复合材料在土木工程中的发展与应用黄仕万

复合材料在土木工程中的发展与应用黄仕万

黄仕万

身份证号码：45012119891005xxxx广西南宁

摘要：经济社会的不断发展，土木工程发展也越来越迅速，特别是现如今，越来越多的新技术和新材料被投入到工程进行使用，人们对于在土木工程中使用复合材料也越来越关注，这为土木工程的发展指明了发展的方向。所以，本文简要的对土木工程中复合材料的发展与应用进行了分析，以便能够促进土木工程和复合材料的发展。

关键词：复合材料；土木工程；发展；应用

如今，土木工程中使用的复合材料主要是一种由多种高强度，高性能的纤维和树脂组合而成的，具有新型结构的材料，即纤维增强复合材料，又称为FRP，此材料具有重量轻，强度高，成型快等优点，且其耐腐蚀性较高，在土木工程中能够有效的对传统材料混凝土和钢材进行补充，因而在土木工程中使用新型复合材料已成为重要趋势。

1.土工土木工程复合材料特点

1.1多种材料性能

复合材料是由多种物质组成的新型材料，被广泛运用于建筑业，主要是由于复合材料可以表现出各种组成材料的优点，复合材料的研发使得一种材料具有多种性能，并且具备天然材料不具备的性能，这种集多种优势于一身的新型工业材料，解决了建筑业材料的合理利用问题。

1.2良好力学性能

选材不同使得复合材料力学性能的设计范围很大，例如拉伸强度超过建筑钢可达1000MPa的单向玻纤增强环氧复合材料[1]。使用碳纤维作为增强材料，可以制得密度比钢材小4~5倍，而弹性模量可以达到建筑钢材水平的树脂基复合材料。

1.3材料可设计性强

根据土木建筑中对材料性能的选择，譬如对耐水和防腐性能要求，人们可以选择可依据建筑需求进行设计和加工的复合材料。对于结构复杂和工程量较大的建筑，为节约成本，快速高效的完成建筑制品，重量轻且制造方便的复合材料成为土木建筑基础结构中所需材料的首选。

1.4材料可塑性强

在土木建筑基础结构中，人们已经不能仅仅满足于材料的性能，建筑学中人们也注重建筑物的协调美观和艺术价值，复合材料的可塑性强，可以按照人们的需要设计出各种形状，并且不需要多次加工工序就可以实现这一目标。

1.5良好透光性

复合材料玻璃钢的透光率与玻璃相似，可达85%以上，由于它坚韧不易碎且能承受超大的负荷，加之具有较强的可塑性，通常根据实际需求被综合加工成建筑行业所需的建筑材料，从而达到节约资源、降低成本的目的。

1.6隔音性强

随着工业的发展，人们的日常生活往往受到噪音污染，噪音污染会严重影响人们的睡眠质量和身心健康，隔音效果的好坏依然成为评论建筑物质量的标准之一[2]。隔音效果好的传统建筑材料笨重，隔热性能差，在安装和运输上都很不便，但复合材料能够起到削弱振动音波及船舶音波的作用，经过专门的夹层设计既能达到隔音效果，又能达到隔热效果，并且复合材料材质很轻，在运输和安装方面也很方便，解决了建筑工程中材料隔音效果差的问题。

2.复合材料在土木工程中的应用与发展

2.1纤维增强复合材料加固补强

FRP加固补强的主要形式就是粘贴加固混凝土结构，首先，应用FRP布对混凝土柱进行缠绕加固，从而提高混凝土的强度，增强其抗震性。其次，在梁、板等受拉面位置，粘贴FRP片材，采用这种方式控制混凝土裂缝的产生，同时提高其承载能力。最后，应用FRP片材对梁、柱等构件进行包裹，从而提升梁、柱的抗剪承载力。这也是一种非常有效的加固补强的方式，在工程施工过程中常常用到。但是在实际应用过程中，要注意其提高程度与原构件配箍率保持在一定标准范围内，充分发挥FRP片材的强度。

