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Product details

一、纤维增强复合（FRP )材料 产业简介

Ø 概念：

纤维增强复合材料（Fiber Reinforced Polymer/Plastic，简称FRP）。

中文名：纤维增强聚合物

外文名：Fiber Reinforced Polymer 

别    称：纤维增强复合材料

组成种类：FRP由增强纤维和基体组成，

特    点：不导电，机械强度高，耐腐蚀

Ø 子目录：

00001. 1 材料简介

00002. 2 性能特点

00001. 3 生产工艺

00002. 4 组成种类

00001. 5 应用

00002. 6 现状趋势

（一）材料简介

FRP，纤维增强复合塑料，是英文（Fiber Reinforced Plastics ）的缩写，现有CFRP、GFRP、AFRP、BFRP等。中文中玻璃增强纤维复合材料指的就是GFRP。 FRP复合材料是由纤维材料与基体材料按一定的比例混合后形成的高性能型材料。其中GFRP根据所使用的树脂品种不同，有聚酯玻璃增强纤维复合材料、环氧玻璃增强纤维复合材料、酚醛玻璃增强纤维复合材料等种类。一般FRP具有质轻而硬，不导电，机械强度高，回收利用少，耐腐蚀等特性。

随着社会科学技术的进步,土木工程结构学科的发展,在很大程度上得益于性质优异的新材料、新技术的应用和发展,而FRP以其优异的力学性能及适应现代工程结构向大跨、高耸、重载、轻质发展的需求, 正被越来越广泛地应用于桥梁工程、各类民用建筑、海洋工程、地下工程中,受到结构工程界广泛关注。

（二）性能特点

² 抗拉强度

抗拉强度高,FRP的抗拉强度均明显高于钢筋, 与高强钢丝抗拉强度差不多, 一般是钢筋的2倍甚至达10倍。但FRP材料在达到抗拉强度前,几乎没有塑性变形产生, 受拉时应力、应变呈线弹性上升直至脆断, 因此FRP复合材料在与混凝土结构共同作用的过程中, 往往不是由于FRP材料被拉断破坏, 而是由于FRP-混凝土界面强度不足导致混凝土结构界面被剥离破坏, 所以, FRP-混凝土界面粘结性能问题成为今后工程应用的一个重点和难点。

² 热膨胀系数

FRP复合材料热膨胀系数与混凝土相近, 这样当环境温度发生变化时, FRP与混凝土协调工作,两者间不会产生大的温度应力。

² 弹性模量

与钢材相比, 大部分FRP产品弹性模量小。约为普通钢筋的25%~ 75%。因此, FRP结构的设计通常由变形控制。

² 抗剪强度

因为FRP是纤维通过基体聚合而成，纤维间强度由基体决定（强度一般弱于纤维），所以垂直于纤维方向强度较弱。FRP的抗剪强度低, 其强度仅为抗拉强度的5%~20%, 这使得FRP构件在连接过程中需要研制专门的锚具、夹具。这也使得FRP构件的适度成为研究突出的问题。

² 抗腐蚀、抗疲劳性能

FRP材料抗腐蚀、抗疲劳性能好, 可以在酸、碱、氯盐和潮湿的环境中长期使用, 因而可提高结构的使用寿命, 这是结构材料难以比拟的。但同时, 与一般混凝土相比较, FRP复合材料的防火性能偏差, 这也制约了该类结构产品的推广应用, 成为今后要解决的问题之一。

² 重量

比强度很高，即通常所说的轻质高强，因此采用FRP材料可减轻结构自重，施工方便, 其重量一般为钢材的20%。

² 良好的可设计性

FRP属于人工材料可根据工程需要采用不同纤维材料纤维含量和铺陈方式等不同工艺设计出不同强度指标、弹性模量及特殊性能要求的FRP产品，且FRP铲平形状可灵活设计。

工厂化生产，现场安装，有利于保证工程质量提高劳动效率和建筑工业化。

² 其他优势

绝缘、隔热及透电磁波等，因此可用于一些特殊场合如雷达站地磁观测站医疗核磁共振设备结构等。

（三）生产工艺

FRP的生产方法基本上分两大类，即湿法接触型和干法加压成型。如按工艺特点来分，有手糊成型、层压成型、RTM法、挤拉法、模压成型、缠绕成型等。手糊成型又包括手糊法、袋压法、喷射法、湿糊低压法和无模手糊法。

