一、FRP筋材的发展
混凝土结构是世界上应用最广泛的建筑建材之一,其结构都是以钢筋增强砼强度,钢筋由PH值在11-13之间的碱性混凝土中保护,使钢筋混凝土结构具有一定的耐久性。但是,暴露在侵蚀性环境下的钢筋混凝土(例如用除冰盐处理过的路桥、海边建筑物、化工厂、污水处理厂等)。在适宜的条件,混凝土受碳化物和氯化物的浸入,使混凝土逐渐中性化,钢筋钝化膜破坏而开始腐蚀。受腐蚀的钢筋体积比原来组织中的铁金属体积增大,这形成了很大的内膨胀力,导致混凝土开裂和剥落,最终引起建筑物毁坏,很多建筑物或多或少的出现了类似的问题及隐患。因而解决该类建筑的腐蚀问题,尤其是特殊场合下建筑物的防腐蚀问题成为世界性的大问题。为了解决这一难问题,各国科技人员尝试了多种抑制腐蚀的途径,如:增强混凝土的覆盖厚度,使用添加剂和掺和物来提高混凝土的透气性,采用阴极防腐保护法和电防蚀,使用氧化硅薄膜保护层和无粘接钢筋束,使用环氧树脂涂覆钢筋,使用短切玻璃纤维增强水泥等方法,其效果有限,直到八十年代初,国外在混凝土中应用玻璃纤维增强塑料方法得到认可,玻璃纤维增强树脂筋材开始了商业化生产,才逐渐形成批量,据报道,九十年代初西方国家每年FRP筋材的消耗量量达到三十亿美元,欧洲、日本、美国、加拿大等国FRP筋材用在混凝土结构的性能研究及工程应用也异常迅猛,日前,美国的休斯兄弟公司及欧文思康宁公司每年的产量达三十亿美元。
欧洲于1998年成立了研究纤维塑料增强混凝土结构的联合攻关组织,简称:“FU-RO-CRETE”,加拿大于1995年成立了专门研究纤维增强塑料加固混凝土结构的专家委员会,简称:“ISIS”.
美国也成立相应的委员会“ACI”的委员会,并公布了AC1440R-96(REAPPROVED2002)“FRP筋增强混土设计和结构指南”。
日本的土木工程学会(JECE)1997年JECE提出了连续纤维材料增强混凝土构件设计施工建议。
总之,国外不少科研机构为研制FRP筋材投入了大量的人力、物力及资金并取得了一定的成果。
我国目前普遍处在钢筋涂层领域的研究和生产中,环氧树脂涂层钢筋是一种解决钢筋抗腐蚀的办法,但是,由于环氧树脂涂层厚度一般在0.15-0.3mm之间,筋材在搬运、装卸、折弯、捆扎、浇灌、振动等过程中的难免局部表面受到破坏,同时该涂层工艺复杂,成本高,FRP筋材的诞生解决了上述问题。目前国内少数的科研单位和生产厂家正在进行研制和试生产中。
二、FRP筋材的性能
FRP筋材是以玻璃纤维增强塑料为基材的复合材料,其物理性能如1:
表1

三、FRP筋材的成型工艺
FRP筋材的成型工艺
FRP筋材是用拉挤成型法生产工艺、见工艺流程图
纤维→浸胶→热成型→牵引→引割→检验→进库
↑
配胶液
为了提高FRP筋材与混凝土的粘固性,我公司在成型部分采用了表面处理工艺。
四、玻璃钢筋的应用
由于FRP筋材的低弹性模量和目前初次投资单位成本较高的现状,不可能全部取的各种特殊性能,如耐化学腐蚀性、高轴向抗拉强度、非磁性、重量轻等,奠定了它特殊场完全场合可以完全取代的巨大潜力,市场前景广阔。特别是在那些使用钢筋需要初期保护措施又需要高成本定期维护的应用场合,更显示FRP筋的优越性。现分别介绍几个主要应用领域。
1、混凝土桥梁结构上的应用
