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1研究現(xiàn)狀

1.1纖維增強(qiáng)塑料概念及成分概念上纖維增強(qiáng)塑料筋是一種由增強(qiáng)和基體材料組成的復(fù)合型材料，其主要組成成分是高性能纖維，基體材料主要是合成樹脂，高性能纖維主要分為有機(jī)纖維與無機(jī)纖維兩種，其中有機(jī)纖維的主要有芳綸纖維和混雜纖維兩種。無機(jī)纖維品種較多像玻璃纖維、金屬纖維、石英玻璃纖維、碳纖維等。目前建筑行業(yè)中玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、鋼纖維增強(qiáng)復(fù)合材料碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、芳綸纖維增強(qiáng)復(fù)合材料和混雜纖維增強(qiáng)復(fù)合材料是建筑工程中最常采用的復(fù)合材料。

1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀纖維增強(qiáng)塑料作為一種新型建筑材料的出現(xiàn)，在建筑行業(yè)中用來替代鋼筋或鋼板，首先起源于發(fā)達(dá)國(guó)家，纖維增強(qiáng)塑料在國(guó)外研究和應(yīng)用均開始較早。20世紀(jì)70年代，德國(guó)、日本、美國(guó)等國(guó)家就開始研究纖維增強(qiáng)塑料材料在混凝土結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用，1993年世界上第一個(gè)關(guān)于FRP材料的建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范在日本制定并執(zhí)行，歐洲關(guān)于FRP筋的設(shè)計(jì)規(guī)范也正在編制過程相對(duì)比較晚。雖然我國(guó)對(duì)FRP材料的研究和在混凝土結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用研究起步較晚，但隨著但近年來許多建筑研究機(jī)構(gòu)及高?？蒲性核尤?，(如東南大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)等)已開始進(jìn)行深入研究，并取得了一些研究成果，其中粘FRP板加固法的研究已接近國(guó)際先進(jìn)水平。同時(shí)對(duì)纖維增強(qiáng)塑料使用過程中的強(qiáng)度、變形等進(jìn)行研究分析，在張亞坤《纖維增強(qiáng)塑料筋混凝土板的變形研究》（長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào)，2013.9）通過纖維增強(qiáng)塑料筋混凝土四邊簡(jiǎn)支雙向板的沖切性能試驗(yàn)，得到試驗(yàn)雙向板的荷載—撓度曲線以及撓度分布圖，試驗(yàn)表明，為纖維增強(qiáng)塑料筋加強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)在工程中的應(yīng)用和對(duì)混凝土板沖切問題的深入研究可提供試驗(yàn)依據(jù)。李炳宏在《纖維增強(qiáng)塑料筋混凝土梁抗彎設(shè)計(jì)數(shù)值分析》（長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)，2011.9）一文中根據(jù)極限強(qiáng)度理論，采用對(duì)混凝土構(gòu)件正截面分層的方法，對(duì)構(gòu)件的彎矩-曲率關(guān)系和荷載-撓度關(guān)系進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，研究結(jié)果表明由于纖維增強(qiáng)塑料筋抗拉彈性較低，和傳統(tǒng)鋼筋混凝土梁相比，纖維增強(qiáng)塑料筋混凝土梁剛度較低是其不足之處。周俊龍《玄武巖纖維增強(qiáng)塑料筋耐腐蝕性研究》（土木建筑與環(huán)境工程，2011.6）研究認(rèn)為玄武巖纖維增強(qiáng)塑料筋耐氯化鈉鹽溶液腐蝕性能較好,而耐堿腐蝕性較差,其原因主要是因?yàn)樵牧现械倪B續(xù)玄武巖纖維的耐堿性較差。對(duì)于將玄武巖纖維增強(qiáng)塑料筋長(zhǎng)期使用在混凝土中必須對(duì)其耐堿性進(jìn)行改性。劉冬梅《纖維增強(qiáng)塑料筋在土木工程中的應(yīng)用探討》（工程技術(shù)，2014.7）近年來纖維塑料增強(qiáng)筋的應(yīng)用逐漸成為一個(gè)研究熱點(diǎn)。纖維塑料增強(qiáng)筋具有的輕質(zhì)、耐腐蝕、高強(qiáng)、抗疲勞、低彈性模量、比重小等優(yōu)點(diǎn)使其在土木工程中日益得到廣泛應(yīng)用。整體上來說纖維增強(qiáng)塑料在建筑行業(yè)的應(yīng)用研究已經(jīng)比較深入，在具體使用方面也積累了不少的經(jīng)驗(yàn)，并根據(jù)使用環(huán)境對(duì)纖維增強(qiáng)塑料進(jìn)行了適當(dāng)?shù)母脑臁?/p>