目前世界上使用 多的成型方法有以下四种。

①手糊法：主要使用 有挪威、日本、英国、丹麦等。

②喷射法：主要使用 有瑞典、美国、挪威等。

③模压法：主要使用 有德国等。

④RTM法：主要使用 有欧美各国、日本。

（四）组成种类

FRP由增强纤维和基体组成，一般用玻璃纤维增强不饱和聚脂、环氧树脂与酚醛树脂做基体，以玻璃纤维或其制品作增强材料的增强塑料。纤维（或晶须）的直径很小，一般在10μm以下，缺陷较少又较小，断裂应变约为千分之三十以内，是脆性材料，易损伤、断裂和受到腐蚀。基体相对于纤维来说，强度、模量都要低很多，但可以经受住大的应变，往往具有粘弹性和弹塑性，是韧性材料。　工程结构中常用的FRP主材主要有碳纤维( CFRP)、玻璃纤维( GFRP)、及芳纶纤维( AFRP), 其材料形式主要有片材(纤维布和板)、棒材(筋材和索材)及型材(格栅型、工字型、蜂窝型等)。

（五）应用

FRP复合材料在土木工程领域的应用快速增长，可用于包括柱、墙、梁、板及面板的抗震及补强加固，新的增强构件、结构形式及结构体系也正在研究、开发和应用。

² 建筑工程

结构设计正转向基于性能的设计，对结构及材料性能的要求也提高了。FRP材料已用于新建结构的框架以提高其结构性能，还被大量应用于旧有民用建筑的维修加固。

² 岩土工程

FRP纤维复合材料在长期恶劣的地质条件下具有良好的耐腐蚀性能，已广泛用于加筋土中；FRP复合材料易被掘进机具切断，故可用于盾构法掘进竖井的混凝土墙、土钉及临时支护用的复合材料地锚，如用钢锚则会导致挖掘机机头的断裂。因GFRP复合材料价格低廉，安装方便，耐久性强，已用于潮汐变化的干湿交替的挡土墙、地基锚杆及喷射混凝土筋等。

² 桥梁工程

FRP复合材料应用于桥梁工程起始于70年代末和80年代初期。可用作悬索桥及斜拉桥的缆索、预应力混凝土桥中的预应力筋，甚至可以用于整个桥梁体系；另外在桥梁补强加固方面也有应用。

² 海洋结构和近海结构

海洋结构和近海结构的腐蚀问题一直比较突出，对于钢结构更是如此，因而采用抗腐蚀性能良好的FRP可以很好地解决该问题，具有很好的发展前景。在建的海洋钢筋混凝土结构，采用 厚的混凝土保护层（一般为150mm左右，相当于陆地混凝土结构保护层的5倍以上）及防腐措施，其对内部钢筋防氯盐腐蚀也仅有15年左右，这与 或半 性的海洋结构耐久要求相距甚远。采用FRP混凝土或FRP-混凝土组合结构就可以从根本上解决海洋工程中的钢筋（钢材）腐蚀问题，其重大意义不言而喻。

² 替代传统金属类网结构，应用于对机械强度不敏感，却对防腐有着强烈需求的领域，例如高速的防眩网、水库等湿地环境的护栏网，化工领域的隔离网等领域。

（六）现状趋势

FRP复合材料的研究开发和应用在欧美发达 以及日本, 已成为十分活跃的领域。在今后一个时期, FRP作为一种高性能材料以其轻质高强、耐腐蚀、耐久性能好、施工便捷等性能特点, 必将成为各类道路、桥梁、民用建筑结构的养护、检测和维修的必要补充材料, 并得到广泛应用, 给我国的建筑经济领域带来不可忽视的综合效益。

