，土木工程项目越来越多，对现代化技术和材料的要求也越来越高，这是复合材料发展的重大机遇。复合材料的利用和开发需要明确发展方向，通过提高技术、使用新设备，使复合材料的制作和加工更加有效率[7]。根据市场的要求和规范，要求土木工程建筑更加环保和经济，那么这就使得复合材料在土木建筑工程中的潜力更加发。复合材料因其可塑性强、可设计性好、透光隔音效果显著，在土木工程建筑中必然会被大量使用，在今后的土木工程中，复合材料对于承重和为建筑物塑性，以及提高施工进度和降低施工成本有着重要的作用，其发展前景是客观的[8]。

4　结束语

随着经济和科技的发展，以及人们生活水平的提高，对建筑的要求提出了更高的要求。人们对建筑的要求不再是单纯地坚固耐用，还需要建筑具有美观性、舒适性。传统的建筑材料中，钢筋、混凝土虽然能够保证建筑坚固耐用，但其成本非常高，其不便于施工；而复合材料非常轻薄、利用施工，且其具有可塑性、可设计性等多种性能，不仅能够保证建筑的坚固耐用，更能够让减轻建筑重量，塑造建筑形状使其具有艺术美观性。因此在土木工程中使用复合材料进行建筑，是技术的进步和现代化建筑的要求，对于减少建筑成本、提高经济效益，实现土木工程的绿色和环保可持续发展具有重要的推动作用，必将在未来的土木工程中发挥更加重要的作用。

[1]钟春强.复合材料在土木工程中的应用研究[J].科技资讯，2010，1（11）：50.

[2]刘春城，高洪顺，马桂兰，等.CFRP复合材料在土木工程中的应用现状[J].北华大学学报（自然科学版），2003，4（3）：258～260.

[3]温建萍，刘佳.FRP复合材料在土木工程中的应用[J].城市建设理论研究（电子版），2012（30）：233～234.

[4]许艺严.浅议FRP复合材料在土木工程中的应用[J].网络导报·在线教育，2012（33）：256.

[5]陈信良.复合材料在土木工程中的应用研究[J].城市建设理论研究（电子版），2014（18）：74.

[6]曹国辉，汪子鹏，王志宏等.纤维增强复合材料在土木工程中的应用研究[J].湖南城市学院学报：自然科学版，2011，20（4）：1～5.

[7]祝程平.复合材料在土木工程中的发展与应用[J].房地产导刊，2015（8）：480.

[8]胡矗峰，刘哲银.FRP复合材料及其在土木工程中的应用分析[J].建材发展导向（下），2014，12（7）：106.

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2015-10-10