2.2FRP筋索和预应力FRP筋混凝土结构

FRP筋索与传统钢筋材料相比，起重量较轻，纤维比重较大，强度相对较高，同时具有很强的耐腐蚀性能。基于FRP筋索的而这些优势，可以很好地代替钢筋材料，能够有效避免传统钢筋材料出现锈迹的情况，有效保护钢筋结构，延长其使用期限，节省费用，降低成本。此外FRP还有一个明显的优点，就是无磁性，能够达到某些工程的无磁性要求[3]。FRP筋索用于土木工程的混凝土结构中，根据不同的方法，加强FRP筋索与混凝土的粘结，从而提高其强度。一般主要应用这几类FRP筋：其一，GFRP筋，对其表面进行沙化处理。其二，CFRP预应力筋，这种筋与钢绞线相似，而且在多股之间进行环氧粘结。其三，通过压痕或者滚花处理过的FRP筋。最后，通过对纤维进行交错编制的FRP筋。

2.3FRP组合结构

FRP组合结构就是把不同的FRP制品与钢材或者混凝土进行组合，形成的结构模式，达到优势互补的状态，应用于工程建设之中。一般在工程施工中，应用到的FRP组合结构形式主要有以下几种：

（1）FRP管混凝土结构。这种结构主要是在缠绕成型的FRP管中填充混凝土，而且FRP管可以充当模板，节省模板的消耗，同时提高施工效率，此结构具有很好的耐久性。基于它的众多优势，在桩、柱等工程结构上得到了广泛的应用。

（2）FRP、钢管、混凝土组合结构。这种结构的构成首先是在整个构件中间位置设置空心钢管，在钢管外面包裹FRP，在钢管与FRP中间填充适当混凝土。这样在工程施工过程中，钢管是主要的成立骨架，FRP作为模板，对钢管进行保护，以免其生锈受损，混凝土部分受到了一定的限制，有效提高了组合构件的承载能力和变形性能，对提高工程的安全性起到了很大作用。

（3）FRP组合梁、板。FRP组合梁、板是受弯的FRP组合结构，通过组合作用，上部的混凝土受压，下部FRP受拉，其中保证FRP和混凝土协同工作的剪力连接件是最为关键的部分。通过组合使FRP材料的优势发挥的更加充分，使施工过程更加方便快捷。

（4）FRP、木材组合构件。二者在构成上具有类似的纤维形式，受力特点相似，缺点都是抗火性能低。但是把二者进行重新组合，形成新的组合构件后，FRP作为增强部分，木材作为填充部分，能够更加充分发挥其力学性能，使加工过程更加方便。FRP组合结构不但提高了构构件的整体性能，而且能够有效降低工成本，有助于提高工程经济效益。

2.4全FRP结构

FRP与传统材料相比，具有鲜明的优势，在土木工程中的应用越来越广泛。一般主要应用到的FRP结构有以下几种：其一，FRP桥面体系。在实际应用中，桥梁面板部分直接采用FRP材料，不但能够减轻结构内力，而且能够抵御外部环境侵蚀损害，同时减轻桥身重量，延长其使用年限。其二，FRP编织网结构。此结构主要对FRP板条进行编制，通过张拉作用形成新的机构体系，此结构体系具有一定的柔性。这种结构一般适合用于跨度较大的工程结构中。其三，FRP杆件空间结构。FRP在应用于空间结构中时，主要实现形式是网架结构，而FRP网架的杆件主要是由CFRP片材构成，在构成过程中，CFRP片材要从不同的角度进行层叠粘贴。这种网架结构的优势为重量轻，抗腐蚀性强，温度效应小，一般在环境比较差或者跨度较大的空间结构中应用。

3.结论

综上所述，复合材料在土木工程中的应用还处于探索阶段，在实际应用中还需要不断提高技术水平，因此，需根据复合材料结构的不同特点，有针对性的应用到工程建设中。相信通过不断地研究与应用，复合材料在土木工程中的发展中一定会发挥出更大的作用。

【参考文献】

[1]王琛.复合材料在土木工程中的发展与应用[J].建材与装饰,2018(06):77.

[2]陈鼎亚.浅谈复合材料在土木工程中与应用[J].科技风,2016(23):78.

[3]董皓.复合材料在土木工程中的发展与应用初探[J].江西建材,2017(06):118.