复合材料在土木工程中的发展与应用研究

卢小伟

摘要：复合材料在20世纪50年代左右开始兴起，在当时有很多专家对复合材料展开了研究。在当前的土木过程中，复合材料有着十分广泛的应用，具有质量轻、性能优越、耐腐蚀、强度高等优势。因此文章将针对复合材料在土木工程中的发展与应用展开分析。

关键词：复合材料;土木工程;发展;应用

土木工程项目的范围十分广泛，在很多施工过程中都需要保证建筑材料的质量符合相关标准。而随着建设行业的不断发展，建筑材料也有着很大的提高和改进。复合材料是当前最为流行的建筑材料之一，具有良好的性能，可以在施工中发挥出现良好的功能性。

1 、复合材料在土木工程项目中的应用发展

1.1、基本概念

随着社会经济水平的不断提升，社会对土木工程建设质量提出更高要求，因此建筑领域的研发力度不断加大，并且涌现出诸多先进的建筑材料，从而满足社会的应用需求。近年来复合材料逐渐出现在人们的视野中，并且在土木工程中得到广泛应用，极大满足建筑领域对材料性能的需求。复合材料是由多种物质混合而成的，主要包括碳纤维、芳纶、玻璃纤维、玄武岩纤维等，这些物质都具有很高的树脂性能和纤维性能，经过混合加工能够显示出巨大的性能优势，主要表现为质量小、重量轻、强度高，而且还具有极高的耐腐蚀性能，因此能够在土木工程中得到广泛应用。现阶段复合材料多用于钢筋混凝土结构的施工过程中，对提高工程质量具有关键作用，随着理论研究和实践应用的不断成熟，复合材料在其他结构工程的施工中也得到有效应用。

1.2、发展历程

复合材料在土木工程中的应用研究可以追溯到20世纪50年代至60年代，当时很多研究人员对民用建筑的复合材料应用进行实践探索，例如英国某教堂的塔尖部分初次尝试利用复合材料建造，建筑人员还在人工天桥上利用复合材料进行施工;20世纪50年代末，我国采用玻璃纤维在混凝土结构中进行施工，使钢筋材料得到有效替代;20世纪80年代，我国进一步加深对复合材料的研究，并且将其应用于雷达天线罩、公路桥的施工，显示出巨大的材料性能优势，极大程度上增强工程的牢固性和稳定性。现阶段复合材料在土木工程中的应用已经相对成熟，因此很多建筑工程中大量使用复合材料，使土木工程的建设水平有效提升。

2、 复合材料在土木工程中的应用

2.1、在加固工程项目中的应用

复合材料通常是由纤维材料混合制作而成，因此在材料的强度方面有着很好的性能，在当前的土木工程项目中，复合材料较多的应用在加固的环节上，进而保证整个土木工程项目的质量和安全[2]。从不同类型来看，当前复合材料主要应用在钢架结构工程、土石结构工程、混凝土材料工程等。其中，混凝土材料的土木工程项目应用最为普遍。在混凝土材料的工程中，主要是通过复合材料进行加固施工，在混凝土材料的外层通过复合材料进行缠绕，进而提高混凝土材料的稳定性和安全性。在承受变形、压力、地震、抗剪等方面，可以增加混凝土材料结构的承载能力。此外，在施工过程中还可以将复合材料应用在混凝土梁、板等位置，增加混凝土结构的抗弯曲能力，防止在外力的作用下出现裂缝。这种通过复合材料进行加固的方式主要是为了能够预防混凝土结构出现问题，可以有效地起到提高安全性的作用，但是也不能从根源解决混凝土工程的拉力问题。此外，复合材料的筋中含有较高的纤维成分，因此在强度方面要明显超过传统的钢筋材料，还具有较高的非磁性和抗腐蚀性。所以，将复合材料应用在钢筋当中可以对钢筋材料起到很好的改进效果，可以有效地提高钢筋材料的防腐蚀性能，防止钢筋材料在长时间应用后，出现的质量问题，有效地降低了工程项目的后期维护成本。当前，在复合材料的应用方面主要是在几个方面进行发展：第一，复合材料与混凝土材料进行结合，提高工程的黏结效果。第二，在混凝土材料中加入复合材料提高材料的力学性能。纤维增强复合筋具有较高的弹脆性，因此在和混凝土材料进行融合后，能够让混凝土结构的受力性得到提升[3]。