在寒冷的冬天,每年要在桥梁、路面上撒布大量的岩盐,以防冰冻。但盐水传统钢筋混凝土桥梁的腐蚀问题,降低维修成本,增加桥梁使用寿命。据报道,在桥梁工程方面,美国使用FRP筋最大工程项目是西弗吉尼亚州的一座桥梁-Mackingleyville桥,这是美国第一座使用FRP筋材增强桥板的公路桥架,全长5000m,于1993年开始修建,1996年10月通车,建成后计划对材料的使用性能监视数年。该桥首次获得了在桥使用FRP筋材的经验,使FRP筋材迈出了商业化的步子。1992年左右,德国已建立三座使用FRP筋材的预应力混凝土桥梁。第一座是1980年在迪塞尔夫市建的人行桥。第二座是1986年在迪塞尔夫市乌伦堡街建的两跨(21.3m和25.6m)公路桥,桥宽15m;第三座是20世纪90年代建的两跨(27.61m和22.9m)人行桥。尤其值得注意的是,在迪塞多夫建造一座使用新型FRP筋的桥梁中,在FRP筋中加入光学纤维,可以测量当时的预应力状况,从光学传感器得到的数据通过电话传给业主,以验证FRP筋的耐氯化物性能。在美国牛津附近的查乐格鲁和在挪威的奥斯陆都建成了使用FRP筋的人行天桥。在日本,FRP筋在公路桥、人行桥、吊桥浮桥中也有很多应用实例。
我国目前已建成的上海复兴中路地下隧道双层立交桥和宜山轻轨等工程就使用的FRP筋材。
2、道路建设中的应用
在道路建设中,主要采用连续配筋的混凝土路面及预应力混凝土公路都需要提高耐久性。因为道路防冻盐的使用,会加剧钢筋的腐蚀。为解决防蚀问题,道路采用FRP筋材显示出了很大的优势。如美国RTD工业公司就将FRP筋应用在衣阿华州和威斯康星州的公路上。
3、在海港、码头、沿海、停车场等结构混凝土领域中的应用在停车场。无论是高层建筑的停车场,地面停车场还是地下停车场场都有冬季防冻问题,因而该类建筑物也需要提高其耐盐性、耐久性。沿海地区很多建筑物阳台的钢筋,由于海风中海盐粒子所含氯化物离子的腐蚀而发生明显的早期劣化。在美国有人使用FRP筋材代替被腐蚀的钢筋来修复这些阳台。在沿海的佛罗里达州一饭店应用FRP筋来修复被海水损坏的支撑饭店的混凝土桩。在日本一靠近海岸的混凝土煤仓使用4700m2FRP格栅作为防裂筋。其他如码头、桥墩、挡土墙、围堰、泊船设施、沉箱、桩柱、漂浮结构、采用平台、人工岛、灯塔、水渠、游泳池等临海或涉水的海上构筑物都有应用。
4、在防腐建筑上的应用
生活废水和工业废水是钢筋的重大腐蚀根源、其他气态、固态和液态的化学品也可以造成钢筋的腐蚀。而FRP筋耐蚀性胜过钢筋,因而它在污水处理厂、废水处理设备、石油化工设备、纸浆和造纸设备、液化气体设备、氮气罐。空气罐、矿物燃料管道,贮罐,冷却塔、烟囱、核电设备上都可以广泛使用。美国已有几家大的化学公司使用FRP筋增强混凝土制造污水处理池和化工厂地面板。
5、在地下工程中的应用
在地下工程中,通常使用FRP筋格栅来增强。由于FRP筋格栅弹性模量较低,容易适应地形的凹凸,与一次喷覆下的空隙小,可减少二次喷覆混凝土表面和背面的酸性水和含盐分水的侵害也不腐蚀。由于质轻,专门开发2m
X 3m尺寸的产品,安装方便,可大幅度缩短施工时间。日本将其广泛用于喷覆混凝筋、和倒拱筋、地下石油贮备设施、岩体罐等建筑构件中也大量使用。
6、在低导电和非磁性领域的构件中应用
由于FRP筋的电绝缘和易透电磁波特点,对防止因电流感应或短路造成人身危害,保护敏感电子通讯设备的领域使用混凝土建筑物,充分利用了FRP筋非磁性和非导电性特有性能,广泛应用医疗保健部门的磁共振成像设施基础、高级办公大厦、地震预测观察站、电子设备厂房、核聚变建筑物。其他还可用于磁浮式超速列车的导轨和超导性机动车辆的衍架、办公自动化设备地板、电脑传输塔、铝和铜的冶炼设备、电子和电信设备的检查孔、电视台、电台支架等领域。
7、其他领域的应用
随着FRP筋生产技术的基础进一步扩展,可生产带螺纹玻璃钢锚杆用于土壤锚筋、护批工程、码头防撞板、火力发电站挡水板、道路防壁等建筑构管上补强。
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