新材料FRP的研究与应用综述
谷 倩1 张祥顺1 彭少民1
【摘 要】综述了国内外FRP技术的研究现状，主要涉及FRP材料的物理性能与应用形式，FRP筋与预应力FRP筋作为结构受力筋在国外的研究与应用成果.最后对FRP技术在国内的应用与发展提出了建议. 【期刊名称】土木工程与管理学报 【年(卷),期】2003(020)001 【总页数】5
【关键词】纤维增强塑料(FRP)； 物理性能； 加固； FRP筋
在过去的半个多世纪里，在役结构的耐久性问题受到工程界的高度关注，以下两个方面尤为突出.
a.由于材料老化、环境腐蚀、工作荷载改变、自然灾害(地震、风等)以及施工质量等问题而导致大批的结构设施需要修复和加固，传统的加固补强方法(如粘贴钢板等)均有工期长、附加体积和重量增大、长期性能差、施工不方便以及建筑效果难以保证等缺点.因此，需要新的加固、补强材料及工艺的出现.
b.混凝土中的钢筋易锈蚀，特别是预应力钢筋锈蚀以后，构件的工作性能将大大降低.传统的解决方案是电镀或在钢筋上涂环氧层.Keeslar和Powers以及Rasheeduzzafar[1]等人研究指出：涂环氧的钢筋在氯化物含量高的地区腐蚀仍然严重.因此，新的能替代钢筋与混凝土协调工作的材料有待研究.
近十年来，国内外的研究和工程应用表明：纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer，简称FRP)能更好地解决以上问题.因此，FRP的研究与相关产品的开发在国际上已成为热点.美国混凝土协会ACI(ACI 440)、日本建筑
学会与混凝土协会(JCI) ，还有加拿大的 ISIS 以及北美的一些学术组织都成立了专门研究FRP复合材料的专业委员会.截至今年，已召开有四届关于FRP的国际学术会议.在美、日等发达国家，以CFRP(Carbon FRP)为主的技术规程与施工手册都已颁布，与FRP相关的产品已经定型并形成了规模化生产，工程上已有大量成功应用的实例.国内真正对FRP的研究始于1996～1997年[2]，1998年才开始有少量的工程应用.由于参与研究的科研院所和高等院校较多(近20个)，因此短期内便取得了较大进展，由国家工业建筑诊断与改造工程技术研究中心主持编写的《碳纤维布加固修复混凝土结构技术规程》(送审稿)已经完成.由笔者所在单位(武汉理工大学)参与编写与修订的《纤维混凝土结构技术规程》FRP组的国家规程也即将交稿，这些工作的完成将会有力地推动FRP技术在国内的发展.
国内目前的研究主要集中在应用CFRP片材加固和修复钢筋混凝土结构，并且在理论上已有相当的深度，应用上也已比较成熟.因此，作者的重点讨论以下两点：FRP材料的物理力学性能；FRP筋与预应力FRP筋作为结构受力配筋的研究.
2 FRP材料
目前FRP材料的价格比钢材高，但FRP优异的性能使其仍然具有极强的市场竞争力.例如在日本，CFRP织物的使用量1993年是6 t，1996年增至125 t，而到1997年已增至250 t[2].
目前高性能的FRP主要指CFRP(Carbon FRP)，GFRP(Glass FRP)及AFRP(Aramid FRP),其中对GFRP研究的历史最长，应用的领域最广，价格也最低.CFRP出现后，因其更好的力学性能与长期性能立即成为土木工程界研究
和应用的焦点.与钢材相比，FRP具有极高的质强比(表1)[3].
FRP的产品形式主要有型材(如格栅型、工字型及蜂窝型等)、板材(使用前浸润树脂，固化成板状)、布材(施工使用时才浸润树脂，使用量最大)和棒材.按纤维的排列方向，可分为单向纤维片材和双向纤维片材.各种复合材料的物理性能均受加载历史、气温和空气湿度的影响.影响 FRP物理性能的主要因素有：纤维的排列方向、长度和形状;纤维的成分；浸润树脂的力学与长期性能；纤维与树脂间的粘结质量. 1.1 抗腐蚀
与钢材相比，FRP的主要优势之一就是对酸、碱及土壤等物质的化学腐蚀有很强的抵抗力.但加拿大的Clarkej和Sheard[3]的加速腐蚀试验研究表明：用GFRP和AFRP作加固材料的构件，长期置于高碱性的环境也会被腐蚀.而混凝土中水分的pH值通常是13左右，有很强的碱性.Tannousf和Saadatmanesh[3]等人的研究指出：CFRP耐酸、碱、盐、干湿循环以及其它化学溶剂和更差环境条件的能力明显优于GFRP和AFRP.由于化学物质和环境因素导致FRP材料腐蚀的程度主要取决于四点：浸润树脂的类型;纤维所受的拉应力大小;化学物质的浓度，与化学物质接触的时间;气温.
目前，绝大多数有关FRP长期性能的数据都由实验室中加速腐蚀实验得到.最近有不少国家在做对实际工程进行跟踪研究的工作[3]，但还很少有相关成果的报告，人工加速老化实验得到的数据只能提供参考. 1.2 蠕变与蠕变断裂
FRP蠕变量的大小主要取决于FRP的纤维种类和承受的应力大小.据Andoy与Seki[3]的研究，蠕变断裂时间与荷载等级近似成线性关系.同等条件下的结构物，
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