俞淙水

（重慶外語外事學(xué)院，重慶 401120）

FRP 材料是一種具有代表性的新型建材，在多種建設(shè)項目中擁有較高的應(yīng)用價值和廣闊的發(fā)展前景。FRP 材料在實際應(yīng)用中相比于傳統(tǒng)材料能夠發(fā)揮強度高、剛性大、抗腐蝕性強、密度低等特性，在土木工程行業(yè)中可作為優(yōu)質(zhì)新型材料，促使工程整體建筑質(zhì)量提高。

因此，相關(guān)施工人員應(yīng)當(dāng)充分把握對FRP 材料的合理運用，保證工程建設(shè)實效增強。

1 FRP 材料概述

1.1 FRP 材料概念

FRP 材料是指纖維增強復(fù)合材料，其主要是由兩種或兩種以上不同物質(zhì)，通過科學(xué)合理的材料設(shè)計方法或人工合成方式等，使其形成具備優(yōu)越性能的多相固體材料。通常情況下，將結(jié)構(gòu)用復(fù)合材料的基本組成成分分為基體材料、增強材料。將高強度的玻璃纖維以及樹脂基體進行有效復(fù)合，促使其具備相對良好的功能性和結(jié)構(gòu)性的新型復(fù)合材料，即FRP 材料[1]。其起初被應(yīng)用在軍事武器裝備方面，隨后在時代不斷發(fā)展過程中，逐漸在多個領(lǐng)域得到應(yīng)用，目前在土木工程行業(yè)內(nèi)，對FRP 材料的運用備受關(guān)注。

1.2 FRP 材料特點

FRP 材料具有較為明顯的特點，強度高且比模量大、可設(shè)計性好、抗腐蝕性與耐久性能良好、熱膨脹系數(shù)優(yōu)越?；谶@些特點促使FRP 材料在現(xiàn)代土木工程結(jié)構(gòu)中得到較好的運用效果，能夠滿足未來大跨度、輕質(zhì)、高強度、重載等土木工程結(jié)構(gòu)發(fā)展需求。因此FRP 材料在土木工程中能夠有效地替代部分或者補充傳統(tǒng)建材，提高建設(shè)效率。

2 FRP 材料在土木工程中的運用優(yōu)勢

在現(xiàn)代土木工程中，F(xiàn)RP 材料投入使用后，能夠發(fā)揮諸多優(yōu)勢，其具體如下。

1.可設(shè)計性。將FRP 材料作為土木工程結(jié)構(gòu)材料，能夠發(fā)揮基體材料與增強材料的組合優(yōu)勢，在應(yīng)用過程中既可保留原組分材料的部分特點，還能夠形成新的材料特性，符合結(jié)構(gòu)設(shè)計要求，發(fā)揮單一材料滿足土木工程結(jié)構(gòu)性能的優(yōu)勢。

2.比強度及比剛度大。結(jié)合當(dāng)前普遍應(yīng)用的FRP材料，如碳纖維及環(huán)氧材料等，其實際比強度相比于鋁材可高出近6 倍、相比于鋼材高出5 倍，比剛度則能夠達到鋁材4 倍以上，因此在土木工程中使用FRP材料，有利于縮短建設(shè)周期，降低施工復(fù)雜性。

3.抗疲勞性強。對于金屬材料來說，其疲勞強度一般在拉伸強度的45%。而FRP 材料在土木工程中的運用，疲勞強度可達到自身拉伸強度的75%，可有效抵抗疲勞效應(yīng)。

4.抗化學(xué)反應(yīng)以及腐蝕能力強。在土木工程中如運用傳統(tǒng)的鋼筋建材，為保障良好的施工效果，必須要做好耐腐蝕處理，特別是在潮濕環(huán)境下，鋼筋材料很容易與濕度較大的空氣相接觸，進而出現(xiàn)腐蝕問題，難以發(fā)揮其功能。而FRP 材料大多是采用電絕緣材料制成，施工后的構(gòu)件往往具備較好的耐酸、耐堿、耐鹽侵蝕等性能，保障土木工程結(jié)構(gòu)安全、穩(wěn)定[2]。

5.優(yōu)越的抗震性能。FRP 材料自身具有較高的自振頻率，與傳統(tǒng)建材相比較，在土木工程結(jié)構(gòu)中通常不會發(fā)生共振問題，有助于避免或減少出現(xiàn)土木工程結(jié)構(gòu)快速脆斷的現(xiàn)象。同時FRP 材料存在大量界面，能夠表現(xiàn)出很強的振動阻尼性，如果激起振動，能夠在較短的時間內(nèi)使其衰減，保證結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性。

