纖維增強(qiáng)塑料筋在土木工程中的應(yīng)用

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前言：纖維增強(qiáng)塑料筋是增強(qiáng)高性能纖維和基體材料合成樹(shù)脂構(gòu)成的復(fù)合型材料，受高性能纖維品種多樣影響，纖維增強(qiáng)塑料筋種類也較多，例如玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、芳綸纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、鋼纖維增強(qiáng)復(fù)合材料等，其自身物理性能決定，廣泛應(yīng)用于土木工程中，對(duì)工程的質(zhì)量和耐久性的提升具有重要的意義。

一、纖維增強(qiáng)塑料筋的物理性能

纖維增強(qiáng)塑料筋的密度只有鋼材的1/7至1/5，所以在設(shè)定直徑相同的情況下，纖維增強(qiáng)塑料筋質(zhì)量會(huì)明顯小于鋼筋，而纖維增強(qiáng)塑料筋自身強(qiáng)度在鋼筋的10至15倍以上，對(duì)纖維增強(qiáng)塑料筋的施工荷載，勞動(dòng)強(qiáng)度等都會(huì)大幅度少于鋼筋作業(yè)，將其應(yīng)用于混凝土結(jié)構(gòu)不僅可以減輕自重，降低地震災(zāi)害對(duì)土木工程的影響，而且有效降低極限跨徑作業(yè)難度；除此之外，纖維增強(qiáng)塑料筋和混凝土的熱膨脹系數(shù)極為接近，分別為6-6至10-6攝氏度和7.2-6至10-6攝氏度，由此可見(jiàn)當(dāng)應(yīng)用纖維增強(qiáng)塑料筋混凝土結(jié)構(gòu)的土木工程所處地域環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力并不足以破壞兩者的粘結(jié)，使其協(xié)同作業(yè)持續(xù)進(jìn)行，延長(zhǎng)其耐久性；而且纖維增強(qiáng)塑料筋屬于脆性材料，其應(yīng)力與應(yīng)變符合虎克定律，在達(dá)到極限抗拉強(qiáng)度前不會(huì)發(fā)生變形，所以土木工程的質(zhì)量能夠得到保證。

二、纖維增強(qiáng)塑料筋在土木工程中的應(yīng)用

（一）纖維增強(qiáng)塑料筋在橋梁工程中的應(yīng)用

橋梁工程建設(shè)作為土木工程的重要分支，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和橋梁作用的變化，其使用的材料和工藝也發(fā)生著明顯的改變，古代由于橋梁的作用限于簡(jiǎn)單通行，所以多以石料建材為主，坡面的陡度、形式和載重不受嚴(yán)格限制；而近年來(lái)隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展橋梁的作用逐漸擴(kuò)大，其不僅對(duì)載重有了更高水平的要求，而且對(duì)跨度、坡面的陡度、形式等也有了明確的要求，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)雖在一定程度上提升了橋梁的質(zhì)量，但隨著跨度的逐漸加大和對(duì)橋梁使用壽命的要求逐漸提升，其自重過(guò)大等缺點(diǎn)逐漸暴露，而纖維增強(qiáng)塑料筋具有普通鋼筋所無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，將其應(yīng)用于橋梁工程中不僅可以滿足大跨度橋梁建設(shè)的需要，而且對(duì)水體腐蝕也有了更強(qiáng)的抵抗，有效的延長(zhǎng)了橋梁的使用壽命，提升了橋梁的整體質(zhì)量，特別是在橋梁主體框架和橋面建設(shè)中的應(yīng)用效果更是明顯，在保證橋梁實(shí)用性的同時(shí)大幅度的縮減了施工成本，目前發(fā)達(dá)國(guó)家都認(rèn)識(shí)到纖維增強(qiáng)塑料筋在橋梁工程中應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)，并積極探索推廣，例如美國(guó)DEL351大橋，其主體只由兩塊復(fù)合材料橋面板組成，不僅質(zhì)量輕，而且耐久性和實(shí)用性都相比過(guò)去橋梁更有保障，所以將其應(yīng)用于橋梁工程對(duì)解決鋼筋自重問(wèn)題有重大作用。