2纖維增強(qiáng)塑料筋在替代鋼筋中的運(yùn)用

2.1新型纖維塑料筋在橋梁建設(shè)工程中的使用橋梁工程建設(shè)是土木工程的一個(gè)重要分支，古代橋梁以簡(jiǎn)單通行主，載重不大，材料多用石料等，橋面縱坡可以較陡，甚至可以鋪設(shè)臺(tái)階。隨著工業(yè)化進(jìn)程的發(fā)展，現(xiàn)代橋梁所承受的載重逐倍增加，而且為了實(shí)現(xiàn)迅捷交通，有時(shí)要跨越更大更深的江河、峽谷，這就迫使橋梁建設(shè)向大跨度發(fā)展。傳統(tǒng)的鋼筋混凝土在解決橋梁基礎(chǔ)建設(shè)方面有不可替代的作用，但是隨著橋面工程跨度的增加，混凝土材料雖然能提供一定的強(qiáng)度滿足橋梁工程需要，但是由于混凝土自身重量過大，對(duì)橋梁工程的跨度有一定的制約，需要新型材料解決傳統(tǒng)建筑材料質(zhì)量過大，耐腐蝕性不強(qiáng)的問題。纖維增強(qiáng)塑料作為一種新型建筑材料，具有強(qiáng)度大、密度小、耐腐蝕的特點(diǎn)，相同直徑的鋼材相比，具有重量輕，強(qiáng)度大的在，有研究顯示相同直徑下纖維增強(qiáng)塑料筋大于鋼筋強(qiáng)度，同時(shí)質(zhì)量又遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于鋼材，因此纖維增強(qiáng)塑料筋的使用在保持或增強(qiáng)橋梁工程強(qiáng)度的同時(shí)還可以解決橋梁工程自重過大問題，纖維塑料增強(qiáng)用于混凝土中替代鋼筋，特別是在水中或者土中使用，明顯可以降低腐蝕對(duì)強(qiáng)梁的危害，減少維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用，增強(qiáng)橋梁使用時(shí)間，在橋梁建設(shè)主體框架和橋面建設(shè)中使用纖維塑料筋替代鋼筋可明顯減輕橋梁工程結(jié)構(gòu)本身質(zhì)量。由于新型纖維塑料筋本身具有質(zhì)量輕，強(qiáng)度大的特點(diǎn)，因此在橋梁施工中可以有效降低施工荷載、布筋勞動(dòng)強(qiáng)度及勞動(dòng)成本。新型纖維塑料筋在橋梁建設(shè)中首先在國(guó)外開始，大量使用新型纖維塑料筋取代鋼筋的是美國(guó)DEL351橋，該橋根據(jù)美國(guó)國(guó)家高速公路和運(yùn)輸者協(xié)會(huì)(AASHTO)的技術(shù)條件設(shè)計(jì)，是美國(guó)第一座新型纖維塑料筋構(gòu)成的全復(fù)合材料橋，主體上該橋由兩塊復(fù)合材料橋面板構(gòu)成，每塊橋面質(zhì)量只有水泥橋面的十分之一，該橋梁的建成為橋梁建設(shè)采用復(fù)合材料奠定了基礎(chǔ)，另外使用新型纖維塑料筋取代鋼筋建成的復(fù)合大橋還有加拿大Joff橋、日本飛翔橋、丹麥Herning斜拉橋等，國(guó)外這些成功的橋梁建設(shè)案例說明在橋梁建設(shè)中，只要設(shè)計(jì)合理，適當(dāng)采取纖維塑料增強(qiáng)筋對(duì)傳統(tǒng)鋼筋進(jìn)行替代是土木工程的發(fā)展，是解決目前傳統(tǒng)混凝土材料面臨腐蝕導(dǎo)致剛性不足和的途徑之一，實(shí)踐也證明新型纖維塑料筋是解決混凝土自重太大的方法之一。

