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(qiáng)高分子)復(fù)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(qiáng)、低重、耐腐蝕等。近二十多年來,F(xiàn)RP復(fù)合材料已經(jīng)成功地應(yīng)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??偨Y(jié)與評(píng)價(jià)了FRP復(fù)合材料在土木工程領(lǐng)域的應(yīng)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(bǔ)充?;炷两Y(jié)構(gòu)有很多優(yōu)點(diǎn),但是隨著時(shí)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(dǎo)致工程安全事故與隱患。為發(fā)展高耐久性、長(zhǎng)壽命土木工程結(jié)構(gòu),不僅依賴于對(duì)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(yīng)用。國(guó)內(nèi)外的研究與工程實(shí)踐表明,F(xiàn)RP復(fù)合材料是最有前途的新型土木工程材料,這主要基于FRP復(fù)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(yīng)用要求的優(yōu)點(diǎn):
1.拉伸強(qiáng)度高:如CFRP(碳纖維FRP)復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)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(fù)合材料的工程,工作強(qiáng)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(fù)合材料結(jié)構(gòu)本身自重大幅度下降,增加了結(jié)構(gòu)負(fù)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(huì)像鋼筋一樣容易銹蝕,非常適合在嚴(yán)苛的強(qiáng)腐蝕環(huán)境中應(yīng)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(fù)合材料的抗疲勞性能優(yōu)良,約是鋼材的3倍‘盯;
5.預(yù)期壽命長(zhǎng):由于其優(yōu)異的耐腐蝕性能與耐疲勞性能,F(xiàn)RP復(fù)合材料結(jié)構(gòu)(如橋面板)的預(yù)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(fù)合材料的自振頻率高,可避免早期結(jié)構(gòu)共振;同時(shí),F(xiàn)RP復(fù)合材料具有黏彈性,一旦激起振動(dòng),衰減速度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鋼筋、混凝土等結(jié)構(gòu),從而減輕了FRP復(fù)合材料和混凝土結(jié)構(gòu)的波動(dòng)損傷。
7.可設(shè)計(jì)性:可以根據(jù)不同的工程需求,通過對(duì)高分子基體及纖維取向進(jìn)行設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)不同的結(jié)構(gòu)性能要求。
FRP復(fù)合材料在航空航天、體育用品等領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)超過50年的歷史,但是,應(yīng)用到土木工程領(lǐng)域,僅有20幾年的時(shí)間。同其他應(yīng)用領(lǐng)域不同,土木工程應(yīng)用對(duì)FRP復(fù)合材料的性能、材料組分、制備工藝以及承受價(jià)格等,都有著極其不同的要求。FRP復(fù)合材料在其他領(lǐng)域的成功應(yīng)用與發(fā)展,不能夠直接對(duì)土木工程FRP復(fù)合材料的研究、制備與應(yīng)用起到指導(dǎo)作用。實(shí)際上,作為新型土木工程結(jié)構(gòu)材料,F(xiàn)RP復(fù)合材料在土木工程領(lǐng)域的應(yīng)用與推廣還存在大量的問題需要解決,如FRP復(fù)合材料在不同應(yīng)用環(huán)境下的使用壽命、設(shè)計(jì)應(yīng)用規(guī)范等等。
土木工程FRP復(fù)合材料的最終性能取決于增強(qiáng)纖維、樹脂基體及制備工藝(或施工方法)。根據(jù)不同的應(yīng)用,對(duì)FRP復(fù)合材料的性能(耐久性能、熱性能、力學(xué)性能等)要求也大不相同。基于此,本工作將針對(duì)乙烯基聚酯基FRP復(fù)合材料在土木工程領(lǐng)域的一些應(yīng)用,評(píng)述在應(yīng)用過程中遇到的問題與可能的解決方案。
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