在我国平原水网地区的内河航道建设中，跨航道桥梁的建设所占的投资比重较大，有时要占航道建设总投资的一半以上。许多航道的桥梁密度较大，特别是路桥宽度在7~9m的低等级公路及生产路所占的比例很大。而一般跨航道桥梁的主通航孔由于要满足通航净空要求以及桥梁本身的建筑高度，往往桥梁桥面高程较高，一般在主通航孔附近高出原地面6~10m。目前，如果防洪对于跨航道桥梁无特殊要求，如果利用复合材料的格栅网会使桥台形式标准化，轻型化，不仅可以降低工程造价而且还便于施工，对平原水网地区的跨航道桥梁建设具有重要的意义。

施工方法：

1.测量放线

测量人员对内外护栏的结构内边线进行放点，然后用墨线弹出通线。

2.格栅网片的铺设

（1）格栅网片采取平搭式，搭接长度30cm。格栅网居中布置。桥面连续墩墩中心线两侧2m范围内顺桥向格栅应连续（不设纵向接头）。

（2）网片下部设置与保护层厚度相当的水泥砂浆垫块，每50cm设一个，呈梅花状布置。垫块强度不低于铺装混泥土强度。

3.混泥土标高控制带施工

（1）在靠近内、外侧护栏的桥面铺装处各浇筑一条30cm宽度的纵向通长混泥土标高控制带。混泥土带两侧支立角钢作为侧模。

严格按混泥土桥面铺装层的设计标高控制，并在混泥土带完成施工后及时对其标高进行复核。

（2）混泥土带施工采用人工摊铺，刮尺刮平，用木抹子将灰浆提到混泥土表面，使混泥土表面看不到石子，然后再用铁抹子将混泥土表面收光，待定浆后用毛刷将混泥土顶面进行横向拉毛处理，适当控制拉动毛刷的力度，保证拉毛深度为1~2mm并不将砂浆拉起。

（3）施工完毕后及时洒水覆盖养护。

（4）混泥土带完成施工后松散的混凝土用人工凿除，并清理干净。

4.桥面铺装层混泥土的施工

（1）浇筑时，混泥土水平运输采用混泥土罐车，垂直运输采用混泥土泵车将混泥土运送到位，利用人工将混泥土大致摊平，摊铺厚度适宜。摊平作业应从 联的毛勒缝开始，单幅全宽向前推移。

（2）混泥土人工摊平后用自制振动梁振实，振动梁的拖拉速度应以使振动梁覆盖范围能振实铺装层混泥土厚度为宜。对每一振动部位，必须振动到该部位混泥土密实为止。密实的标志是混泥土停止下沉，不再冒出气泡，表面呈现平坦、泛浆。对混泥土裸露面应及时将表面高低处进行局部修整、找平，用平板振动器局部振捣密实，然后用提浆滚将灰浆提到表面，用磨光机磨光，使混泥土表面看不到石子，再用铁抹子浆混泥土表面收光，待定浆后用毛刷将混泥土顶面进行横向拉毛处理，用两道木条控制拉毛的直度，适当控制拉动毛刷的力度，保证拉毛深度为1~2mm并不将砂浆拉起。

（3）在整个混泥土浇筑成型的过程中，为了保证做到不能踩出脚印，采用两道跳板支承于混泥土带上。混泥土浇筑遇雨，对已成型的混泥土用彩条布架起覆盖。

（4）一联铺装层应连续施工，中间不得停顿，特殊情况必须停止施工时施工缝采用横向平接缝。

5.铺装层混泥土养护

（1）在混泥土达到初凝状态后，表面覆盖彩条布保温保湿养护7天，以防止混泥土表面出现收缩微裂纹。

（2）混泥土抗压强度低于25Mpa前不得承受行人或其它物件的荷载，低于设计强度前不得通行各种车辆。

注：上述道路、岩土、桥梁的施工方法为《美国、加拿大施工标准》。

五、纤维增强复合筋分册

（一）纤维增强复合筋性能介绍

玻璃纤维筋（GFRP）是纤维增强复合材料（Fi-berReinforcedPolymer简称FRP）的一种，纤维增强复合材料是由高性能纤维与合成树脂基体、固化剂采用适当的成型工艺所形成的材料；高性能纤维为增强材料，合成树脂为基体材料．纤维具有很高的抗拉强度，是纤维增强复合材料强度的主要提供者，主要起承受荷载作用，主要分为碳纤维、芳纶纤维、玄武纤维、玻璃纤维等．基体材料有粘结、传递剪力的作用，其物理性质可以影响纤维增强材料的物理性质。

