作為新型的土木T程結構材料,FRP(fiber reinforced polymer,纖維增強高分子)復合材料具有許多傳統建筑材料不可比擬的優越性能,如高強、低重、耐腐蝕等。近二十多年來,FRP復合材料已經成功地應用于土木工程領域,如結構加固、FRP筋、FRP橋面板結構等等。總結與評價了FRP復合材料在土木工程領域的應用以及其土木環境下的耐久性能研究。
現代的土木工程結構主要以鋼筋混凝土結構為主,其他結構(如鋼結構、砌體結構與玻璃結構)作為補充。混凝土結構有很多優點,但是隨著時間的推移其腐蝕劣化問題不斷發生,特別是鋼材銹蝕,不僅影響到工程結構的正常使用和壽命,并容易導致工程安全事故與隱患。為發展高耐久性、長壽命土木工程結構,不僅依賴于對混凝土結構研究的深入;另一方面,更有賴于新材料的發展和應用。國內外的研究與工程實踐表明,FRP復合材料是最有前途的新型土木工程材料,這主要基于FRP復合材料同傳統的土木工程材料(如鋼材、混凝土等)相比,具有許多重要的、滿足土木工程應用要求的優點:
1.拉伸強度高:如CFRP(碳纖維FRP)復合材料的拉伸強度是鋼筋的5~8倍;
2.密度小,質量輕:GFRP的密度約為2kg/cm3左右,約是鋼筋的1/4。使用FRP復合材料的工程,工作強度將大幅度下降,施工方便;同澆筑混凝土或其他傳統材料相比,FRP復合材料結構本身自重大幅度下降,增加了結構負載,如,同混凝土橋面板相比,FRP
的橋面板可以減輕自重超過80%m;
3.耐銹蝕:FRP不會像鋼筋一樣容易銹蝕,非常適合在嚴苛的強腐蝕環境中應用,結構耐久性能好.后期維修成本低;
4.耐疲勞性能優良:FRP復合材料的抗疲勞性能優良,約是鋼材的3倍‘盯;
5.預期壽命長:由于其優異的耐腐蝕性能與耐疲勞性能,FRP復合材料結構(如橋面板)的預期壽命是傳統澆筑混凝土結構的2~3倍;
6.減震性能優異:FRP復合材料的自振頻率高,可避免早期結構共振;同時,FRP復合材料具有黏彈性,一旦激起振動,衰減速度要遠遠大于鋼筋、混凝土等結構,從而減輕了FRP復合材料和混凝土結構的波動損傷。
7.可設計性:可以根據不同的工程需求,通過對高分子基體及纖維取向進行設計,實現不同的結構性能要求。
FRP復合材料在航空航天、體育用品等領域的應用已經超過50年的歷史,但是,應用到土木工程領域,僅有20幾年的時間。同其他應用領域不同,土木工程應用對FRP復合材料的性能、材料組分、制備工藝以及承受價格等,都有著極其不同的要求。FRP復合材料在其他領域的成功應用與發展,不能夠直接對土木工程FRP復合材料的研究、制備與應用起到指導作用。實際上,作為新型土木工程結構材料,FRP復合材料在土木工程領域的應用與推廣還存在大量的問題需要解決,如FRP復合材料在不同應用環境下的使用壽命、設計應用規范等等。
土木工程FRP復合材料的最終性能取決于增強纖維、樹脂基體及制備工藝(或施工方法)。根據不同的應用,對FRP復合材料的性能(耐久性能、熱性能、力學性能等)要求也大不相同。基于此,本工作將針對乙烯基聚酯基FRP復合材料在土木工程領域的一些應用,評述在應用過程中遇到的問題與可能的解決方案。
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