（二）纖維增強(qiáng)塑料筋在海洋工程中的應(yīng)用

地球上海洋面積占總面積的71%左右，隨著人們對(duì)資源的需求量的增多，對(duì)國(guó)防鞏固的重視，海洋開(kāi)發(fā)已經(jīng)成為社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì)，所以為實(shí)現(xiàn)海洋資源開(kāi)發(fā)和海洋環(huán)境修復(fù)為目的的土木工程建設(shè)數(shù)量和規(guī)模逐漸增加，如人工島、碼頭、海上油田基地、堤壩等，海洋工程已經(jīng)成為土木工程的重要組成部分，但受到海水侵蝕作用強(qiáng)的影響，即使海洋工程結(jié)構(gòu)不斷進(jìn)行調(diào)整，但其防腐問(wèn)題仍是工程建設(shè)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，現(xiàn)階段普遍應(yīng)用的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)工程不僅受到海風(fēng)中含有的鹽粒子的侵蝕，而且受到海水和空氣中的氯離子的腐蝕，使其耐久性大幅度縮減，據(jù)調(diào)查顯示我國(guó)海洋工程中大部分處于港口、水道位置的鋼筋混凝土護(hù)岸樁、承載樁、板樁等在海水侵蝕中使用壽命都大幅度低于其標(biāo)準(zhǔn)使用年限，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失，而將纖維增強(qiáng)塑料筋應(yīng)用于海洋工程中，憑借其抗腐蝕性能，其使用效果明顯優(yōu)于鋼筋混凝土，例如日本Smitomo化工有限公司修建的由大量纖維增強(qiáng)塑料筋建設(shè)的碼頭，其建成后荷載試驗(yàn)顯示其使用性能優(yōu)等，而且預(yù)計(jì)使用壽命要明顯優(yōu)于在鋼筋混凝土外加設(shè)混凝土防護(hù)墻，滿足國(guó)際對(duì)海洋工程耐久度的要求，由此可見(jiàn)將纖維增強(qiáng)塑料筋應(yīng)用于海洋工程，對(duì)海洋工程的發(fā)展具有明顯的推動(dòng)作用，符合社會(huì)發(fā)展要求。

（三）纖維增強(qiáng)塑料筋在巖土工程中的應(yīng)用

巖土工程屬于土木工程的新興領(lǐng)域，在近年來(lái)工程數(shù)量增多、規(guī)模擴(kuò)大的過(guò)程中，巖土工程得到了較快的發(fā)展，已經(jīng)成為土木工程的分支種類，而且發(fā)展空間廣闊，西方發(fā)達(dá)國(guó)家認(rèn)為巖土工程就是在進(jìn)行各種建設(shè)工程中涉及到巖土、石土方等技術(shù)問(wèn)題的學(xué)科，由此可見(jiàn)巖土工程不僅屬于土木工程而且對(duì)土木工程產(chǎn)生重要的影響，例如土木工程中的巖土工程為盡可能避免工程受到地震、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的破壞，需要抗拉強(qiáng)度較高的鋼材錨桿固定于巖土錨固之上，但鋼材錨桿在外部環(huán)境的變化過(guò)程中必然會(huì)受到腐蝕，而且固定錨桿的水泥也會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化成Ca(OH)2，使用錨桿的最初目的難以實(shí)現(xiàn)，不僅加大了工程量，而且工程面臨的隱患仍然存在，而將纖維增強(qiáng)塑料筋應(yīng)用于巖土工程，可以使其對(duì)外界的腐蝕抵抗能力增強(qiáng)，使錨桿的使用壽命延長(zhǎng)，不僅達(dá)到理想的效果，提升了工程對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的抵抗能力，而且有效的提升了工程整體質(zhì)量，現(xiàn)階段纖維增強(qiáng)塑料筋已經(jīng)憑借其物理性能優(yōu)勢(shì)被廣泛的應(yīng)用與巖土工程，效果非常明顯。

（四）纖維增強(qiáng)塑料筋在特殊工程中的應(yīng)用

由于鋼材的絕緣和抗磁性能較低，將其應(yīng)用于非導(dǎo)電和非磁性結(jié)構(gòu)工程中需要經(jīng)過(guò)復(fù)雜的設(shè)計(jì)，其實(shí)現(xiàn)的難度非常大，而將具有高絕緣性和非磁性的纖維增強(qiáng)塑料筋應(yīng)用于這種環(huán)境卻簡(jiǎn)單直接，例如軍事工程方面應(yīng)用纖維增強(qiáng)塑料筋作為機(jī)場(chǎng)、軍用設(shè)施防雷達(dá)干擾或敏感軍用設(shè)備測(cè)試設(shè)施的混凝土墻內(nèi)，醫(yī)療方面應(yīng)用于醫(yī)療保健單位磁共振成像設(shè)備工程中；另外，在高寒地區(qū)土木工程中應(yīng)用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)不僅維護(hù)難度大，而且建設(shè)周期長(zhǎng)，此時(shí)應(yīng)用纖維增強(qiáng)塑料筋可以有效地提升其耐久性，減少維修費(fèi)用；除此之外，在溫度較高、易發(fā)生火災(zāi)等地區(qū)進(jìn)行土木工程建設(shè)，也可以利用纖維增強(qiáng)塑料筋取代普通鋼筋，充分發(fā)揮纖維增強(qiáng)塑料筋抗火性和熱塑性，使相關(guān)土木工程的質(zhì)量和耐久性得到提升。

結(jié)論：

據(jù)調(diào)查顯示近年來(lái)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)損壞造成的重大事故中，近60%是由鋼筋銹蝕引起，所以開(kāi)發(fā)并推廣性能優(yōu)于普通鋼筋的新型材料成為土木工程中急需解決的問(wèn)題，纖維增強(qiáng)塑料筋憑借其物理性能在土木中程中逐漸取代普通鋼筋得到推廣使用，對(duì)土木工程質(zhì)量的提升起到了推動(dòng)作用。

作者：平措卓瑪 路文斌 單位：西藏大學(xué)農(nóng)牧學(xué)院水利土木工程學(xué)院