玻璃纤维筋是的基材包括不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂、环氧树脂、聚酰胺树脂等．玻璃纤维筋的全称为玻璃纤维增强复合材料筋，是由高性能的含碱量小于0.8%的无碱玻璃纤维无捻粗纱或者高强玻璃纤维无捻粗纱和树脂基体（环氧树脂、乙烯基树脂、不饱和聚酯树脂等）、固化剂，采用成型固化工艺复合而成表面形状为全螺纹式的杆体。

玻璃纤维筋的特点：

①高承载能力，抗拉能力强，杆体强度是同等直径螺纹钢筋的两倍，但质量只有钢筋的1/4；

②弹模稳定，约为钢筋的1/3～2/5；

③电热绝缘，热膨胀系数比钢筋更接近水泥；

玻璃纤维筋在性能上和钢筋基本相似，与混凝土有很好的黏结性，同时又具有很高的抗拉强度和较低的抗剪强度，可以很容易的被复合式盾构机直接切割，而不会造成异常的刀具损坏。但是玻璃纤维筋与钢筋 大的差异为玻璃纤维筋的弹性模量小，是典型的脆性材料，应力—应变曲线在断裂前表现出明显的线性关系，极大的影响了玻璃纤维筋笼起吊时的稳定性和基坑开挖阶段玻璃纤维筋连续墙的抗弯、抗剪承载能力

由于玻璃纤维筋的自身特征，被广泛应用于地铁地下连续墙、公路铁路护基、建筑防护等领域。

（二）纤维筋性能对比

1、复合钢筋的强度是普通钢筋的4倍

防火复合钢筋的強度是900兆帕，甚至可以达到1200兆帕，普通钢筋的强度为600兆帕。

抗拉强度高：抗拉强度优于普通钢材，高于同规格钢筋的30％，而且抗疲劳性好；

2、钢筋在负载下形变是不可逆转的，而复合钢筋是保持稳定的

可设计性强：弹性模量稳定。热应力下尺寸稳定，折弯等形状可任意热成形；安全性能好，不导热、不导电、阻燃抗静电，通过配方改变与金属碰撞不会产生火花；
透磁波性能强：FRP筋材是一种非磁性材料，在非磁性或电磁性的混凝土构件中不用做脱磁处理；

3、混凝土结构内测试

材料结合力强：热膨胀系数与钢材相比更接近水泥，因此FRP筋材与混凝土结合握裹力更强；

4、复合钢筋密度要优越普通钢筋4倍

质量轻：仅为同体积钢筋的1／4；密度在1.9-2.2（g／cm3）之间。

耐腐蚀性强：耐酸碱等化学物的腐蚀可抵抗氯离子和低pH值溶液的侵蚀，尤其是抗碳化合物和氯化合物的腐蚀性更强；

5、复合材料筋与钢材性能比较

6、复合材料筋与普通钢筋重量比

7、复合材料筋的每吨纤维可生产长度

（三）

新港纤维增强复合筋分类和标记

1. 分类

1) 按增强纤维种类分玻纤筋（GFB）、芳纶筋（AFB）、玄武岩筋（BFB）、碳纤筋网筋（CFB）；

2) 按表面状态分为光面筋（P)、带筋(R);

2. 标记

纤维增强复合筋种类代号，表面状态代号、公称直径（网孔规格）和标准号的顺序编写.

示例：1） 公称直径为12mm的玻璃纤维光面筋标记为：GFB-P-12-XGQB-2018;

（四）纤维筋力学特性