FRP復合材料在混凝土的應用論文
［摘要］FRP復合材料作為高強、輕質的高性能加固材料，不僅在國內被廣泛應用，在國外和水土工程中也得到了廣闊的應用空間。在其對混凝土結構加固之后，混凝土梁的承載能力將會得到很大的提升，有效彌補了工程中混凝土性能的不足，增強了混凝土使用的安全性，其發展潛力無疑是巨大的。
［關鍵詞］FRP復合材料；混凝土；結構加固；應用
1FRP復合材料概述
FRP復合材料只要由三部分：碳纖維、芳綸纖維和玻璃纖維組成，它的材料形式也主要包括三種，分別是片材、棒材和型材[1]。因為FRP屬于多種材料組成的額復合材料，所以其共同的優點是質量輕、強度和彈模高，抗疲勞、使用時間長、耐腐蝕程度好以及熱膨脹系數比較低等等。此外，FRP復合材料可以自由進行裁剪，操作方便，施工速度快，還能節省材料，雖然在前期的投入成本比較大，但是在后期維護時，成本低，所以經濟效益明顯。
2FRP復合材料的基本特征
FRP復合材料擁有許多優點。其一，抗拉強度比較高。碳纖維、芳綸纖維和玻璃纖維三種FRP材料的抗拉強度都要比鋼筋的抗拉強度高，和高強鋼絲差不多。其二，重量比較輕，施工使用的時候比較方便。FRP復合材料的密度是鋼材密度的四分之一，在對舊的建筑物進行結構加固的時候效果更佳明顯。其三，熱膨脹系數比較低。FRP復合材料的額熱膨脹系數和混凝土的很接近，所以和混凝土一起工作的時候兩者不會產生很大的溫度應力。其四，比較耐腐蝕，使用時間長。和鋼材相比，FRP復合材料都擁有良好額抗腐蝕性和耐久性，所以將其用于混凝土的結構加固工作中，可以提高混凝土結構的使用周期，尤其是在腐蝕性比較大的環境中，更能體現出其優勢。其五，抗剪強度低。
3FRP復合材料的選擇
根據不同的自然環境，選用的FRP復合材料也不同，在堿度和潮濕度比較高的地區，選擇碳纖維復合材料就比玻璃纖維復合材料要好；在溫度變化比較大的地區，由于玻璃纖維的熱膨脹系數和混凝土相似，所以選擇它就比別的復合材料好；碳纖維材料是可導電體，所以為了防止鋼筋潛在的電流腐蝕，它就不能直接與鋼筋接觸。另一方面，荷載對FRP復合材料也有一定程度的影響。經常承受沖擊或者震動荷載和混凝土結構，選擇芳綸纖維和玻璃纖維復合材料比碳纖維復合材料更適合，因為它們的任性和抗沖擊能力都比碳纖維材料好；相反的，如果混凝土結構需要耐蠕變和耐疲勞，那么選擇碳纖維復合材料就比其他兩種要好得多。此外，FRP復合材料還應該根據其要求選擇保護層的厚度和種類。在FRP復合材料外面加上厚樹脂膠層，能夠提供彈性較好的保護層，在其外部涂抹一層高強度的水泥砂漿，也能對FRP復合材料起到保護作用[2]。
4FRP復合材料在混凝土結構加固中的應用
4.1民用建筑和工業用房
在民用建筑和工業用房中，主要包括對梁、板和柱的加固。在對梁進行加固的時候，主要的作用是抗彎和抗剪。FRP復合材料的方向和梁的軸向保持一致，通常情況下載梁的被拉側，用來提高梁的承載能力。據相關實驗證明，只要建筑梁不是受拉鋼筋過多的超筋梁，在其上貼一層FRP復合材料就能提高30%左右的承載力，兩層可以提高大概40%。在對板進行加固的時候，由于對板的加固要求比較高，所以利用厚度薄、柔軟性好的FRP復合材料對其加固后不會影響外觀。比較理想的柱加固材料是芳綸纖維和玻璃纖維，和碳纖維相比較，他們兩者的彈模小，延性比較好，在進行棱角打磨的后，一般情況下都不用打磨，可以節省很多時間。
4.2地鐵、隧道
地鐵和隧道一般都在地下工作，所以它們的受力和地面是不同的，在洞頂和洞側都會受到壓力，并且對凈空也有要求。加上地鐵或者隧道拱頂或者側壁的裂縫比較多且不規則，所以在對其進行加固工作時，傳統的加固方法是行不通的，而芳綸纖維就可以滿足它各個方面的要求，不導電并且抗剪性能比較好，在其加固工作中受到了廣泛應用。
4.3煙囪、水塔
煙囪和水塔一般是向高空發展，所以在對其進行加固維修工作的時候比較困難，傳統的加固方法很難解決問題，但是FRP復合材料擁有輕質高強、耐久耐腐蝕的特點，這些都能對其起到很好的加固效果。
5傳統加固方法和FEP復合材料加固方法的比較
傳統的加固方法主要包括擴大截面法和粘鋼法。擴大截面法是通過增加受力面積提高建筑結構的承載力，這種方法雖然成本比較低，但是將原結構的自身總量增加，凈空也相對減少，工作時間還比較長，擁有很大的局限性，所以在如今較大的工程中使用比較少。粘鋼法指的是用鋼板對混凝土結構的變形進行約束，主要是在被加固結構的受力外邊緣部位粘貼鋼板，封閉粘貼部位的裂縫和缺陷。這種加固方法雖然能提高結構的強度和剛度，但是對鋼板的尺寸要求很嚴格，在粘貼完之后縫隙和防腐處理需要花費很長的時間，成本高，所以它只能用在剛度要求比較嚴格的地方。FRP復合材料對混凝土結構進行加固，擁有高強度、高彈模、重量輕、厚度薄、耐腐蝕等優點，它的材料能夠適應任意曲面和形狀結構，長度和交叉情況不受約束，此外，FRP復合材料的抗疲勞性能比較好，施工比較簡單，和混凝土結構結合時比較密實。但是，FEP復合材料的防潮要求比較嚴格，對節點區域的加固效果非常差。在如今的FRO符合材料加固市場中，碳纖維的比例比其他兩種纖維的比例要大。碳纖維的特點是導電，并且容易發生脆性破壞，但是擁有很大的靜載承受能力。在絕緣性要求高的工程例如電氣化鐵路、隧道中不宜使用，而芳綸纖維不受這種限制，它可以長時間承受沖擊載荷，塑性破壞形式也是它的優勢，良好的抗剪性能讓其在加固墩子的時候也能發揮巨大用處。
6結束語
綜上所述，對于我國現在以及未來的各類房屋、隧道、地鐵水塔等建筑物的加固維修工作，如何提高其加固質量增加使用壽命是需要重點考慮的問題，通過FRP復合材料的性能和在混凝土結構加固中的應用可以看出，FEP復合材料擁有非常明顯的優勢和良好的經濟效益，在今后的發展中將會得到更加廣闊的空間。
參考文獻
[1]李應先，李曉琴，陳保淇.FRP-混凝土界面模型及其應用[J].低溫建筑技術，2016，5（2）：57-59.
[2]范耀源.FRP混凝土結構研究進展[J].低溫建筑技術，2016，6（3）：12-14.
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