FRP復(fù)合材料的分類、應(yīng)用和研究現(xiàn)狀,建筑材料論文

FRP復(fù)合材料的分類、應(yīng)用和研究現(xiàn)在狀況,建筑材料論文科技的發(fā)展和新材料的使用為土木工程這一學科的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。性能好的新材料在土木工程構(gòu)造加固領(lǐng)域有著宏大的應(yīng)用前景。這是由其優(yōu)良性能決定的，F(xiàn)RP復(fù)合材料有下面特點。〔1〕和傳統(tǒng)的鋼筋材料相比，F(xiàn)RP復(fù)合材料抗拉強度高。無論是有碳纖維〔CFRP〕、芳綸纖維〔AFR〕還是玻璃纖維〔GFRP〕，這三者的抗拉強度都具有明顯的優(yōu)勢，而且能夠和高強鋼絲媲美。塑性變形這一情況基本上不會產(chǎn)生，即便FRP復(fù)合材料到達了抗拉強度?！?〕適用于腐蝕性較大的環(huán)境。鋼材和FRP復(fù)合材料相比，抗腐蝕性和使用時間的長久就會遜一籌。使用復(fù)合材料能夠使構(gòu)造的使用時間延長，壽命拉大，即便是在腐蝕性很強的環(huán)境下?！?〕自重小，因而為施工提供方便和快速。鋼材的密度是FRP復(fù)合材料的4倍，因而自重小，便于在建筑構(gòu)造中采用。能夠方便施工，節(jié)省人力成本。被用于老舊構(gòu)造的維修加固時，優(yōu)越性更為明顯，效果更佳?！?〕熱膨脹系數(shù)低。FRP的熱膨脹系數(shù)基本上和混凝土差不多。因而，在工程環(huán)境中的溫度發(fā)生變化時，F(xiàn)RP和混凝土會相互合作，共同應(yīng)對這一變化，較大程度的溫度應(yīng)力也不會產(chǎn)生?！?〕彈性模量較小。普通鋼筋的彈性模量一般為FRP的3~4倍。因而，裂縫展開較寬以及混凝土構(gòu)造的撓度較大這兩種現(xiàn)象將會不可避免的產(chǎn)生?！?〕在對抗剪裁方面的能力弱，即抗剪強度差。數(shù)據(jù)顯示，F(xiàn)RP一般情況下不會超過本身抗拉強度的12%左右。因而，在將FRP用于預(yù)應(yīng)力筋時要考慮這一點，因而需要研制匹配的錨以及夾子，同樣進行FRP的材性試驗時也要考慮到這一點?！?〕價格比擬高。FRP的生產(chǎn)需要一系列的工藝，因而制作工序比擬復(fù)雜，因而需要相應(yīng)的長線擠壓臺座的配合才能完成制作。FRP的強度比擬高，因而對擠壓成型造成了一定的阻力。FRB筋的80%~90%的部分由纖維組成，因而纖維含量高。例如，直徑為9mm的FRB筋中，大約含有12萬根的連續(xù)纖維。總之，F(xiàn)RB的材料不僅質(zhì)量好，而且外觀精致華美，為施工提供很多快速。FPR復(fù)合材料正符合了這一要求，而且承載力具有明顯的優(yōu)勢。FRP〔fiberreinforcedplastics〕復(fù)合材料具有優(yōu)異的物理性能，同時輕質(zhì)高強，能夠抵抗疲憊，耐腐蝕，使用時間長，熱膨脹系數(shù)低。FRP的維護成本低，這一優(yōu)良性能彌補了工廠早期投資大的缺點。FRP復(fù)合材料能夠很容易的剪裁，因而方便使用和施工?？傊現(xiàn)RP復(fù)合材料在FRP在土木工程構(gòu)造加固應(yīng)用中有著宏大的潛力。