什么是纖維增強(qiáng)(FRP)復(fù)合材料系統(tǒng)?

  FRP 復(fù)合材料系統(tǒng)在我國加固行業(yè)的歷史

  FRP 復(fù)合材料系統(tǒng)是由高強(qiáng)度的連續(xù)纖維(如玻璃絲、碳絲)與聚合物基體組合而成。其中選用的纖維提供主要的加固強(qiáng)度，而聚合物基體(大多數(shù)情況下為環(huán)氧樹脂)充當(dāng)粘合劑，保護(hù)纖維，并將負(fù)載轉(zhuǎn)移到纖維之上。

  纖維增強(qiáng)復(fù)合材料系統(tǒng) (FRP系統(tǒng))在美國的結(jié)構(gòu)加固修復(fù)領(lǐng)域中已有近 35 年的歷史。在此期間，F(xiàn)RP復(fù)合材料系統(tǒng)一步步成為主流的建筑材料，以優(yōu)越的性能和簡易的施工步驟在設(shè)計(jì)專業(yè)人員中越來越受歡迎。相比例如鋼板的黏貼和混凝土加大截面等傳統(tǒng)的加固修復(fù)技術(shù)來說，F(xiàn)RP系統(tǒng)造價(jià)低，容易設(shè)計(jì)還可以節(jié)省工期。這種工藝也在約20年前漂洋過海，傳入我們國家的市場之中。一時(shí)間，許多在國外或者外國企業(yè)工作的先驅(qū)者，明銳地嗅到了加固行業(yè)在國內(nèi)的蓬勃前景，分分投入到了推廣纖維增強(qiáng)復(fù)合材料系統(tǒng)的行業(yè)中。

  FRP 復(fù)合材料系統(tǒng)在施工中的應(yīng)用

  FRP 復(fù)合材料可以在現(xiàn)場加工，由碳絲或玻璃絲制成的干織物浸漬環(huán)氧樹脂，并粘結(jié)在準(zhǔn)備好的混凝土基材上。一旦固化，F(xiàn)RP復(fù)合材料 將成為基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中的一部分，作為外部粘合增強(qiáng)系統(tǒng)。單向的纖維干織物可因?yàn)樽陨砣彳?，可以輕松纏繞在任何幾何形狀，并且?guī)缀蹩梢园谌魏屋喞?。FRP 復(fù)合材料可粘附在如板或梁的張力側(cè)，以提供額外的抗拉強(qiáng)度，也可以包裹在鉗子和橫梁的網(wǎng)中以增加其剪切強(qiáng)度，或纏繞柱子，以增加其剪切和軸向強(qiáng)度。FRP 復(fù)合材料也可以在工廠里預(yù)制，按不同的要求以不同的形狀用于增強(qiáng)加固。這種預(yù)制成型的材料一般叫復(fù)合纖維板。

  目前，我國最常見的 FRP 系統(tǒng)是由碳纖維 (CFRP)和環(huán)氧樹脂組合而成的。相比玻璃纖維為基礎(chǔ)的加固系統(tǒng)，碳纖維有著優(yōu)越的機(jī)械性能和更高的拉伸強(qiáng)度和剛度和。但是由于自身的導(dǎo)電性能，碳纖維在許多應(yīng)用中有先天的劣勢和安全隱患，其耐久性也會(huì)因此打折。相比于玻璃纖維，其價(jià)格也更昂貴一些。

  FRP 系統(tǒng)與現(xiàn)有混凝土之間的結(jié)合至關(guān)重要- 混凝土表面需要盡可能平整以免氣泡的產(chǎn)生。在安裝 FRP 系統(tǒng)之前，同樣必須處理混凝土基層的所有變質(zhì)或腐蝕問題。如果不這樣做，可能會(huì)導(dǎo)致FRP 系統(tǒng)由于混凝土基板的脫層而損壞 ，性能則得不到保障。

  防火的評(píng)級(jí)

  雖然碳纖維能夠抵抗高溫，但FRP系統(tǒng)中的樹脂的臨界溫度則要低得多。如有設(shè)計(jì)上的要求， FRP復(fù)合材料需要搭配其他防火阻燃系統(tǒng)才能滿足其在高溫下的正常工作。

  在建筑物的防火評(píng)級(jí)上應(yīng)該忽略 FRP 系統(tǒng)。同時(shí)，在高溫下建筑物會(huì)損失FRP系統(tǒng)的加固性能。設(shè)計(jì)師則需要考慮火災(zāi)縱火等突發(fā)情況下建筑物是否有坍塌的危險(xiǎn)物。必要時(shí)應(yīng)該考慮在FRP復(fù)合材料系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上安裝相應(yīng)的防火阻燃隔熱材料系統(tǒng)。

  結(jié)論

  FRP 系統(tǒng)已成功地用于加固建筑物、橋梁、筒倉、儲(chǔ)罐、隧道和地下管道。FRP 材料成本的提高被減少的人工成本、設(shè)備使用和安裝期間的停機(jī)所抵消，因此它們比傳統(tǒng)的強(qiáng)化技術(shù)更具成本效益。

  雖然使用 FRP 進(jìn)行增強(qiáng)可能涉及復(fù)雜的流程，但與傳統(tǒng)增強(qiáng)方法相比，該系統(tǒng)具有許多優(yōu)勢。了解 FRP 的特性和局限性是開發(fā)正確的設(shè)計(jì)解決方案并將其用于正確應(yīng)用的重要步驟。