frp复合材料土木工程应用与耐久性

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1、FRP复合材料土木工程应用与耐久性121咸贵军，李惠(哈尔滨工业大学土木工程学院土木工程材料，哈尔滨150090)XIANGui-jun．LIHui摘要：作为新型的土木工程结构材料，FRP(fiberreinforcedpolymer，纤维增强高分子)复合材料具有许多传统建筑材料不可比拟的优越性能，如高强、低重、耐腐蚀等。近二十多年来，FRP复合材料已经成功地应用于土木工程领域，如结构加固、FRP筋、FRP桥面板结构等等。总结与评价了FRP复合材料在土木工程领域的应用以及其土木环境下的耐久性能研究。文献标识码：A文章编号：1001—4381(2010)Suppll—0121—06现代的土

2、木工程结构主要以钢筋混凝土结构为主，其他结构(如钢结构、砌体结构与玻璃结构)作为补充。混凝土结构有很多优点，但是随着时间的推移其腐蚀劣化问题不断发生，特别是钢材锈蚀，不仅影响到工程结构的正常使用和寿命，并容易导致工程安全事故与隐患[1]。为发展高耐久性、长寿命土木工程结构，不仅依赖于对混凝土结构研究的深入；另一方面，更有赖于新材料的发展和应用。国内外的研究与工程实践表明，FRP复合材料是最有前途的新型土木工程材料，这主要基于FRP复合材料同传统的土木工程材料(如钢材、混凝土等)相比，具有许多重要的、满足土木工程应用要求的优点[2．6]：1．拉伸强度高：如CFRP(碳纤维FRP)复合材料的

3、拉伸强度是钢筋的5～8倍；2．密度小，质量轻：GFRP的密度约为2kg／cm3左右，约是钢筋的1／4。使用FRP复合材料的工程，工作强度将大幅度下降，施工方便；同浇筑混凝土或其他传统材料相比，FRP复合材料结构本身自重大幅度下降，增加了结构负载，如，同混凝土桥面板相比，FRP的桥面板可以减轻自重超过80oA[73；3．耐锈蚀：FRP不会像钢筋一样容易锈蚀，非常适合在严苛的强腐蚀环境中应用，结构耐久性能好，后期维修成本低；4．耐疲劳性能优良：FRP复合材料的抗疲劳性能优良，约是钢材的3倍[41；5．预期寿命长：由于其优异的耐腐蚀性能与耐疲劳性能，FRP复合材料结构(如桥面板)的预期寿命是传

4、统浇筑混凝土结构的2---3倍[71；6．减震性能优异：FRP复合材料的自振频率高，可避免早期结构共振；同时，FRP复合材料具有黏弹性，一旦激起振动，衰减速度要远远大于钢筋、混凝土等结构，从而减轻了FRP复合材料和混凝土结构的波动损伤¨o；7．可设计性：可以根据不同的工程需求，通过对高分子基体及纤维取向进行设计，实现不同的结构性能要求。FRP复合材料在航空航天、体育用品等领域的应用已经超过50年的历史，但是，应用到土木工程领域，仅有20几年的时间。同其他应用领域不同，土木工程应用对FRP复合材料的性能、材料组分、制备工艺以及承受价格等，都有着极其不同的要求。FRP复合材料在其他领域的成功

5、应用与发展，不能够直接对土木工程FRP复合材料的研究、制备与应用起到指导作用。实际上，作为新型土木工程结构材料，FRP复合材料在土木工程领域的应用与推广还存在大量的问题需要解决，如FRP复合材料在不同应用环境下的使用寿命、设计应用规范等等。土木工程FRP复合材料的最终性能取决于增强纤维、树脂基体及制备工艺(或施工方法)。根据不同的应用，对FRP复合材料的性能(耐久性能、热性能、力学性能等)要求也大不相同。基于此，本工作将针对乙烯基聚酯基FRP复合材料在土木工程领域的一些应用，评述在应用过程中遇到的问题与可能的解决方案。1FRP复合材料的土木工程应用经过近20多年的发展，FRP复合材料在土

6、木工程领域取得了广泛地应用。迄今为止，FRP结构加固、FRP筋等在市场上已经取得巨大的成功。乙烯基聚酯基体，由于其较低廉的价格、黏度低、易于拉挤成型，且具有较好的耐久性能，可以通过拉挤成型工艺，制备FRP筋、板材、片材及其他各种结构型材，应用于土木工程结构。FRP增强筋：FRP筋主要用于取代传统的钢筋或钢绞线．用丁增强混凝土结构．作为斜拉桥的拉素、水泥路面的传力杆、边坡加同锚杆等。根据应用的范嗣不同，FRP筋可以是圆杆状、表面纤维缠绕和表面喷砂。后两种表面处理方法是为提高FRP筋与混凝士结构的黏结性能，这样的FRP筋与混凝土的黏结强度远将远高于钢筋混凝土结{旬。另外．特别需要指出柏是，与

7、传统的钢筋相对应．FRP筋可以有不同的直径．如5．7，10，12．15，20，30ram。FRP觞的性能与筋表面形态州芰，在表2～o中分别给出r3中不同FRP筋的基本力学性能指标．为易丁比较，普通钢筋的性能(见表”也同时给出，从中可见tGFRP筋的拉伸强度约是普通钢筋的3倍。§1GFRP*#*#№T^b]e4LossfⅡc1⋯fthe5econdroodaIobtajnedbytheequl㈣tqfDH一5920／22由于FRP的优