2.2、复合材料的组合应用

在复合材料的应用过程中，还会存在很多不同种类、不同应用方式的复合材料制品。这些复合材料的组合应用能够更好地进行材料的优势互补，形成全新的材料结构体系。

2.2.1、管与混凝土结构结合应用

在填充混凝土的施工工程中，逐渐形成了复合材料管道与混凝土材料组合的新结构。这种组合材料应用方式能够对混凝土产生良好的约束效果，还可以极大地提高施工效率，缩短施工工期，并有效地增强工程材料的耐久性。在实际的应用中可以充当桩、梁以及柱等结构使用[4]。通过对这种混凝土结构的测试可以发现：将复合材料管道内填充混凝土进行施工，可以明显增加混凝土建筑的安全性、稳定性，提高建筑的受力情况。通过这种方式可以进一步优化建筑结构的性能，让混凝土材料形成一个环形的中空状态，降低建筑结构的重量。

2.2.2、复合材料+钢管+混凝土材料

这是一种将空心的钢管放置混凝土结构中，并将混凝土材料填充到空心钢管中，并在外层包裹复合材料，再在复合材料与钢管之间进行填充。这种结构在实际应用中，将通过钢管作为骨架，以复合材料为模板，有效地提高结构的承受能力，尤其在长时间的使用过程中，能够对钢筋有很好的保护效果，并对混凝土材料进行约束，提高材料结构的抗变形能力，同时也减轻了整个材料结构的重量。

2.2.3、復合材料+混凝土组合梁

这种将复合材料与混凝土材料组合使用并在工程中作为主要梁的方式可以有效提高材料的性能。通过组合的方式可以充分地发挥出复合材料质量轻的优势，复合材料将作为结构中的永久性模板，提高了施工的效果。

2.3、全复合材料的应用

ERP筋是典型的复合材料，具有60%～65%的纤维量，因此强度性能具有显著优势，而且本身的质量较轻，在实际应用中体现出低松弛、抗疲劳、抗腐蚀等材料优势。在钢筋混凝土结构中，可以利用ERP筋替代钢筋材料。钢筋混凝土结构是土木工程中的常见施工结构，其本身具有很强的稳定性，对工程质量具有较高保障，但是钢筋材料很容易受到空气、水等物质的腐蚀，因此会出现锈蚀现象，导致钢筋材料的质量受到一定的影响。而ERP筋可以有效改善这一问题，从而提高土木工程的质量。例如在道路桥梁施工中，可以采用ERP筋作为斜拉桥或者悬索桥的缆索，从而增强桥梁的稳定性和安全性。另外，ERP筋还可以用于岩石结构的施工中，例如混凝土喷注、地基锚杆等土木工程。ERP材料本身价格低廉，因此具有广阔的应用前景。

3、 复合材料的优化方法

在复合材料的应用过程中，还需要对材料本身进行不断的改进和优化，进一步提高复合材料的性能，以满足当前人们对建筑工程不断增长的品质要求。首先，需要在设计环节进行优化，当前对于复合材料还没有相对统一的设计标准，这种情况导致在实际的土木工程施工中，很难准确的、有效的应用复合材料。其次，需要对技术进行创新改进。一方面在复合材料的生产上需要进行技术创新，进而有效提升复合材料的各方面性能;另一方面需要对复合材料的施工技术方面进行有效的发展创新。最后，需要在复合材料的应用中加入生态环保的概念，提高复合材料的生态性，实现绿色建筑的观念。

4、 结语

综上所述，在土木工程项目中，复合材料的应用十分广泛。尤其在现代化发展十分迅速的今天，人们对建筑工程的质量有着新的标准和要求，这就促使人们更加关注复合材料的应用和发展，通过这种新兴材料的应用，进一步的提高土木工程的建筑质量，保证工程项目的稳定性、安全性。

参考文献

[1]李静.试论复合材料在土木工程中的发展与应用[J].建筑工程技术与设计，2019（32）：3018.

[2]周小毛.解析复合材料在土木工程中的发展与应用[J].建材与装饰，2019（23）：68-69.

[3]贾谢丽.浅谈复合材料在土木工程中的发展与应用[J].建筑工程技术与设计，2018（36）：3934.