FRP复合材料在混凝土的应用论文
［摘要］FRP复合材料作为高强、轻质的高性能加固材料，不仅在国内被广泛应用，在国外和水土工程中也得到了广阔的应用空间。在其对混凝土结构加固之后，混凝土梁的承载能力将会得到很大的提升，有效弥补了工程中混凝土性能的不足，增强了混凝土使用的安全性，其发展潜力无疑是巨大的。
［关键词］FRP复合材料；混凝土；结构加固；应用
1FRP复合材料概述
FRP复合材料只要由三部分：碳纤维、芳纶纤维和玻璃纤维组成，它的材料形式也主要包括三种，分别是片材、棒材和型材[1]。因为FRP属于多种材料组成的额复合材料，所以其共同的优点是质量轻、强度和弹模高，抗疲劳、使用时间长、耐腐蚀程度好以及热膨胀系数比较低等等。此外，FRP复合材料可以自由进行裁剪，操作方便，施工速度快，还能节省材料，虽然在前期的投入成本比较大，但是在后期维护时，成本低，所以经济效益明显。
2FRP复合材料的基本特征
FRP复合材料拥有许多优点。其一，抗拉强度比较高。碳纤维、芳纶纤维和玻璃纤维三种FRP材料的抗拉强度都要比钢筋的抗拉强度高，和高强钢丝差不多。其二，重量比较轻，施工使用的时候比较方便。FRP复合材料的密度是钢材密度的四分之一，在对旧的建筑物进行结构加固的时候效果更佳明显。其三，热膨胀系数比较低。FRP复合材料的额热膨胀系数和混凝土的很接近，所以和混凝土一起工作的时候两者不会产生很大的温度应力。其四，比较耐腐蚀，使用时间长。和钢材相比，FRP复合材料都拥有良好额抗腐蚀性和耐久性，所以将其用于混凝土的结构加固工作中，可以提高混凝土结构的使用周期，尤其是在腐蚀性比较大的环境中，更能体现出其优势。其五，抗剪强度低。
3FRP复合材料的选择
根据不同的自然环境，选用的FRP复合材料也不同，在碱度和潮湿度比较高的地区，选择碳纤维复合材料就比玻璃纤维复合材料要好；在温度变化比较大的地区，由于玻璃纤维的热膨胀系数和混凝土相似，所以选择它就比别的复合材料好；碳纤维材料是可导电体，所以为了防止钢筋潜在的电流腐蚀，它就不能直接与钢筋接触。另一方面，荷载对FRP复合材料也有一定程度的影响。经常承受冲击或者震动荷载和混凝土结构，选择芳纶纤维和玻璃纤维复合材料比碳纤维复合材料更适合，因为它们的任性和抗冲击能力都比碳纤维材料好；相反的，如果混凝土结构需要耐蠕变和耐疲劳，那么选择碳纤维复合材料就比其他两种要好得多。此外，FRP复合材料还应该根据其要求选择保护层的厚度和种类。在FRP复合材料外面加上厚树脂胶层，能够提供弹性较好的保护层，在其外部涂抹一层高强度的水泥砂浆，也能对FRP复合材料起到保护作用[2]。
4FRP复合材料在混凝土结构加固中的应用
4.1民用建筑和工业用房
在民用建筑和工业用房中，主要包括对梁、板和柱的加固。在对梁进行加固的.时候，主要的作用是抗弯和抗剪。FRP复合材料的方向和梁的轴向保持一致，通常情况下载梁的被拉侧，用来提高梁的承载能力。据相关实验证明，只要建筑梁不是受拉钢筋过多的超筋梁，在其上贴一层FRP复合材料就能提高30%左右的承载力，两层可以提高大概40%。在对板进行加固的时候，由于对板的加固要求比较高，所以利用厚度薄、柔软性好的FRP复合材料对其加固后不会影响外观。比较理想的柱加固材料是芳纶纤维和玻璃纤维，和碳纤维相比较，他们两者的弹模小，延性比较好，在进行棱角打磨的后，一般情况下都不用打磨，可以节省很多时间。
4.2地铁、隧道
地铁和隧道一般都在地下工作，所以它们的受力和地面是不同的，在洞顶和洞侧都会受到压力，并且对净空也有要求。加上地铁或者隧道拱顶或者侧壁的裂缝比较多且不规则，所以在对其进行加固工作时，传统的加固方法是行不通的，而芳纶纤维就可以满足它各个方面的要求，不导电并且抗剪性能比较好，在其加固工作中受到了广泛应用。
4.3烟囱、水塔
烟囱和水塔一般是向高空发展，所以在对其进行加固维修工作的时候比较困难，传统的加固方法很难解决问题，但是FRP复合材料拥有轻质高强、耐久耐腐蚀的特点，这些都能对其起到很好的加固效果。
5传统加固方法和FEP复合材料加固方法的比较
传统的加固方法主要包括扩大截面法和粘钢法。扩大截面法是通过增加受力面积提高建筑结构的承载力，这种方法虽然成本比较低，但是将原结构的自身总量增加，净空也相对减少，工作时间还比较长，拥有很大的局限性，所以在如今较大的工程中使用比较少。粘钢法指的是用钢板对混凝土结构的变形进行约束，主要是在被加固结构的受力外边缘部位粘贴钢板，封闭粘贴部位的裂缝和缺陷。这种加固方法虽然能提高结构的强度和刚度，但是对钢板的尺寸要求很严格，在粘贴完之后缝隙和防腐处理需要花费很长的时间，成本高，所以它只能用在刚度要求比较严格的地方。FRP复合材料对混凝土结构进行加固，拥有高强度、高弹模、重量轻、厚度薄、耐腐蚀等优点，它的材料能够适应任意曲面和形状结构，长度和交叉情况不受约束，此外，FRP复合材料的抗疲劳性能比较好，施工比较简单，和混凝土结构结合时比较密实。但是，FEP复合材料的防潮要求比较严格，对节点区域的加固效果非常差。在如今的FRO符合材料加固市场中，碳纤维的比例比其他两种纤维的比例要大。碳纤维的特点是导电，并且容易发生脆性破坏，但是拥有很大的静载承受能力。在绝缘性要求高的工程例如电气化铁路、隧道中不宜使用，而芳纶纤维不受这种限制，它可以长时间承受冲击载荷，塑性破坏形式也是它的优势，良好的抗剪性能让其在加固墩子的时候也能发挥巨大用处。
6结束语
综上所述，对于我国现在以及未来的各类房屋、隧道、地铁水塔等建筑物的加固维修工作，如何提高其加固质量增加使用寿命是需要重点考虑的问题，通过FRP复合材料的性能和在混凝土结构加固中的应用可以看出，FEP复合材料拥有非常明显的优势和良好的经济效益，在今后的发展中将会得到更加广阔的空间。
参考文献
[1]李应先，李晓琴，陈保淇.FRP-混凝土界面模型及其应用[J].低温建筑技术，2016，5（2）：57-59.
[2]范耀源.FRP混凝土结构研究进展[J].低温建筑技术，2016，6（3）：12-14.
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