FRP混凝土研究及应用现状.doc

FRP混凝土研究及应用现状 摘要：FRP复合材料（Fiber Reinforced Plastic，FRP），具有质量轻、抗拉强度高、耐腐蚀性强、材料结合力强、透磁波性能强等优点，近年来在国内外的混凝土结构加固及工程改造中得到广泛应用。并作为一种新型高性能结构材料受到结构工程界的广泛关注，国内外有关研究和工程单位开展了大量的研究和实践应用。[1]。 1 FRP材料 1.1 FRP材料概述 纤维增强复合材料FiberReinforcedPolymer，简称FRP是由纤维材料与基体材料按一定比例混合并经过一定工艺复合形成的高性能新型材料。近年来，FRP以其高强、轻质、耐腐蚀等优点，开始在土木工程领域得到应用。目前工程结构中常用的FRP主要为碳纤维carbon fiber、玻璃纤维glass fiber）和芳纶纤维aramid fiber）增强的树脂基体，分别简称为GFRP、CFRP和AFRP。近年来，尤其在美国北岭地震和日本阪神大地震后，FRP材料主要是片材加固补强混凝土结构技术在工程中得到了很好的应用。随着这项技术在世界各地的推广和发展，FRP材料的轻质高强、耐腐蚀、施工性能好等优越性能被工程界逐渐认可，开始以各种形式应用于各类土木与建筑结构工程中。目前，FRP材料在工程结构中的应用和研究十分活跃，已逐渐形成一个新的学科研究热点[2]。 FRP具有以下优点： 1）有很高的比强度，即通常所说的轻质高强因此采用FRP材料可减轻结构自重。在桥梁工程中，使用FRP结构或FRP组合结构作为上部结构可使桥梁的极限跨度大大增加。理论上用传统结构材料桥梁的极限跨度在5000m以内而上部结构使用FRP结构可达8000m以上[3]。 2）有良好耐腐蚀性，FRP可以在酸、碱、氯盐和潮湿的环境中长期使用，这是传统结构材料难以比拟的。在美国每年因钢材腐蚀造成的工程结构损失高达700亿美元，近16的桥梁因钢筋锈蚀而严重损坏；加拿大用于修复因老化损坏的工程结构的费用达490亿加元；我国目前因钢材锈蚀而造成的损失也在逐年增加。而在化工建筑、盐渍地区的地下工程、海洋工程和水下工程中，FRP材料耐腐蚀的优点已经得到实际工程的证明。一些发达国家已经开始在寒冷地区和近海地区的桥梁、建筑中较大规模地采用FRP结构或FRP配筋混凝土结构以抵抗除冰盐和空气中盐分的腐蚀，极大地降低了结构的维护费用，延长了结构的使用寿命。 3）具有很好的可设计性。FRP属于人工材料，可以通过使用不同的纤维材料、纤维含量和铺陈方向设计出各种强度指标、弹性模量以及特殊性能要求的FRP产品。而且FRP产品成型方便，形状可灵活设计[4]。 4）具有很好的弹性性能，应力应变曲线接近线弹性，在发生较大变形后还能恢复原状，塑性变形小，有利于结构偶然超载后的变形恢复。 5）FRP产品适合于在工厂生产、运送到工地、现场安装的工业化施工过程，有利于保证工程质量、提高劳动效率和建筑工业化。 6）其它优势，包括透电磁波、绝缘、隔热、热胀系数小等，使得FRP在一些特殊场合能够发挥难以取代的作用，如雷达设施、地磁观测站、医疗核磁共振设备结构。 [5-7]。由试验结果可知： 应力松弛（0年～50年）：a、AFRP筋的应力松弛随温度升高而增大；b、AFRP筋在空气中的应力松弛要比在溶液中的小，在酸溶液中的应力松弛最大；C、纤维筋的应力松弛随最初的预应力水平的增大而增大。 2）疲劳（荷载循环300万次）：a、应力范围在58～116MPa，最小应力小于纤维筋极限抗拉强度的50％时，AFRP筋表现出良好的抗疲劳性能；b、随应力范围和最小应力的增大，AFRP筋的抗疲劳性能降低[8]。 3）徐变（在大小为纤维筋短期极限抗拉应力的40％的持续荷载作用下）：AFRP筋的徐变性能在酸性溶液、碱性溶液和空气中依次提高。本试验表明AFRP筋在酸性环境下耐久性差，但好于钢筋的耐久性[9]。 我们需要进一步研究纤维筋更长时期和直接与化学溶液接触的应力松弛、疲劳和徐变特性。美国的Rajah. Sen等人对预先开裂（模拟实际情况）的AFRP筋预应力混凝土梁暴露在干湿（潮汐）和热冷循环条件下达33个月的耐久性进行了研究[10]。试验表明： AFRP筋与混凝土的粘结在干湿和热冷循环条件下非常脆弱。 2）AH筋预应力混凝土梁的极限承载力基本随暴露时间的增长而逐渐减小，减小幅度可达55.3%。 3）证明了由于芳纶纤维吸收水分而产生膨胀，引起的环向应力导致AFRP筋与混凝土的粘结破坏。 由试验可知，FRP混凝土结构在干湿和温差大的环境条件下的耐久性较差，但这个试验结果只适合本试验的试验条件，同时，由本试验可知FRP材料对环境条件很敏感，因此还需要进一步研究在实际环境条件下FRP筋预应力混凝土结构的耐久性。 2.2 FRP混凝土结构的延性 由于纤维筋的高抗拉