二、FRP復(fù)合材料的分類和應(yīng)用FRP復(fù)合材料上面已經(jīng)提到價格成本高，這方面的實踐經(jīng)歷體驗少之又少，因而，最初的應(yīng)用遭到了一定程度的限制。隨著生產(chǎn)的擴大以及生產(chǎn)技術(shù)的提高，F(xiàn)RP有了一定程度的下滑。施工經(jīng)歷體驗的增加，這種材料得到廣泛的應(yīng)用，十分是在土木工程中。FRP復(fù)合材料主要分為3類，即碳纖維〔CFRP〕、高強玻璃纖維〔GFRP〕復(fù)合材料以及芳綸纖維〔AFRP〕。在土木工程構(gòu)造的加固經(jīng)過中，F(xiàn)RP的主要功能具體表現(xiàn)出在修復(fù)和新構(gòu)造的構(gòu)成。應(yīng)用方面如下：〔1〕隧道和地鐵。由于地鐵和隧道是地下作業(yè)的方式，因而它們的受力狀況和地面截然不同。土壓力的作用存在于洞的頂部以及洞的側(cè)面。同時，對凈空也要較高的要求。因而，加固和修補裂縫的方式方法要慎重選擇，顯然，傳統(tǒng)的加固方式方法不符合這一要求。芳綸纖維布卻明顯的符合這一要求，由于它具有優(yōu)良的抗剪能力。同時，能夠適應(yīng)地鐵和隧道在拱頂和側(cè)壁的裂縫，這些側(cè)壁和裂縫大多是多向和不規(guī)則的。〔2〕煙囪和水塔。煙囪和水塔的加固和維修有一定的難度，這和其本身向高處發(fā)展的構(gòu)造密不可分。擴大截面法、粘鋼法等這些傳統(tǒng)的方式方法以及不能知足這樣高難度的加固和修護，因而需要輕質(zhì)高強、耐腐蝕能力好、用的時間長的復(fù)合材料，比方：芳綸纖維。三、FRP復(fù)合材料的研究現(xiàn)在狀況1．抗彎加固性能將FRP復(fù)合材料貼在一些構(gòu)造中的受拉區(qū)，比方混凝土構(gòu)造。這樣構(gòu)造的承載限度將會被擴大，裂縫的擴展也會得到一定程度上的。和普通的混凝土構(gòu)造，以及用黏鋼加固過后的構(gòu)造相比照，用FRP復(fù)合材料加固后的混凝土構(gòu)造和前兩者有明顯的不同，同時，承載能力的算法也不一樣。近些年，無論是國內(nèi)的研究者還是國外的研究者都將目光聚焦在FRP復(fù)合材料加固混凝土梁的研究上，比方：抗彎能力、毀壞力度、承載里的估計、影響因數(shù)。同時，復(fù)合材料加固后的混凝土梁也在研究范圍內(nèi)，比方：截面變形、裂縫展開等問題。近期幾年，受力性能試驗研究和理論分析漸漸進入研究者的視野范圍內(nèi)，學者對抗彎能力計算方式方法和滯后應(yīng)變跨中撓度的計算公式也投入大量的精神。2．抗剪加固性能上面提到過，將FRP復(fù)合材料貼在混凝土梁的受剪區(qū)域能夠加強這一區(qū)域的抗剪性能。建筑工地的加固方式方法通常分為3類，即側(cè)面粘貼、U型粘貼以及包裹粘貼三種方式，華而不實最經(jīng)濟又實用的要數(shù)包裹粘貼。梁的配箍率、混凝土強度、FRP配筋率以及梁的剪跨比都是影響FRP抗剪加固性能的主要因素，同時，、FRP的粘貼方式與錨固性能、FRP及黏結(jié)膠本身的材料性能等因素也不可忽視。毀壞機制和承載力的計算是當前國內(nèi)外學者研究的重點。承載力的估算的建立基礎(chǔ)是混凝鋼筋土構(gòu)件桁架理論模型。3．抗震加固性能要想增大混凝土的極限壓應(yīng)變，增高構(gòu)件的延性，實現(xiàn)建筑構(gòu)造的抗震目的，就需要借助外包FRP約束塑性鉸區(qū)。