复合材料在土木工程中的发展与应用

王成光

摘要：复合材料在土木工程中的应用于材料的研究开发已经成为材料界和土木界一个研究热点。该项研究的成果将会极大的推动现代土木工程技术的发展，它还会给现代复合材料产业创造一个更大的市场。

关键词：复合材料；土木工程；应用

【中图分类号】TU599；TB332

复合材料的应用为我国土木工程的建筑效率和质量都带了极为可观的价值和作用。在我国土木工程中应用最广的复合材料主要是纤维增强复合材料。探讨新材料在土木工程中的应用情况，不仅能够增强我国传统行业的消化能力，也能够为我国相关产业的快速发展带来比较适合的突破口。

一、土工土木工程复合材料特点

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。

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。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。

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。

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。

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。

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。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動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。

二、复合材料在土木工程中应用

1、混凝土组合结构

自从钢和混凝土组合成功，形成了一种新型结构之后，受到此类结构的影响和启发，在考虑到经济性的前提下混凝土和复合材料的组合概念逐渐成为了一个具有较大发展潜力和可行性的解决方案。目前，该领域的研究主要集中在将复合材料外包混凝土上，这种形式在一定程度上与钢管混凝土存在很大相似性。并且已经有学者开始研究此类体系，并且将GFRP的外壳填充到混凝土替换桥的主梁，支撑由复合材料组合而成的桥面板。这种组合模式能够有效将复合材料与混凝土的性能优势得以最大限度发挥，具有高强度、低重量以及高刚度和成本低的良性特征，使得此类结构在建筑行业中得到广泛应用。

2、纯复合材料的大型结构

对于复合材料的功能来讲，其具有良好的多功能和可制造特点，这也使得在一些功能要求抗腐蚀或磁电屏蔽的特殊建筑中可以对复合材料加以应用。例如在一些电磁实验操作的建筑结构或一些感光电路金属板房间，到目前为止已经完成的纯复合材料建筑当属苹果计算机公司的电磁干涉实验室。

3、复合材料在负载环境下部结构中的应用

伴随着社会经济的发展以及人们生活方式的改善，环境质量有了很大的改变，进而为我们的生活带来了一定改变，例如在水边码头的地下基础部分的结构性能开始出现提前劣化以及抵抗力下降的现象，这些问题得到了社会各界人士的广泛关注。如果对这些现象进行深入分析的话我们可以发现造成这种问题的原因较为复杂，在这样的条件下土木工程师们来使逐渐意识到复合材料可以作为一种解决复杂环境下部结构存在一些问题可行性的优势。

4、桥面板的优势

桥梁的结构性能会随着时间的推移而逐渐劣化，其抵抗力也将逐渐呈衰减的趋势，产生这种问题的一个重要原因就是侵蚀。而复合材料则正好具有较强的抗腐蚀能力，为解决此类问题找到了一个可行的办法。当前我国许多桥梁中的结构性能都已经开始劣化，为此尽早替换桥梁减少交通中断的时间显得至关重要。复合材料桥面板能够在工厂中批量生产，而且安装时间相对较短，因此用它去代替结构性能劣化的桥面是一个十分有效的方法。

三、发展复合材料的优化措施

1、优化设计标准

优化设计标准，这不仅有利于提高我国生产复合材料的生产效率，也能在很大程度上提高我国资源利用效率。在目前，由于没有统一的设计标准，因而，产生的问题就是复合材料生产厂家生产的复合材料往往不合适我国土木工程的实际应用，导致我国土木工程承包商在建筑过程中必须对符合材料进行再加工，这不仅降低了土木工程的效率，也极大的浪费了不该浪费的资源，而且由于复合材料是化工产品，也对在加工地点的环境和生态造成了影响。

2、提高技术创新能力

提高复合材料技术创新能力，这不仅是发展我国复合材料产业的需要，也是增强我国复合材料生产能力的需要，同时也是节约成本，创造最大价值的需要。就目前现阶段来说，我国复合材料的生产在很大程度上受限于外国生产的技术，在进行源技术生产和创造上，始终摆脱不了外国技术的限制，因而，也导致了我国复合材料生产成本的提高，而且，部分符合材料又因为国内生产较少，必须从国外进口，因而导致了复合材料生产成本的提高。

3、注重生态效益

在发展复合材料在土木工程中的应用时，必须要符合我国发展生态文明的政策，不能与我国节能减排的大政方针发生矛盾。因此，降低复合材料的生态污染以及生态破坏，也是发展我国复合材料必须要注意的问题之一，也是亟待解决的问题之一。因而，在加强复合材料技术创新的过程中，也应该采用一些节能环保的原材料进行复合材料的生产和加工。可以说，在源头上减少污染材料的使用，才是我国发展复合材料最为根本的解决对策，也必然成为我国生产复合材料的突破口和出路。

结语

随着现代化的建筑工业日益精益求精，也给建筑工业提供了明确的发展方向，即通过使用新型复合材料改善施工条件，加快城市和乡村的建设化进程，高效且降低成本的工程运作达到节能、环保、运输方便等目的。根据市场对建筑的规划和需求，为了快速高效、简单的改良现有的土木基础建筑结构，并且经济又环保，使得复合材料在以后的土木建筑工程中具有远大的市场。由于复合材料的可设计性、良好的力学性能、装饰性能、透水和吸水性等优点，使得复合材料成为土木建筑工程必不可少的建筑材料，在今后的土木建筑工程发展的过程中对减轻建筑物及建筑材料的重量，增加建筑材料的形状，加快施工进度，降低工程造价，提高土木工程建筑的经济效益都起到十分有利的作用。

参考文献

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