摘要:在目前的土木工程中,FRP材料应用十分广泛,有效推动了土木工程科技的发展与创新。文章主要分析了新时代发展对于混凝土建筑材料提出的要求,同时对高性能材料FRP应用与结构工程创新进行了重点研究。目前,虽然这种材料在我国还未能实现全面普及,但由于其自身优势突出,故在今后必定会获得更加广泛的应用,从而更好的促进我国建筑行业的长久稳定发展。
关键词:高性能材料;FRP;应用;结构工程;创新
引言
随着时代的进步以及社会经济的不断发展,科技在建筑工程领域中的应用越来越广。混凝土属于一种基础性的建筑材料,随着该材料应用范围的逐渐扩大,也给建筑材料发展带来了前所未有的挑战。在混凝土结构中应用高性能材料FRP,可大幅度提升建筑实用性。本文主要对高性能材料FRP的实践应用以及结构工程创新进行了分析和研究。
1新时代对于混凝土建筑材料提出的要求
第一,现浇筑混凝土要具备一定强度,包括材料应用的耐久性、施工性以及延展性等等,如此便需要加大各种混凝土外加剂以及相关材料的研究力度。
第二,急需找到一种具备良好耐腐蚀性的材料,并以其代替混凝土结构中的钢绞线、高强度钢丝、低强度钢筋等等。
第三,要对现有的混凝土结构进行重新的修补和加固,如此便会涉及到很多的新材料。在应用之后,要确保被加固混凝土结构的承载力得到提升,同时还要能够为后续施工提供便利条件。
第四,站在可持续发展和环境条件的立场上进行思考,要尽可能的实现废弃混凝土材料的回收再利用。
近年来,国内外的相关研究单位一直都未停止研究和探索的步伐,并发现了一种高性能的复合材料,简称“FRP”,它可对混凝土结构进行有效改善和增强,同时还可改善木结构、钢结构以及砌体结构等等。此外,该材料可基本满足上述应用要求,未来发展前景无限。
2高性能材料FRP概述
2.1概念分析
随着科学技术的不断发展,近年来,在国际范围内,很多国家都相继开发出多性能的非金属增强材料,也就是所谓的“纤维增强复合材料”。对于这一类材料的开发一般集中在以下几个方面:碳纤维(CFRP)、芳纶纤维(AFRP)、玻璃纤维(GFRP)等等。实践过程中,主要是借助一些特殊的技术工艺对烈性不同的纤维材料与树脂材料按照一定比例进行结合,使之成为一种全新的材料类型。该类材料的优势十分突出,相比于其他的材料而言,它具有更强的耐腐蚀能力和耐久性,同时也具有较高强度和弹性,抗疲劳强难度和变形能力良好。但纤维增强复合材料在具体应用的过程中也会呈现出一定的局限性,如该材料中的筋要远远低于钢筋,且具有高电阻和地磁感应。
2.2高性能材料FRP的应用现状
现阶段,在我国的航空工业领域中,高性能材料FRP应用十分广泛,同时也在国防建设和体育事业中进行了尝试。这主要是因为该类材料具有十分稳定的化学性能。但在以往的工程结构中,高性能材料FRP的应用效果并不理想,虽然其具有众多优势,但价格却相对昂贵,且制作成本高昂,由此也限制了其大面积推广和普及。
随着社会经济的不断发展,工艺技术也得到了相应改进,上述问题逐渐得到了缓解。从当前实际发展现状来看,相比于GFRP和AFRP,FRP在建筑工程领域中的应用前景更加广阔,不仅仅是因为其具有相对稳定的性能,同时也是因为其原材料的易获取。将FRP融入混凝土结构中,可大幅度提升提升原材料的抗裂性能和延展能力,同时还可在很大程度上提升混凝土的承载能力。在混凝土中配置CFRP,可对钢筋材料进行取代,即便混凝土材料长时间的处于恶劣环境下,也无需担心其腐蚀问题。如果使用该类材料来制作绳索,也就是所谓的“CFRP”绞线,还可用来代替钢绞线。
使用CFRP制作薄板或者是布料,并将其用于混凝土结构的外部,可起到良好的加固效果,同时还可大幅度提升材料的承载能力,缩小裂缝宽度,甚至还能提升外包柱的抗震性和延展性。CFRP索可对岩石锚杆进行替代,主要是因为其可对酸碱介质的腐蚀进行抵抗,避免了应用期间频繁更换材料的问题,节约成本。另外,若使用CFRP带来替代钢索,并将其用于悬索桥的建造施工过程中,还可大幅度提升其跨度。
3高性能材料应用以及结构工程创新
实践过程中,首先便是对AFRP、GFRP、CFRP等建筑材料进行明确区分,在应用方面,可对CFRP进行优先考虑,这主要是因为该材料的实践应用可为工程施工提供便利条件。在我国现阶段的建筑工程领域中,在选择建筑加固材料的过程中,通常都会优先选择CFRP,CFRP在建筑结构和桥梁架构中均可进行应用,从而可大幅度提升建筑以及桥梁的抗震性能和整体承载能力。AFRP材料自身具有易裂变的特征,故目前还无法将其应用于预应力筋中,玻璃纤维亦是如此。关于FRP材料,其应用范围目前正在进一步的拓展和延伸,虽然GFRP和AFRP还不能在预应力筋中进行实践应用,但可将它们作为体外索进行实践,但应注意的问题是,工作人员一定要重点关注其配筋方式,并要严格按照规范来进行。
在我国,AFRP、GFRP、CFRP等建筑材料的市场发展潜力巨大。其中,AFRP、GFRP材料具有较强的抗腐蚀性,但是在相对潮湿的环境中,AFRP的承载能力往往会受到一定影响。鉴于此,GFRP、CFRP两种材料可被作为锚杆进行应用。虽然FRP材料的耐腐蚀性和轻便性较强,但在热稳定性和延展性方面却存在一定的局限性。在建筑材料市场中,相对于其他的材料,FRP材料成本较高,故目前该类材料还很难实现全面普及,通常只能在高磁力要求和高腐蚀性的环境中进行应用。但随着时间的推移,相信FRP材料能够在未来获得更加稳定的发展。
4结语
随着我国经济的发展、社会的进步,在建筑领域,科技的使用范围越来越广。混凝土是建筑的基础材料,混凝土结构的逐步使用中,给建筑材料带来了巨大挑战。高性能材料FRP在混凝土结构中的应用,可大幅度提升建筑实用性。从而推动我国建筑行业的长久稳定发展。
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