6.過載安全。由于FRP 材料內(nèi)含有大量獨立的纖維，當(dāng)出現(xiàn)過載時，僅會出現(xiàn)少量的纖維斷裂，將所承受的載荷快速分配到尚未被破壞的纖維中，能夠避免土木工程構(gòu)件發(fā)生瞬間喪失承載力的情況，有效規(guī)避結(jié)構(gòu)構(gòu)件斷裂問題。

7.具有較好的美學(xué)觀賞性。FRP 材料組分中的材料纖維大多具有較好的柔軟特性，并且樹脂材料可進行流動，所以在實際工程中運用FRP 材料時，能夠解決傳統(tǒng)建材形狀受限的問題，并且可根據(jù)工程用途和特點，任意進行著色，促使結(jié)構(gòu)型式與材料美學(xué)之間達成和諧統(tǒng)一的關(guān)系。

8.具備智能化優(yōu)勢。FRP材料在土木工程中的運用，可發(fā)揮智能纖維材料優(yōu)勢，促使工程結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)智能化特征。比如利用熱電控制技術(shù)制作梁構(gòu)件，其能夠像人體肌肉纖維一般，呈現(xiàn)多種形狀和張力變化，有利于根據(jù)建筑物受到的震動情況，合理改變梁固有的剛性和振動頻率，有利于減小振幅，保證框架結(jié)構(gòu)使用壽命盡可能延長，同時還能夠起到隔絕噪聲的作用[3]。

3 FRP 材料在土木工程中的具體運用

3.1 應(yīng)用加固FRP 材料

綜合考慮FRP 材料是由纖維材料混合而成，在強度方面具有相對較大的優(yōu)勢，因此在土木工程加固施工中可得到良好運用，有利于提升工程結(jié)構(gòu)的整體質(zhì)量和安全性。目前結(jié)合土木工程建設(shè)實際，F(xiàn)RP 材料主要運用在混凝土材料、鋼架結(jié)構(gòu)以及土石結(jié)構(gòu)中，比如在制備混凝土材料時，使用FRP 材料能夠達到較好的腳骨效果，通過FRP 材料纏繞有利于提升混凝土的穩(wěn)定性，促使承載力進一步提升。同時也可將該新型材料運用到梁、板等位置，有助于提升混凝土結(jié)構(gòu)的抗彎曲能力，進而避免受到外力作用而導(dǎo)致裂縫問題。除此之外，由于FRP 材料具有較強的抗腐蝕性，在鋼筋工程中能夠有效保護工程構(gòu)件，促使其抗腐蝕能力得到進一步增強，有助于防范后期出現(xiàn)質(zhì)量問題或成本增加等。在具體的土木工程加固施工中，對FRP 材料的運用要點主要有以下幾個方面。

首先，應(yīng)用在梁體加固層面。針對梁體的加固主要是借助環(huán)氧樹脂材料，在待加固的梁外部粘貼鋼板，能夠有效增加梁自身的彎曲強度，并且該項施工操作較為簡便[4]。

其次，應(yīng)用在柱體加固方面。FRP 材料在土木工程結(jié)構(gòu)表面能夠發(fā)揮其纏繞性能，以此對柱體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生封閉式的包裹覆蓋作用，有利于形成有效的保護層，進而實現(xiàn)加固效果。在具體施工過程中，如果柱體形狀為非常規(guī)的圓柱體形狀，則要求施工人員先對柱體表面開展相應(yīng)的處理工作。

再次，應(yīng)用在混凝土板加固方面。利用FRP 材料對混凝土板實施補強加固作業(yè)時，必須保障FRP 材料的應(yīng)用策略與梁的方法相一致。同時要將FRP 材料有效粘貼或者嵌入混凝土板體結(jié)構(gòu)的受拉位置，有利于起到良好的保護作用，防范混凝土板出現(xiàn)損壞以及破裂等情況。

最后，應(yīng)用在節(jié)點加固層面。在土木工程施工過程中，對于節(jié)點實施加固是至關(guān)重要的，其作為結(jié)構(gòu)中不同構(gòu)建的連接部位，必須保障其具有較好的安全性，以此提高土木工程的整體使用性能和安全性。通過應(yīng)用FRP 材料則能夠促使節(jié)點部位的延展性得到提升，保障其承載力極限值可顯著提高，充分確保土木工程的安全性和穩(wěn)定性進一步增強。