2.2海洋工程建設(shè)中纖維塑料增強(qiáng)筋的應(yīng)用海洋總面積約為3.6億km2，約占地球表面積的71%，隨著社會(huì)的發(fā)展，人們不僅僅局限于陸地上的生活發(fā)展，為了獲取更多的資源，人們?cè)絹碓蕉嗟募哟髮?duì)海洋的開發(fā)。因此海洋工程得以迅速發(fā)展，大量的工程涉及到海洋，就其概念而言，海洋工程是指以開發(fā)和利用海洋資源，保護(hù)良好海洋生態(tài)環(huán)境恢復(fù)為目的，而進(jìn)行的和海洋有關(guān)的土木工程建設(shè)，如各種堤壩工程、碼頭、人工島、海上油田設(shè)施、跨海橋梁等，海洋工程不是現(xiàn)在才有的概念，文獻(xiàn)資料研究發(fā)現(xiàn)，公元前1000多年地中海沿岸國(guó)家在已開始進(jìn)行有關(guān)航港設(shè)施的建設(shè)；我國(guó)遠(yuǎn)在公元前300多年就在沿海設(shè)立通商港口并進(jìn)行相應(yīng)建設(shè)，荷蘭在中世紀(jì)初期也開始建造海提，隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展和國(guó)防需要，海岸工程得到了飛速發(fā)展，已經(jīng)成為土木工程的重要組成部分，為了加強(qiáng)對(duì)海洋資源的控制，各國(guó)都加大了海洋工程的開發(fā)力度。研究發(fā)現(xiàn)根據(jù)不同的使用用途云，海洋工程也形成了不同的結(jié)構(gòu)型式，但不管哪種結(jié)構(gòu)，面臨最突出的問題就是海洋工程基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中的結(jié)構(gòu)防腐問題，面臨海水侵蝕，海洋工程設(shè)施中筋混凝土結(jié)構(gòu)易受到海風(fēng)中鹽粒子的腐蝕而發(fā)生明顯的早期劣化，也容易受外界的影響如海水、空氣中的氯離子等。出現(xiàn)碳化導(dǎo)致混凝土剛性耐久性不足，實(shí)踐也證明沿海地區(qū)很多混凝土建筑物中鋼筋的因?yàn)檫^多的受到空氣中氯化物離子的影響而腐蝕，尤其是港口及水道的鋼筋混凝土護(hù)岸樁、承載樁及板樁設(shè)施由于氯離子的侵蝕和凍融的作用容易損壞，為了解決海洋工程建設(shè)中發(fā)生的混凝土鋼筋腐蝕問題，延長(zhǎng)海洋工程建筑使用年限，目前在建的海洋工程在結(jié)構(gòu)上一般采用鋼混結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上采用加大混凝土防護(hù)墻（保護(hù)層）的辦法對(duì)海洋工程進(jìn)行防護(hù)，增加了工程成本，但是保護(hù)后的混凝土結(jié)構(gòu)的使用年限也大約只有20年，根本達(dá)不到海洋工程耐久性要求。新型纖維塑料筋FRP具有優(yōu)良的抗腐蝕物理性能，克服了傳統(tǒng)鋼筋混凝土的不足，目前纖維塑料增強(qiáng)筋在海洋工程中的應(yīng)用典型的代表是日本Smitomo化工有限公司興建的一座碼頭。碼頭建設(shè)大量采用纖維塑料增強(qiáng)筋，碼頭建成以后進(jìn)行了荷載試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該碼頭能夠完全滿足使用的要求?，F(xiàn)有使用新型纖維塑料筋的橋梁工程說明，只要嚴(yán)格按照海洋工程設(shè)計(jì)要求，纖維增強(qiáng)塑料筋能夠滿足海洋工程中的建設(shè)要求，克服混凝土的缺點(diǎn)。建設(shè)有質(zhì)量保障的海洋工程。

