FRP复合材料及其在土木工程中的应用

蒋蕊阳

摘要：FRP复合材料在土木工程中有着广泛的运用。FRP复合材料的材料特性包括：抗拉性、延性、耐腐蚀性、耐久性以及自重性等，本文对FRP复合材料特性展开逐一研究，并对FRP复合材料在土木工程中的运用提出见解，以期为行业做出贡献。

关键词：FRP复合材料;土木工程;工程结构

中图分类号：K826.16 文献标识码：A

随着我国社会经济的不断发展，土木工程行业进入全新的发展看阶段。尤其是在FRP复合材料的使用下，提升了土木工程建设质量。因此，在土木工程建设中就要做好FRP复合材料的使用工作，解决传统工程建设中的不足。

1 FRP复合材料的特性

1.1 抗拉性、延性

与传统建筑材料对比可以看出，FRP复合材料有着结构稳固的特点，在使用中难以发生变形等问题。在大量实践与实验结果中，充分证明在满足施工压力的基础上，使用FRP复合材料能够最大限度地降低材料的使用数量，同时在施工过程中施工与操作比较便捷，能够有效提升施工速度。但是，这种材料也存在着一定的不足，即在延展性方面不高，但是并不影响其在强度方面的优势。

1.2 耐腐蚀性与耐久性

FRP复合材料在耐腐蚀性方面相对较强，所以，可以被运用到一些情况比较特殊的施工条件中。另外，由于FRP复合材料在耐久性方面较强，所以，在土木工程中使用可以提升结构使用寿命，最大限度地减少结构在后期中的维护次数[1]。

1.3 自重性

FRP复合材料主要由纤维构成，其特性往往受到纤维材料的影响。因此，在土木工程施工中，要从材料运用出发，最大限度地控制好成本，在节约施工周期的基础上提升施工质量，满足设计要求。

1.4 其他性能

就FRP复合材料来讲，在使用方面存在着一定的不足，如在生产工作中使用FRP复合材料需要较多的工序，加之制造工艺方面较为烦琐，所以在一定程度上增加了成本[2]。

2 土木工程中运用FRP复合材料的意义

随着我国科学技术的不断发展，新型材料逐渐进入土木工程市场中，满足了社会发展的需求。FRP复合材料中涉及芳纶、碳纤维等，在混合后进行加工处理能够形成独特性较强的材料。所以对比其他材料可以看出，FRP复合材料有着强度高与质量好等特点，并逐渐被运用到土木工程施工中，成为施工中的重点。在二十世纪五六十年代，FRP复合材料已经被运用到了民用建筑中，我国则是在20世纪50年代末期用玻璃纤维替代钢筋，不仅提升了施工效果，同时也满足了工序开展要求。所以在土木工程中，就要发挥出FRP复合材料的作用，实现加固处理目标、提高工程质量的目的。目前，复合材料已经成为工业生产中的重要组成之一，尤其是对于汽车工业与制作工艺等来讲，均是在复合材料的运用基础上来进行的。所以在工程施工中，要做好研究工作，明确施工重点，确保复合材料加固补强效果。尤其是对于土木工程来讲，由于FRP复合材料在补强与加固方面作用比较明显，所以在施工中施工人员可以借助FRP复合材料来提升构件受力性能。首先，在使用FRP复合材料进行结构加固时，主要表现为在混凝土柱缠绕加固，提升柱加固效果，在保证结构整体强度的同时提升结构抗剪性。其次，梁、板与桥梁跨度中使用FRP复合材料有着加固补强的作用，尤其是对于比较老旧的材料来讲，都可以使用FRP复合材料进行处理，提升构件抗弯能力，避免出现结构裂缝延伸等问题[3]。

3 FRP复合材料在土木工程中的运用现状

3.1 超负荷运行

对于土木工程来讲，有着复杂程度高与持续性较长的特点，所以在施工中就要从具体工艺技术与施工材料出发，确保施工的合理性。但是受到土木工程功能性要求的影响，涉及较多的使用材料。同时，结合具体标准在现场中增设小型化移动基站，可以确保整个工程现场施工的安全性。但是在使用FRP复合材料以后，很容易增加施工现场在材料管理方面的工作量。最后，在施工现场中相关设备很容易出现超负荷运行状态，但是在FRP复合材料的使用下，则可以代替大部分材料，不仅优化了整个施工过程，同时也实现了对现场的有效管理，提升了现场工作的效果。

