纖維增強塑料筋在土木工程中的應用

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

一、纖維增強塑料筋的物理性能

纖維增強塑料筋的密度只有鋼材的1/7至1/5，所以在設定直徑相同的情況下，纖維增強塑料筋質量會明顯小于鋼筋，而纖維增強塑料筋自身強度在鋼筋的10至15倍以上，對纖維增強塑料筋的施工荷載，勞動強度等都會大幅度少于鋼筋作業，將其應用于混凝土結構不僅可以減輕自重，降低地震災害對土木工程的影響，而且有效降低極限跨徑作業難度；除此之外，纖維增強塑料筋和混凝土的熱膨脹系數極為接近，分別為6-6至10-6攝氏度和7.2-6至10-6攝氏度，由此可見當應用纖維增強塑料筋混凝土結構的土木工程所處地域環境發生變化時，所產生的溫度應力并不足以破壞兩者的粘結，使其協同作業持續進行，延長其耐久性；而且纖維增強塑料筋屬于脆性材料，其應力與應變符合虎克定律，在達到極限抗拉強度前不會發生變形，所以土木工程的質量能夠得到保證。

二、纖維增強塑料筋在土木工程中的應用

（一）纖維增強塑料筋在橋梁工程中的應用

橋梁工程建設作為土木工程的重要分支，隨著經濟的發展和橋梁作用的變化，其使用的材料和工藝也發生著明顯的改變，古代由于橋梁的作用限于簡單通行，所以多以石料建材為主，坡面的陡度、形式和載重不受嚴格限制；而近年來隨著經濟的發展橋梁的作用逐漸擴大，其不僅對載重有了更高水平的要求，而且對跨度、坡面的陡度、形式等也有了明確的要求，鋼筋混凝土結構雖在一定程度上提升了橋梁的質量，但隨著跨度的逐漸加大和對橋梁使用壽命的要求逐漸提升，其自重過大等缺點逐漸暴露，而纖維增強塑料筋具有普通鋼筋所無法比擬的優點，將其應用于橋梁工程中不僅可以滿足大跨度橋梁建設的需要，而且對水體腐蝕也有了更強的抵抗，有效的延長了橋梁的使用壽命，提升了橋梁的整體質量，特別是在橋梁主體框架和橋面建設中的應用效果更是明顯，在保證橋梁實用性的同時大幅度的縮減了施工成本，目前發達國家都認識到纖維增強塑料筋在橋梁工程中應用的優點，并積極探索推廣，例如美國DEL351大橋，其主體只由兩塊復合材料橋面板組成，不僅質量輕，而且耐久性和實用性都相比過去橋梁更有保障，所以將其應用于橋梁工程對解決鋼筋自重問題有重大作用。

（二）纖維增強塑料筋在海洋工程中的應用

地球上海洋面積占總面積的71%左右，隨著人們對資源的需求量的增多，對國防鞏固的重視，海洋開發已經成為社會發展的必然趨勢，所以為實現海洋資源開發和海洋環境修復為目的的土木工程建設數量和規模逐漸增加，如人工島、碼頭、海上油田基地、堤壩等，海洋工程已經成為土木工程的重要組成部分，但受到海水侵蝕作用強的影響，即使海洋工程結構不斷進行調整，但其防腐問題仍是工程建設的重點和難點，現階段普遍應用的鋼筋混凝土結構工程不僅受到海風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，據調查顯示我國海洋工程中大部分處于港口、水道位置的鋼筋混凝土護岸樁、承載樁、板樁等在海水侵蝕中使用壽命都大幅度低于其標準使用年限，造成較大的經濟損失，而將纖維增強塑料筋應用于海洋工程中，憑借其抗腐蝕性能，其使用效果明顯優于鋼筋混凝土，例如日本Smitomo化工有限公司修建的由大量纖維增強塑料筋建設的碼頭，其建成后荷載試驗顯示其使用性能優等，而且預計使用壽命要明顯優于在鋼筋混凝土外加設混凝土防護墻，滿足國際對海洋工程耐久度的要求，由此可見將纖維增強塑料筋應用于海洋工程，對海洋工程的發展具有明顯的推動作用，符合社會發展要求。

（三）纖維增強塑料筋在巖土工程中的應用

巖土工程屬于土木工程的新興領域，在近年來工程數量增多、規模擴大的過程中，巖土工程得到了較快的發展，已經成為土木工程的分支種類，而且發展空間廣闊，西方發達國家認為巖土工程就是在進行各種建設工程中涉及到巖土、石土方等技術問題的學科，由此可見巖土工程不僅屬于土木工程而且對土木工程產生重要的影響，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、泥石流等地質災害的破壞，需要抗拉強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境的變化過程中必然會受到腐蝕，而且固定錨桿的水泥也會發生化學反應轉化成Ca(OH)2，使用錨桿的最初目的難以實現，不僅加大了工程量，而且工程面臨的隱患仍然存在，而將纖維增強塑料筋應用于巖土工程，可以使其對外界的腐蝕抵抗能力增強，使錨桿的使用壽命延長，不僅達到理想的效果，提升了工程對地質災害的抵抗能力，而且有效的提升了工程整體質量，現階段纖維增強塑料筋已經憑借其物理性能優勢被廣泛的應用與巖土工程，效果非常明顯。

（四）纖維增強塑料筋在特殊工程中的應用

由于鋼材的絕緣和抗磁性能較低，將其應用于非導電和非磁性結構工程中需要經過復雜的設計，其實現的難度非常大，而將具有高絕緣性和非磁性的纖維增強塑料筋應用于這種環境卻簡單直接，例如軍事工程方面應用纖維增強塑料筋作為機場、軍用設施防雷達干擾或敏感軍用設備測試設施的混凝土墻內，醫療方面應用于醫療保健單位磁共振成像設備工程中；另外，在高寒地區土木工程中應用鋼筋混凝土結構不僅維護難度大，而且建設周期長，此時應用纖維增強塑料筋可以有效地提升其耐久性，減少維修費用；除此之外，在溫度較高、易發生火災等地區進行土木工程建設，也可以利用纖維增強塑料筋取代普通鋼筋，充分發揮纖維增強塑料筋抗火性和熱塑性，使相關土木工程的質量和耐久性得到提升。

結論：

據調查顯示近年來鋼筋混凝土結構損壞造成的重大事故中，近60%是由鋼筋銹蝕引起，所以開發并推廣性能優于普通鋼筋的新型材料成為土木工程中急需解決的問題，纖維增強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，對土木工程質量的提升起到了推動作用。

作者：平措卓瑪 路文斌 單位：西藏大學農牧學院水利土木工程學院