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FRP復合材料土木工程應用與耐久性

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2015-01-27  來源:復材應用技術(shù)網(wǎng)  瀏覽次數(shù):103

       作為新型的土木T程結(jié)構(gòu)材料,F(xiàn)RP(fiber reinforced polymer,纖維增強高分子)復合材料具有許多傳統(tǒng)建筑材料不可比擬的優(yōu)越性能,如高強、低重、耐腐蝕等。近二十多年來,F(xiàn)RP復合材料已經(jīng)成功地應用于土木工程領(lǐng)域,如結(jié)構(gòu)加固、FRP筋、FRP橋面板結(jié)構(gòu)等等。總結(jié)與評價了FRP復合材料在土木工程領(lǐng)域的應用以及其土木環(huán)境下的耐久性能研究。

       現(xiàn)代的土木工程結(jié)構(gòu)主要以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)為主,其他結(jié)構(gòu)(如鋼結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)與玻璃結(jié)構(gòu))作為補充?;炷两Y(jié)構(gòu)有很多優(yōu)點,但是隨著時間的推移其腐蝕劣化問題不斷發(fā)生,特別是鋼材銹蝕,不僅影響到工程結(jié)構(gòu)的正常使用和壽命,并容易導致工程安全事故與隱患。為發(fā)展高耐久性、長壽命土木工程結(jié)構(gòu),不僅依賴于對混凝土結(jié)構(gòu)研究的深入;另一方面,更有賴于新材料的發(fā)展和應用。國內(nèi)外的研究與工程實踐表明,F(xiàn)RP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(tǒng)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(yōu)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(zhì)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(tǒng)材料相比,F(xiàn)RP復合材料結(jié)構(gòu)本身自重大幅度下降,增加了結(jié)構(gòu)負載,如,同混凝土橋面板相比,F(xiàn)RP
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(huán)境中應用,結(jié)構(gòu)耐久性能好.后期維修成本低;
       4.耐疲勞性能優(yōu)良:FRP復合材料的抗疲勞性能優(yōu)良,約是鋼材的3倍‘盯;
       5.預期壽命長:由于其優(yōu)異的耐腐蝕性能與耐疲勞性能,F(xiàn)RP復合材料結(jié)構(gòu)(如橋面板)的預期壽命是傳統(tǒng)澆筑混凝土結(jié)構(gòu)的2~3倍;
       6.減震性能優(yōu)異:FRP復合材料的自振頻率高,可避免早期結(jié)構(gòu)共振;同時,F(xiàn)RP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(jié)構(gòu),從而減輕了FRP復合材料和混凝土結(jié)構(gòu)的波動損傷。
       7.可設(shè)計性:可以根據(jù)不同的工程需求,通過對高分子基體及纖維取向進行設(shè)計,實現(xiàn)不同的結(jié)構(gòu)性能要求。
       FRP復合材料在航空航天、體育用品等領(lǐng)域的應用已經(jīng)超過50年的歷史,但是,應用到土木工程領(lǐng)域,僅有20幾年的時間。同其他應用領(lǐng)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(lǐng)域的成功應用與發(fā)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(jié)構(gòu)材料,F(xiàn)RP復合材料在土木工程領(lǐng)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(huán)境下的使用壽命、設(shè)計應用規(guī)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(jù)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?;诖?,本工作將針對乙烯基聚酯基FRP復合材料在土木工程領(lǐng)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。

資料下載:   FRP復合材料土木工程應用與耐久性.pdf
 
關(guān)鍵詞: FRP復合材料 土木工程
 
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