3.2 行业消耗材料较多

就目前的土木工程市场来讲，在施工材料方面表现出了消耗量较大的现象，在一定程度上增加了材料浪费与施工成本，甚至还会对土木工程的功能性产生影响。同时，在后期使用中很容易出现磨损、变形等问题，严重的还会影响到行业的发展。最后，在建筑工程施工中，涉及总包与分包之间的矛盾，从而限制了工程的开展。所以，在现阶段发展中想要提高土木工程建设质量，就要坚持从发展角度出发，展现FRP复合材料的优势[4]。

4 FRP复合材料在土木工程中的运用

4.1 加固工程

就FRP復合材料来讲，主要以纤维材料混合为主，所以在材料强度等方面有着一定的优势。目前在土木工程建设中FRP复合材料主要以加固使用为主，且在FRP复合材料的使用下能够提升土木工程的质量与安全。从不同类型来讲，FRP复合材料主要以钢架结构、土石结构及混凝土材料工程等为主。尤其是对于混凝土材料来讲，已经成为土木工程建设中比较普遍的项目。所以，在混凝土材料中就要做好FRP复合材料的使用工作，实现加固施工目标，通过在混凝土材料外层借助FRP复合材料进行缠绕，能够有效提升材料的稳定性，同时也可以满足在变形、压力与地震等方面的要求，确保混凝土材料结构的承载力。同时，在施工过程中还可以将FRP复合材料运用到梁、板等位置上，确保混凝土结构具备抗弯曲能力，避免因外力作用而出现裂缝等。所以，FRP复合材料的使用能够避免混凝土结构在后期施工与使用中出现问题，确保整体的安全性，但是也应当要明确的是，FRP复合材料的使用难以从根源上解决拉力问题。加之FRP复合材料的筋中含有大量纤维成分，所以在强度方面远远超出传统材料，加之其在抗腐蚀性方面相对较强，因此FRP复合材料运用到钢筋中能够实现对钢筋材料的保护，提升材料的防腐蚀性，避免在材料运用后期出现质量问题及成本增加等问题。

4.2 FRP筋索与预应力FRP筋混凝土结构

就FRP筋来讲，有着纤维占比较高的特点，所以通过对比可以看出，其比传统钢筋材料性能更好。通过将FRP复合材料附着在钢筋表面，可以确保钢筋表面不被腐蚀，降低维修成本。因此在桥梁建设中为保证FRP索的预应力，就可以借助悬索桥等来实现目标。同时，为提升混凝土黏结性，可以从不同方式出发，确保黏度的有效提升。第一，虽然FRP筋与混凝土之间有着黏结性不足的特点，但通过对其表面进行处理，能够有效提升黏结性。第二，力学性已经成为了构件中的重要特点之一，加之其弹性较高脆性不足，所以就要做好受力性能对比工作，确保使用的合理性[5]。

4.3 FRP复合材料组合结构

FRP复合材料组合结构在性能方面有了明显的提升，同时也融合了不同类型的特点，展现了性能方面的互补性与优势，打造出了全新的结构体系，所以说FRP复合材料作为土木工程发展中的重要材料之一，就要做好研究工作，保证结构形式的丰富性，实现广泛运用的目标。第一，FRP管混凝土。对于FRP管混凝土来讲，就是借助填充的方式来满足要求的结构组件。一般来说，这种组件能够提升对混凝土的约束力，确保施工速度的合理性。加之混凝土结构件在耐用性方面相对较强，所以在运用范围上比较广泛，通过对这一结构材料进行分析可以看出，在管中填充混凝土可以提升结构的稳定性与负载能力，降低自身重量。第二，FRP-钢管-混凝土组合构件。在整体结构件中安装空心钢管，然后使用混凝土进行填充，从而实现保护钢筋的目标，在约束混凝土的基础上形成稳定结构，提升变形性能与承载力。第三，FRP-凝土组合梁。就FRP-凝土组合梁来讲，主要是借助混凝土施加压力来实现组合目标。且在这种组合结构中能够展现FRP复合材料的优势，加之其在材质方面相对较强，可以被运用到永久性模板中，满足后期施工要求。第四，CFEP-铝合金组合构件。在设计这一构件时，要将FRP运用到外表面中，以此来提升耐腐蚀性，解决FRP脆性较大且难以连接的问题。第五，FRP-木组合构件。就纤维构造形式来讲，就是要FRP与木材进行组合，转变受力特点，提升抗火能力。在两者组合以后，可以提升力学性能及环节负载压力，不仅降低了成本支出，同时也有广泛的运用空间。