國內(nèi)外研究學者已經(jīng)在下面方面做出了努力：外包FRP加固混凝土柱、梁柱節(jié)點以及構(gòu)造的抗震性能試驗研究、理論分析和工程應(yīng)用。在這些研究成果之上，提出了約束混凝土應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系的估算模型。FRP約束混凝土構(gòu)造延性特征和滯回耗能性能主要受兩個性能的影響，即側(cè)向約束模量和側(cè)向約束強度。同時，約束鋼管混凝土的概念也被提出，在新型的鋼管混凝土柱里面參加FRP橫向附加約束，能夠提高構(gòu)造的抗震能力。在抗震加固方面，使用FRP外包混凝土柱是一種既經(jīng)濟又效果好的加固方式方法。這種方式方法已經(jīng)在世界各地得到廣泛的應(yīng)用，有關(guān)的FRP加固混凝土柱力學性能方面的研究分析成果也不斷的涌現(xiàn)。用FRP加固房屋構(gòu)造柱與橋柱的例子已屢見不鮮，而且有著很高的成功率。當前，F(xiàn)RP自動纏繞系統(tǒng)已經(jīng)被研發(fā)，而且得到大量的實踐應(yīng)用，為施工提供了很多方便，如此圖1所示。4．抗疲憊加固性能彎曲疲憊和剪切疲憊是FRP復(fù)合材料加固構(gòu)件的組成部分。以荷載形式作為劃分標準，將其又能夠劃分為常副荷載和變幅荷載。FRP片材加固構(gòu)件的疲憊程度主要和下面方面有關(guān)系：〔1〕原有的混凝土構(gòu)造的抗疲憊程度?！?〕FRP加固部分的疲憊斷裂程度?！?〕FRP材料與混凝土界面的抗疲憊毀壞能力。四、FRP復(fù)合材料加固技術(shù)瞻望FRP復(fù)合材料的發(fā)展空間是宏大的，同時前景也不錯。在研究和應(yīng)用時需要注意下面幾個方面：首先，在應(yīng)用單一品種的FRP復(fù)合材料的基礎(chǔ)上，要愈加重視不同性能的FRP復(fù)合材料的混合。混合后的特性和以及改變性能的狀況都要留意。要努力克制FRP復(fù)合材料的弱點，發(fā)揮其長處，這樣才能更好的適應(yīng)當代工程的加固要求，知足社會的需要。其次，高強高性能是FRP復(fù)合材料的一大優(yōu)點，因而，要將有力的措施應(yīng)用于構(gòu)造的加固中。采取預(yù)應(yīng)力，讓FRP在施工方面的研究愈加深切進入，構(gòu)造設(shè)計愈加靈敏。這樣才能知足更高層次標準的加固補強要求。最后，要解決有關(guān)FRP復(fù)合材料的開發(fā)和研制工作，比方：筋、索、棒材這些設(shè)備的開發(fā)。五、結(jié)束語總之，F(xiàn)RP復(fù)合材料和傳統(tǒng)的材料相比，有著良好的性能，在工程的構(gòu)造加工中有著廣泛的應(yīng)用前景。在一些方面固然存在一些問題需要突破，但是只要解決了這些問題，F(xiàn)RP的前途就會愈加光明。以下為參考文獻：[1]王善元，張汝光.纖維加強復(fù)合材料[J].建筑技術(shù)開發(fā)，2020，〔5〕.[2]熊光晶，姜浩，楊建中.混雜纖維復(fù)合材料及其在混凝土梁柱加固中的應(yīng)用研究[J].工業(yè)建筑，2018，〔9〕.[3]蔣小青，熊光晶，劉金偉.混雜纖維復(fù)合材料加固混凝土梁的合理方式方法[J].建筑技術(shù)開發(fā)，2018，〔3〕.[4]楊建中，熊光晶，蔣小青等.用混雜纖維復(fù)合材料預(yù)制圓套筒加固混凝土方柱的性能研究[J].混凝土與