2.3巖土工程建設(shè)中纖維塑料增強(qiáng)筋應(yīng)用巖土工程是在土木工程實(shí)踐中逐步建立完善起來的一種新的技術(shù)分類。本質(zhì)上是土木工程的分支，歐美國(guó)家于就開始對(duì)巖土工程進(jìn)行相關(guān)研究，認(rèn)為巖土工程是解決各類建設(shè)工程中關(guān)于巖石、土的工程技術(shù)問題的科學(xué)。巖土工程在土木工程中占有很重要的位置。在巖土工程中，為了減少自然災(zāi)害，降低危害，如滑坡等問題，通常使用高抗拉強(qiáng)度的鋼材錨桿用于巖土錨固，防止塌方或者其他影響工程現(xiàn)象的發(fā)生，但很多巖土工程實(shí)例都不同程度的體現(xiàn)出固定設(shè)備發(fā)生腐蝕的現(xiàn)象，原因可能是隨著時(shí)間的推移,水泥不斷水化生成Ca(OH)2,所以對(duì)鋼筋進(jìn)行腐蝕,也可能是由于不同的巖體具有一定的腐蝕性，導(dǎo)致工程過程中錨桿不同程度腐蝕，導(dǎo)致鋼錨錨固工程失效，隨著材料學(xué)科的發(fā)展，纖維塑料增強(qiáng)筋作為一種新型建筑材料進(jìn)入了沿途工程領(lǐng)域，由于纖維塑料增強(qiáng)筋具有優(yōu)越的抗腐蝕性能，能適應(yīng)惡劣外部環(huán)境增強(qiáng)使用壽命。因此國(guó)外巖石工程中逐漸嘗試應(yīng)用纖維塑料筋代替金屬錨桿，從而克服鋼錨桿在惡劣地質(zhì)條件下因腐蝕而產(chǎn)生的潛在危害，目前纖維塑料筋已被大量用于臨時(shí)建筑工程中基坑防護(hù)等巖土工程，實(shí)踐證明纖維塑料滿足巖石工程設(shè)計(jì)使用中的各項(xiàng)要求。

2.4纖維塑料增強(qiáng)筋在預(yù)防災(zāi)害過程中的應(yīng)用隨著大型土建工程的開發(fā)，在工程過程中隨時(shí)要注意自然災(zāi)害的發(fā)生，如道路護(hù)坡的固定、滑坡的預(yù)防、大型工程基礎(chǔ)保護(hù)等，目前采用的方法一般是采用預(yù)應(yīng)力錨固支護(hù)技術(shù)，通過前期布設(shè)相應(yīng)預(yù)應(yīng)力鋼絞線錨桿，形成一定的規(guī)模防護(hù)，但是因?yàn)殇摻g線錨桿存在腐蝕隱患，長(zhǎng)期使用后還是會(huì)帶來很大的工程或者生活隱患。隨著纖維塑料技術(shù)的發(fā)展，有效克服了鋼筋笨重和腐蝕的缺點(diǎn)，用預(yù)應(yīng)力纖維塑料增強(qiáng)筋取代預(yù)應(yīng)力鋼絞線錨桿是建筑材料使用的一項(xiàng)改革和創(chuàng)新。使用纖維塑料增強(qiáng)筋后可以消除鋼筋銹蝕潛在的工程安全隱患。使用纖維塑料增強(qiáng)筋可減少后期維護(hù)次數(shù)，如三峽水電站成功蓄水后，從理論上講一部分山體與邊坡將埋于水底，若干年后一旦預(yù)應(yīng)力鋼絞線銹蝕而失去保護(hù)能力，導(dǎo)致山體或邊坡發(fā)生滑移，結(jié)果將是災(zāi)難性的，因此使用預(yù)應(yīng)力FRP筋預(yù)防克服傳統(tǒng)鋼筋混凝土中鋼筋容易被腐蝕而導(dǎo)致潛在危險(xiǎn)，具有一定的可行性。

3結(jié)論

纖維增強(qiáng)塑料作為一種新型建筑材料的出現(xiàn)，在建筑行業(yè)中用來替代鋼筋或鋼板，減少鋼筋腐蝕對(duì)土木工程的損害。纖維增強(qiáng)塑料在國(guó)外研究和應(yīng)用均開始較早。在實(shí)際應(yīng)用中也取得了一定的成績(jī)和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。我國(guó)對(duì)FRP材料的研究和在混凝土結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用研究起步較晚，但是發(fā)展比較快，實(shí)踐證明纖維增強(qiáng)塑料筋的使用可以有效克服傳統(tǒng)鋼筋混凝土的不足之處，纖維增強(qiáng)塑料筋具有的輕質(zhì)、強(qiáng)度高特點(diǎn)可以滿足大型橋梁工程需要，在特殊行業(yè)中也有一定應(yīng)用。但是應(yīng)加快科技投入力度，解決纖維增強(qiáng)塑料本身存在脆性的不足之處。

作者：王榮賢單位：鄭州大學(xué)