3.2 應(yīng)用FRP 筋

根據(jù)FRP 材料的特性，其具有高強輕質(zhì)、工藝簡單、耐腐蝕性強、電磁絕緣性良好等特性，因此制備FRP 筋可作為一種新型材料，充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢，提升土木工程質(zhì)量。比如在當(dāng)前階段的土木工程中，對于FRP 筋的運用主要體現(xiàn)在混凝土結(jié)構(gòu)、盾構(gòu)技術(shù)以及邊坡加固等方面，相比于普通鋼筋材料，F(xiàn)RP 筋能夠表現(xiàn)出更為優(yōu)越的功能性，可作為鋼筋或者鋼索的替代材料。在具體應(yīng)用環(huán)節(jié)，其要點如下。

1.盾構(gòu)技術(shù)中應(yīng)用FRP 筋。在地鐵車站等土木工程中，F(xiàn)RP 筋的應(yīng)用能夠發(fā)揮耐久性好、易切割、強度高等優(yōu)勢，即利用FRP 筋取代普通鋼筋，有利于形成鋼筋混凝土維護結(jié)構(gòu)，有助于滿足結(jié)構(gòu)施工要求，確保盾構(gòu)機能夠順利推進施工作業(yè)。同時運用FRP 筋可有效減少盾構(gòu)機鉆進過程中，維護結(jié)構(gòu)對盾構(gòu)機刀片所產(chǎn)生的損傷，有助于大幅節(jié)省成本，并可縮短施工周期。

2.邊坡加固中應(yīng)用FRP 筋。有FRP 材料具備相對較強的耐久性和耐腐蝕性，在土木工程中運用FRP 筋，能夠有效替代鋼筋實現(xiàn)邊坡加固。以某路段工程為例，道路右側(cè)上方的邊坡高度約在30m 左右，其坡度較為陡峭，經(jīng)過勘察，該區(qū)域地層巖性為泥質(zhì)粉砂巖，具有強度低、易風(fēng)化等特點。為充分保障施工安全，在加固施工過程中采用多層FRP 筋錨桿，有效促使邊坡的穩(wěn)定性大幅提高，保證土木工程質(zhì)量。

3.混凝土結(jié)構(gòu)中應(yīng)用FRP 筋。對于FRP 筋在土木工程混凝土結(jié)構(gòu)中的運用，通常適用于特定的條件，一般情況下，在凍融地區(qū)、高鹽堿地區(qū)對FRP 筋有較好的應(yīng)用效果，其能夠比較顯著地避免出現(xiàn)腐蝕問題，防范對土木工程結(jié)構(gòu)產(chǎn)生嚴重損害，有助于在工程后期減少維護成本，保證結(jié)構(gòu)使用期限得到延長，確?；炷两Y(jié)構(gòu)施工質(zhì)量穩(wěn)定。

3.3 應(yīng)用FRP 材料組合結(jié)構(gòu)

在現(xiàn)代土木工程實踐中對于FRP 材料的運用，越來越注重組合結(jié)構(gòu)形式，以此進一步提升材料性能，有效融合不同組合類型的特點，充分實現(xiàn)優(yōu)勢互補，進而構(gòu)建全新的結(jié)構(gòu)體系。在具體工程項目中，對于FRP 材料組合結(jié)構(gòu)的應(yīng)用要點如下。

1.FRP 管混凝土。通過利用填充的方式制備符合土木工程建設(shè)要求的結(jié)構(gòu)組件，有助于提升對混凝土起到較好的約束性，保障施工效率和質(zhì)量得到提高。在施工作業(yè)環(huán)節(jié)，對FRP 管混凝土的運用，則是在相應(yīng)的管中填充混凝土，進而提升結(jié)構(gòu)的負載能力和穩(wěn)定性，有效降低自身重量，使其具有較強的耐用性。目前階段在土木工程施工中，對于FRP 管混凝土的應(yīng)用范圍較為廣泛，在未來發(fā)展前景廣闊。

2.FRP 鋼管混凝土組合構(gòu)件。其是指在整體的土木工程結(jié)構(gòu)中，合理安裝空心鋼管，然后再進行混凝土填充作業(yè)，能夠充分對鋼筋材料起到較好的保護效果。同時也能夠?qū)炷廉a(chǎn)生一定的約束作用，切實提升土木工程結(jié)構(gòu)的抗變形能力、承載力，進一步保證工程施工質(zhì)量符合建設(shè)要求。

