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摘 要：本文主要介绍了FRP筋的类型和性能，列举了其在工程中的应用范围，总结了最近国内外关于FRP筋的最新研究成果，对FRP筋未来的应用前景作了展望。
关键词：FRP筋 力学性能 应用前景
1 引言
钢筋混凝土作为一种优良的传统建筑材料，被广泛应用于工程结构中。钢筋具有耐久性、耐火性较好，整体性好、可模性好，可以就地取材、节约钢材并降低造价等特点，但是在使用过程中也存在不少问题，比如自重大、抗裂性能差、钢筋锈蚀影响结构的耐久性等问题。针对钢筋锈蚀所引起的混凝土结构耐久性问题，国内外专家学者提出采用轻质、高强度、耐腐蚀的纤维增强复合材料（FRP）筋代替钢筋，并已将FRP成功应用于桥梁、水工建筑物等。
2 FRP筋的种类
FRP筋材是由多股连续纤维通过基底树脂材料浸渍后，再经过特制的模具挤压和拉拔成型的。作为加劲材料的纤维主要有玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等不同种类；作为基材的树脂主要起粘结胶合和传递剪力作用，主要有聚酯树脂、环氧树脂、聚酰胺树脂等不同类型。根据纤维加劲材料种类的不同，目前用于工程结构中的FRP筋主要有三种：玻璃纤维增强复合材料（GFRP）筋、碳纤维增强复合材料（CFRP）筋、芳纶纤维增强复合材料（AFRP）筋。FRP筋中纤维占60%-65%，其余为基材，基材对FRP筋的抗拉强度没有贡献，因而FRP筋的强度小于用来制造它们的纤维。
3 FRP筋的性能
作为一种新型复合材料，FRP筋与普通钢筋相比，具有以下特点[1]：
（1）抗拉强度高，FRP筋的抗拉强度至少可在600MPa以上，国外有些CFRP筋的强度达到2600MPa，远大于普通钢筋和高强钢丝。
（2）容重小，FRP筋的容重仅为普通钢筋的20%左右，相同直径下其质量大大轻于普通钢材，其强度与质量密度的比值越高（为普通钢材的10-15倍），因此用于混凝土结构中可大大减轻结构的自重。
（3）耐腐蚀性能好。由于FRP筋采用的主要材料是非金属的纤维，纤维本身和粘结材料都具有抗腐蚀的特性，因此在腐蚀性的环境中工作时，FRP筋的耐久性一般要大大优于钢筋。
（4）抗剪强度低，FRP筋的抗剪切强度较低，运用刀片人工即可切割筋材，具有良好的加工性能，但不宜让FRP筋承受剪切和弯折应力。
（5）弹性模量较低。FRP筋的弹性模量约为钢筋的25%-75%，这样，在配有FRP筋的混凝土结构中，如果不施加预应力，则挠度较大和裂缝开展较宽。
（6）电磁绝缘性好，在某些特殊的建筑（如飞机跑道、医院以及有特殊要求的实验室等）中，钢筋混凝土结构中钢筋的存在对整个结构的电磁场会产生不利的影响，而由于FRP筋是非金属材料，其电绝缘性能好，用以代替钢筋十分合适。
（7）热膨胀系数与混凝土接近，当环境温度发生变化时，FRP与混凝土协同工作，两者间不会产生大的温度应力。
（8）抗疲劳性能好，FRP筋的抗疲劳性能与钢筋相当，能够满足结构构件对抗疲劳的要求。
（9）热稳定较差。一般情况下，GFRP筋的适宜工作温度范围为-50℃～70℃，而AFRP筋为-50℃～120℃。当超过这些温度范围后，FRP筋的抗拉强度就会出现明显下降。因此，在一些特殊的建筑中须专门考虑温度对FRP筋强度的影响或采用特殊树脂的FRP筋。但对于包裹于混凝土结构中的FRP筋，此缺点对结构的影响大为减少。
4 FRP筋的应用
FRP筋以其自身的特点，主要应用范围有[2][3]：
（1）用作混凝土桥梁中的预应力筋和板中的配筋或外部加固筋，及需要防结冰的混凝土结构处，例如桥墩、隔离栏等。
（2）用于海水、淡水的码头、堤坝、或靠近水边的混凝土构筑物中。
（3）用于有机物含量较多的、腐蚀性较强、受地下水升降变化影响的浮动建筑、地下室、深井、隧道、钻探勘探工程中短期加固的水泥结构，对重量敏感的水泥结构等处。
（4）用于接触化学腐蚀环境的混凝土结构中，如污水处理厂、化工厂、造纸厂等
（5）用于地锚
（6）可用做水泥路面的传力杆，因为普通钢筋传力杆的腐蚀会引起混凝土路面的剥落，降低路面的使用性和耐久性。
（7）利用其高强性能，用做斜拉桥的拉索
（8）FRP筋具有良好的透波性和非磁性，可将其用于对电磁有特殊要求的结构，如电化通讯设备建筑、雷达站、机场通讯塔、医院电磁设备房等。
5 FRP筋的發展前景
目前，国内已有许多科研单位及企业非常重视FRP筋材料的研制与生产工作，已有的产品也基本可以满足研究工作的需要，基本具备产业化、市场化的基础。许多院校都已承担了包括国家自然基金项目及省部级项目在内的大量科研项目的研究工作，研究成果层出不穷。但FRP筋的价格、脆性、锚固等因素仍然阻碍了其广泛应用。由于FRP筋具有诸多优点，随着FRP材料性能的改善，以及研究工作的不断深入和计算方法的不断改进，FRP筋在混凝土结构中的应用将会更加广泛和经济，将会成为一种常用的建筑材料，应用于一般的结构中。
