复合材料在土木工程中的发展与应用

石若利

从目前我们国家的实际情况来看，随着我国社会经济以及科学技术的不断进步和发展，土木工程行业也随之得到了发展，特别是当今时代，新型技术以及新型的材料在土木工程实际施工过程之中得到了十分普遍的运用，这就使得土木工程行业内部的大多数从业人员在实际工作的过程中逐渐的提高了对新型的复合材料关注程度，这也在很大程度上影响了未来土木工程行业整体的进步路线。从历史的角度来看，纤维增强复合材料的实际应用历史已经很长了，在一九五零到一九六零年之间，人们最先进行了一种试验，也就是在进行民用建筑施工的过程中使用纤维增强复合材料进行施工，在一九六一年的时候，英国的一座教堂在实际进行施工的过程中选择了玻璃纤维符合材料来制作它的尖顶，而在这之后不久，利物浦也运用这种新型的玻璃纤维增强复合材料来完成了一项人行天桥工程的建设。而我们国家在土木工程之中使用这种新型的复合材料是在一九六零年前后，我们国家在这一时间段内尝试着在混凝土的组成成分之中加入了玻璃纤维束，而在这之后一直发展了二十年左右的时间我们国家才在土木工程的实际施工过程中普遍的运用纤维增强复合材料，并且相关的行业也加强了对其的研究力度。

1 纤维增强复合材料的各个发展阶段

复合材料在土木工程的各个方面的实际运用从根本上来看是通过各种的方式把纤维增强复合材料附加在工程架构的表面，从而起到受力的实际作用，通过这样的方式可以在很大程度上提升该原有部件的受力能力。在一九八五年前后，我们国家的土木工程在实际进行施工的过程中就尝试过通过在混凝土结构的外部附加上一定量的玻璃纤维增强复合材料从而起到进一步提升钢丝坚固程度的方式，但是当时的根本目的是为了进一步加强钢丝的防腐蚀程度，与此同时还把钢丝以及混凝土两种材料进行有机结合，因此在当时虽然说这一尝试取得了成功，但是并没有对其进行进一步推广，所以没有得到普遍的应用。而在经历了一段时间的发展过后，在瑞士的工程建设过程中通过在连续的箱型梁桥附加了碳纤维的增强型复合材料对其的坚固程度进行了进一步的增强，并且取得了十分满意的效果，在这之后通过纤维增强复合材料对工程结构进行加固并且修复的新型技术被人们普遍关注，并且进行了更加广泛的研究，发展速度的不断加快使其被大量的工程普遍的应用，而且与此同时在对纤维增强复合材料不断应有的过程中也直接的证明了通过使用纤维增强复合材料来对已经遭到损坏的结构进行修复效果是十分理想的。从我们国家的实际情况来看，首例使用纤维增强复合材料对土木工程进行加固并且取得十分理想的效果是在一九九八年，这也正式的打开了我们国家对纤维增强复合材料普遍应用以及研究的大门，而且在这以后这种新型的技术也在各个重要的工程之中被普遍应用，同时取得了较好的效果，特别是在我们国家的汶川大地震发生之后，在进行建筑的重建、进一步加固以及对地震所损坏的建筑进行修复工作的过程中，纤维增强复合材料为其提供了十分重要的帮助。从当下我们国家的实际情况来看，纤维增强复合材料经历不断的发展已经开始在各种不同类型以及结构的加固工作中取得了十分理想的成绩，比如说利用在钢结构以及混凝土结构等等建筑材料上，并且在实际应用的过程中纤维增强复合材料可以适应各种不同的工程领域，十分的方便。在实际进行加固工作的过程中主要有以下集中方法，在需要进行加固的混凝土柱上缠绕纤维增强复合材料布来达到加固的效果、在需要加固的梁上粘贴纤维增强复合材料的贴片从而达到加固的效果等等。从目前的实际情况来看，在实际进行土木工程的施工过程中将纤维增强复合材料应用在混凝土结构材料的加固较多一些，而且在钢结构以及木结构等等常见的施工材料方面的研究也较为深入，在这之中目前正在着重研究的就是将纤维增强复合材料运用在钢结构加固的技术。

2 纤维增强复合材料筋在土木工程之中的实际应用

在纤维增强复合材料筋纤维在纤维的组成部分之中，纤维的含量大约占有百分之六十到六十五，而且新型纤维增强复合材料筋的实际重量相对来说比较轻，如果与普通的钢筋材料相比较来说普通钢筋的重量是它的五倍，而且从强度方面来看这种新型的纤维增强复合材料筋也有着较强的强度，如果与普通的钢筋相比普通钢筋的强度只有它的六分之一。而且在目前的土木工程之中普遍用纤维增强复合材料筋取代普通钢筋的一个十分重要的因素就是它具有很强的抗腐蚀特性，通过利用纤维增强复合材料筋可以大大加强土木工程整体架构的抗腐蚀性，保护结构的完整性，而且也在很大程度上降低了对整体架构进行维修所需要耗费的精力。除此之外，它具有的非磁性，也能满足一些特殊工程的无铁磁性要求。在我国对这方面的研究比较早，目前已经能够进行多种纤维增强复合材料筋、索产品及其配套锚夹具的生产，而且随着研究的深入，我国在实践中，也得到了一定的成果。而在纤维增强复合材料筋混凝土的研究中，其重点主要涉及两个方面，第一个方面是混凝土与纤维增强复合材料筋之间的界面粘结性能问题，因为这两者之间的粘结性能较差，表面处理的形式和筋材形式的不同，會得到不同的粘结性能；另外一方面则是特殊力学性能，这是因为纤维增强复合材料筋属于弹脆性材料，所以应用纤维增强复合材料筋的混凝土构件的受力性能不同于传统钢筋混凝土构件，因此各自的特点及其设计计算问题都是学者们重点关注的研究课题。

3 结束语

总而言之，在土木工程正在快速发展的时期，虽然现代混凝土和钢材的大规模应用已经有一百多年了，其应用仍不全面充分，更何况应用年限更为年轻的复合材料，但是纤维增强复合材料复合材料多样化的应用形式，使其具有更加广阔的发展前景。

（作者单位：重庆交通大学）