3.FRP 混凝土組合梁。在實際土木工程施工中，可借助混凝土施加壓力，有利于實現(xiàn)結(jié)構(gòu)組合的目的，能夠充分展現(xiàn)FRP 材料的應(yīng)用優(yōu)勢。因此在土木工程的永久性模板中合理運用FRP 組合梁，能夠在很大程度上滿足工程后期的施工質(zhì)量要求。

4.CFEP 鋁合金組合構(gòu)件。在土木工程中可運用新型的鋁合金組合構(gòu)件，即將FRP 材料設(shè)置在構(gòu)件的外表面，可有效提升構(gòu)件的耐腐蝕性，進而解決FRP 材料現(xiàn)存的脆性較大等問題，并能夠提升土木工程結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耐腐蝕性，保證各個構(gòu)件能夠有效連接。

5.FRP 木組合構(gòu)件。為有效滿足現(xiàn)代土木工程施工要求，可將FRP 材料與木材進行有機結(jié)合，能夠促使工程結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變受力特點，并增強木制材料的抗火能力。在具體實踐中應(yīng)用FRP 木組合構(gòu)件，還能夠比較顯著的提升結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能，有效對負載壓力進行緩解，促使整體工程成本支出有效降低。

4 FRP 材料在土木工程中的發(fā)展展望

近年來，F(xiàn)RP 在土木工程中的應(yīng)用研究已經(jīng)成為土木工程領(lǐng)域的熱門學(xué)科，并對相關(guān)技術(shù)研發(fā)以及推廣重視程度日益提升。特別是在當(dāng)前社會經(jīng)濟逐漸趨向高質(zhì)量的背景下，對土木工程質(zhì)量有更高的要求，由此對FRP 材料的應(yīng)用實踐也將越來越普遍，在未來市場中具有廣闊的發(fā)展?jié)摿涂臻g?；诖?，在未來發(fā)展階段，土木工程將持續(xù)加大對FRP 等新型材料的運用力度，將其作為傳統(tǒng)建材的重要補充。同時，由于我國是現(xiàn)階段國際上土木工程行業(yè)FRP 使用量最大的國家，因此還需結(jié)合具體的土木工程建設(shè)情況，深入研究和開發(fā)更多的新型FRP 復(fù)合材料，進而滿足現(xiàn)代土木工程技術(shù)要求，積極拓展現(xiàn)代復(fù)合材料應(yīng)用市場。綜合國內(nèi)建設(shè)行業(yè)對FRP 材料的理解，主要集中在對既有結(jié)構(gòu)的加固和簡單的應(yīng)用層面，所以在未來一段時間內(nèi)，針對FRP 材料的研究，將注重對低成本FRP 鋼筋材料的研發(fā)和批量生產(chǎn)，充分發(fā)揮FRP 材料的耐久性、抗震性、火容性等優(yōu)勢，切實提高土木工程的社會效益和經(jīng)濟效益。另外，隨著我國重大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)以及各行業(yè)建筑物建設(shè)活動頻繁開展，對結(jié)構(gòu)安全性和使用壽命的需求逐漸增加，相關(guān)材料科學(xué)及工程技術(shù)人員等，應(yīng)當(dāng)在未來注重對FRP 材料的研發(fā)和改進，以此形成發(fā)展勢頭強勁、市場容量巨大的新興產(chǎn)業(yè)，促進土木工程材料創(chuàng)新發(fā)展。

5 結(jié)語

綜上所述，隨著現(xiàn)階段土木工程行業(yè)的高速發(fā)展，大量先進技術(shù)與材料得到良好應(yīng)用，進一步提升工程建設(shè)質(zhì)量。FRP 材料是一種具有高耐腐、高強度、輕質(zhì)的新型建材，在土木工程施工中合理應(yīng)用可發(fā)揮諸多優(yōu)勢，保證工程建設(shè)水平和效率大幅提高，并能夠確保施工過程的安全性，減少成本投入。因此，在具體工程實踐中，相關(guān)人員應(yīng)當(dāng)充分把握對FRP 材料的應(yīng)用要點，及時注重采用FRP 材料對工程進行加固，有效運用FRP 筋對盾構(gòu)施工、邊坡加固以及混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化施工提供良好的支持，同時通過FRP 材料組合結(jié)構(gòu)強化工程整體安全性和穩(wěn)定性，切實推動土木工程可持續(xù)發(fā)展。