4.4 FRP复合材料在桥梁中的运用

国外针对FRP复合材料的研究起步相对较早，所以我国在桥梁工程建设中可以借鉴国外先进技术与理念，结合我国桥梁特点，做好FRP复合材料的使用工作，由于桥梁施工一般以环境比较恶劣的地区为主，所以在施工现场中很容易出现安全事故，究其原因就是所使用的材料难以应对极端环境的变化。但是对于FRP复合材料来讲，其具备大部分纤维所具备的特点：第一，柔韧性较强。在加工中可以结合现场施工环境定制不同的构件形状，并运用到特殊部位中。第二，设计人员也可以在原定设计思路的基础上结合具体需求粘贴多层纤维。第三，在施工现场中吊装FRP复合材料的设备较为简单，加之承受力值小，所以在施工便捷程度方面较高，可以在最短时间内保质完成施工要求。且在整个施工现场中没有湿作业与现场固定等。第四，所占据的场地相对较少，能够将对周边环境的影响降至最低，减少了施工现场对环境的不利影响。所以说在FRP复合材料的使用下，可以提升桥梁结构的质量。另外，FRP复合材料还具备质量轻、强度高等特点，在加固后并不会产生过多的荷载，所以在使用空间方面并不会因为加固处理而发生变化。

4.5 FRP加固与钢筋混凝土柱的地震行为

受到巨大侧向周期地震力能的影响，很容易对混凝土、加强筋的强度产生直接影响，严重的还会造成柱体发生损坏等，所以对受过地震的柱体构件进行修复已经成为近期的任务，同时也是挑战性较大的任务。由于FRP复合材料有着约束的作用，所以对钢筋混凝土柱进行翻新能够有效提升其抗震性，甚至可以说FRP复合材料的使用能够提升钢筋混凝土柱体结构的延展性，加之在变向循环荷载作用下，修复柱体的退化率发生明显变化，所以说外部加固程度影响到了轴向荷载水平与损伤情况。

4.6 优化FRP复合材料

在土木工程中使用FRP复合材料以前，需要及时对材料本身的情况进行优化，同时也要做好改进工作，最大限度地提升复合材料的性能，从而满足人们对建筑工程的品质要求。所以在优化设计环节时，要结合复合材料特点，优化研究工作。由于对FRP复合材料尚未形成统一的标准，所以很容易造成土木工程施工中难以确定适合的FRP复合材料。要做好技术创新工作，尤其是对于FRP复合材料的生产来讲，就要做好技术创新研究工作，最大限度地提升FRP复合材料的性能，同时还要及时对施工技术进行研究，明确FRP复合材料的未来发展方向。最后，要引入环保理念，确保FRP复合材料能够满足生态发展要求，實现绿色发展目标。

5 结语

综上所述，在土木工程建设中要做好FRP复合材料的使用工作，结合我国经济发展趋势，在完善制作工艺的技术上控制成材料成本。同时还要结合土木工程行业发展特点，选择适合的使用技术，加大对FRP复合材料的研究力度，确保使用的合理性，提升土木工程建设质量。

参考文献

[1] 陈泓锦. FRP复合材料及其在土木工程中的应用[J]. 工程技术（全文版）， 2016（12）：42.

[2] 王全凤. 杨勇新. 岳清瑞. FRP复合材料及其在土木工程中的应用研究[J]. 华侨大学学报：自然科学版， 2005（1）：1-6.

[3] 任莉莉. FRP复合材料及其在土木工程中的应用研究[J]. 神州旬刊， 2016（1）：78.

[4] 琚宏昌. 张凤. 张贝宜. FRP复合材料在土木工程中应用的研究进展[J]. 混凝土， 2012（2）：11-17.

[5] 江学良. 杨慧. 孟茁超. FRP在土木工程结构加固应用中的研究进展[J]. 科技导报， 2010（18）：113-119.