FRP筋的研究开发和应用，将为现代复合材料产业开辟出巨大的应用市场，因而具有非常广阔的发展应用前景。
关键词：FRP筋 力学性能 应用前景
1 引言
钢筋混凝土作为一种优良的传统建筑材料，被广泛应用于工程结构中。钢筋具有耐久性、耐火性较好，整体性好、可模性好，可以就地取材、节约钢材并降低造价等特点，但是在使用过程中也存在不少问题，比如自重大、抗裂性能差、钢筋锈蚀影响结构的耐久性等问题。针对钢筋锈蚀所引起的混凝土结构耐久性问题，国内外专家学者提出采用轻质、高强度、耐腐蚀的纤维增强复合材料（FRP）筋代替钢筋，并已将FRP成功应用于桥梁、水工建筑物等。
2 FRP筋的种类
FRP筋材是由多股连续纤维通过基底树脂材料浸渍后，再经过特制的模具挤压和拉拔成型的。作为加劲材料的纤维主要有玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等不同种类；作为基材的树脂主要起粘结胶合和传递剪力作用，主要有聚酯树脂、环氧树脂、聚酰胺树脂等不同类型。根据纤维加劲材料种类的不同，目前用于工程结构中的FRP筋主要有三种：玻璃纤维增强复合材料（GFRP）筋、碳纤维增强复合材料（CFRP）筋、芳纶纤维增强复合材料（AFRP）筋。FRP筋中纤维占60%-65%，其余为基材，基材对FRP筋的抗拉强度没有贡献，因而FRP筋的强度小于用来制造它们的纤维。
3 FRP筋的性能
作为一种新型复合材料，FRP筋与普通钢筋相比，具有以下特点[1]：
（1）抗拉强度高，FRP筋的抗拉强度至少可在600MPa以上，国外有些CFRP筋的强度达到2600MPa，远大于普通钢筋和高强钢丝。
（2）容重小，FRP筋的容重仅为普通钢筋的20%左右，相同直径下其质量大大轻于普通钢材，其强度与质量密度的比值越高（为普通钢材的10-15倍），因此用于混凝土结构中可大大减轻结构的自重。
（3）耐腐蚀性能好。由于FRP筋采用的主要材料是非金属的纤维，纤维本身和粘结材料都具有抗腐蚀的特性，因此在腐蚀性的环境中工作时，FRP筋的耐久性一般要大大优于钢筋。
（4）抗剪强度低，FRP筋的抗剪切强度较低，运用刀片人工即可切割筋材，具有良好的加工性能，但不宜让FRP筋承受剪切和弯折应力。
（5）弹性模量较低。FRP筋的弹性模量约为钢筋的25%-75%，这样，在配有FRP筋的混凝土结构中，如果不施加预应力，则挠度较大和裂缝开展较宽。
（6）电磁绝缘性好，在某些特殊的建筑（如飞机跑道、医院以及有特殊要求的实验室等）中，钢筋混凝土结构中钢筋的存在对整个结构的电磁场会产生不利的影响，而由于FRP筋是非金属材料，其电绝缘性能好，用以代替钢筋十分合适。
（7）热膨胀系数与混凝土接近，当环境温度发生变化时，FRP与混凝土协同工作，两者间不会产生大的温度应力。
（8）抗疲劳性能好，FRP筋的抗疲劳性能与钢筋相当，能够满足结构构件对抗疲劳的要求。
（9）热稳定较差。一般情况下，GFRP筋的适宜工作温度范围为-50℃～70℃，而AFRP筋为-50℃～120℃。当超过这些温度范围后，FRP筋的抗拉强度就会出现明显下降。因此，在一些特殊的建筑中须专门考虑温度对FRP筋强度的影响或采用特殊树脂的FRP筋。但对于包裹于混凝土结构中的FRP筋，此缺点对结构的影响大为减少。
4 FRP筋的应用
FRP筋以其自身的特点，主要应用范围有[2][3]：
（1）用作混凝土桥梁中的预应力筋和板中的配筋或外部加固筋，及需要防结冰的混凝土结构处，例如桥墩、隔离栏等。
（2）用于海水、淡水的码头、堤坝、或靠近水边的混凝土构筑物中。
（3）用于有机物含量较多的、腐蚀性较强、受地下水升降变化影响的浮动建筑、地下室、深井、隧道、钻探勘探工程中短期加固的水泥结构，对重量敏感的水泥结构等处。
（4）用于接触化学腐蚀环境的混凝土结构中，如污水处理厂、化工厂、造纸厂等
（5）用于地锚
（6）可用做水泥路面的传力杆，因为普通钢筋传力杆的腐蚀会引起混凝土路面的剥落，降低路面的使用性和耐久性。
（7）利用其高强性能，用做斜拉桥的拉索
（8）FRP筋具有良好的透波性和非磁性，可将其用于对电磁有特殊要求的结构，如电化通讯设备建筑、雷达站、机场通讯塔、医院电磁设备房等。
5 FRP筋的發展前景
目前，国内已有许多科研单位及企业非常重视FRP筋材料的研制与生产工作，已有的产品也基本可以满足研究工作的需要，基本具备产业化、市场化的基础。许多院校都已承担了包括国家自然基金项目及省部级项目在内的大量科研项目的研究工作，研究成果层出不穷。但FRP筋的价格、脆性、锚固等因素仍然阻碍了其广泛应用。由于FRP筋具有诸多优点，随着FRP材料性能的改善，以及研究工作的不断深入和计算方法的不断改进，FRP筋在混凝土结构中的应用将会更加广泛和经济，将会成为一种常用的建筑材料，应用于一般的结构中。
FRP筋的研究开发和应用，将为现代复合材料产业开辟出巨大的应用市场，因而具有非常广阔的发展应用前景。