复合材料在土木工程中的发展与应用

摘要：复合材料主要是由多种材料以物理方式、化学方法处理形成，使其成为新型材料。因此，复合材料具备不同材料优点，将其合理应用于土木工程中，可以为其施工建设起到积极作用，特别是对于纤维增强复合材料的应用，因其具备质地轻和硬度高等特征，使其成为提高土木工程质量的重要方式。基于此，在土木工程的施工过程，加大复合材料应用力度，结合其发展和作用，能够实现复合材料的有效运用，同时提高土木工程整体质量。

关键词：复合材料；土木工程；发展应用

一、前言

土木建筑业作为我国重要产业之一，为我国的社会经济发展起着很大的作用，同时也是人们生活空间的基础，只有不断地改进与创新，才能满足不同时代下人们对于生活空间质量的需求。复合材料是一种新型的建筑材料，有着承重大、质量轻、强度高等特点，同时，能够顺应时代的发展，符合生态文明建设的理念，使用成本低，节约能源，具有绿色环保的性能，对于土木建筑工程的发展有着很重要的意义。因此，复合材料逐渐得到土木建筑工程的广泛应用。

二、复合材料概述

1.内涵

所谓的复合材料，就是将两种或两种以上的材料相混合，最终得到的新型材料。复合材料集成了组成材料的性质，可以发挥不同材料的优势性能，收获更加良好的应用效果。传统建筑材料在某一方面具有突出优势，而复合材料的综合性能更强，可以弥补传统建筑材料的不足之处。我国土木工程自上个世纪发展起来，复合材料的应用更加广泛。近几年来，我国科学技术突飞猛进，复合材料的创新种类不断增多。将复合材料应用在各行各业中，可以加快生产速度，提高生产效率，提升产品的附加价值。

2.类型

复合材料是两种或多种材料的集成品，可以被划分为不同类型。以成分作为着眼点，可以将复合材料划分为金属类复合材料和非金属类复合材料。以结构作为着眼点，可以将复合材料划分为夹层复合材料和混杂复合材料等。以使用层次作为着眼点，可以将复合材料划分为常用复合材料和先进复合材料。

三、将复合材料应用在土木工程建设中的特点优势

1.可变性强

从整体上来看，复合材料是一种新型材料，可以被应用在各种结构工程制造中。土木工程中的梁柱构造等都需要应用复合材料，对梁柱结构进行优化。复合材料是由不同材料组合而成的，其可变性比较强，设计性能相对较好。即便改变复合材料的外部结构，也不会对组分材料作用产生过多影响。每种结构有其固定的功能需要，为了使其实现功能目标，可以改变复合材料的形态。

2.抗腐蚀性好

我国幅员辽阔，土木工程分布在各个地方。在南方地区，土木工程建设会受到自然要素的影响。南方降水丰富，空气相对潮湿。当土木工程和海水湿气接触，会出现严重的腐蚀问题，使实用性能不断降低。复合材料的抗腐蚀性比较强，不会被化学介质侵蚀，可以稳定建筑结构，延长建筑物的使用寿命。

3.强度较高

传统建筑材料的强度比较小，建筑物在使用过程中会受到外部环境影响，如果建筑材料强度较小，会导致建筑物使用寿命大大缩短。复合材料优化改进了传统建筑材料，几乎比所有材料的强度都要高。以碳纤维材料为例，碳纤维材料的强度可以达到钢材料的五倍以上，可以达到铝制材料的七倍以上。从这个角度来看，复合材料的实用价值更高，可以保障建筑物的整体质量。

四、复合材料在土木工程中的应用

1.工程结构牢固补强

让复合材料牢固黏着、牢固于工程构件表层，以此来强化该结构部件的强度，提升其受力性。具体的粘贴牢固补强主要包括：第一，复合材料布缠牢固。主要用在砼柱或梁，凭借布缠绕来控制砼柱变形，提升其强度、抗震性能、抗剪能力等。具体的加固效果和砼柱形态以及截面形状密切相关，如果是长方形截面，通常可以有效提升其抗剪能力、变形能力等。相反，对于弧状的截面，其受压承载力将大大提升。第二，复合材料片材附着于梁、板拉面。这种方式能有效增强梁、板受拉面的抗弯承载力，缓解裂缝，达到牢固稳定的目的，然而，总的来看，其中依然存在不足方面，例如：受拉面的抗弯效果同初始的配筋梁密切相关，复合材料的加固作用未得以充分发挥。此外，复合材料片材也用于建筑梁、柱构件的加固以及剪力墙加固中，同时，也用于建筑工程钢结构、木构造等的牢固补强中，发挥了积极的作用。

2.复合材料组合结构

该结构的主要应用原理为：让各个类型、各个形式的复合材料制品同混凝土、钢材等混合起来，发挥混合材料中各类成分的优势，达到整体上最优、最牢固的结构系统。复合材料通常质地优良、性能优、可塑性强，可以打造出各类构造，根据所需形成多种组合结构，具体包括：

第一，复合材料钢混组合结构。将空心钢管安装在构件中心区域，在外围包裹一层复合材料，再将砼灌注于二者中间，此时的建筑结构中，空心钢管成为框架结构，包裹的复合材料则充当模板，不仅牢固了钢管，也保护了其免遭腐蚀，也使得混凝土得以加固、牢固，控制了混凝土变形、提升了其承载力。

第二，复合材料混凝土组合梁。该结构的原理为：依托于组合作用，让处于下方的复合材料承受拉力，上方混凝土受到压力，在组合力下，复合材料与混凝土协调配合，打造出一个高强度、高性能的剪力链接构造。在这一组合原理下，复合材料的优势功能得以发挥。

第三复合材料铝合金组合结构。按照组合牢固加工的原理，根据相关设计让复合材料围在铝合金管材的外层，二者同步配合，充分发挥共有的优势，增强了构件强度、抗腐蚀、经久耐用等。而且铝合金具有一定的柔韧性，弥补了复合材料碎脆的特性。事实证明该组合构件更加适用于建筑工程中大跨度空间构造内。

3.FRP管混凝土

FRP管混凝土，这种材料不会对混凝土材料造成束缚，并且能够充当模板，提高施工速度和质量，并且有着结实耐用的特点。此外，有些研究人员对于FRP管混凝土进行了优化和改造，在其内部设置了多重结构，提高材料内部的稳定性和受力性能，甚至可以降低自身的重量，提高抗弯性能等等等。

4.新结构中的关键技术

FRP复合材料在现代的土木工程领域中具有广泛的应用前景，尤其是在新建结构的应用技术方面。材料具有特点优势，将其取代过去混凝土结构的钢材，改变传统的设计原理和设计方法，并且针对FRP混凝土记忆FRP2混凝土组合结构的新设计理论和方法，成为了其应用技术的关键。

5.全复合材料结构

第一，复合材料编织网结构。该结构主要原理为：遵循特点的规律、规程，来将复合材料板条逐一排列，最后相互间编织起来，再实施整体张拉，最终打造出一个相对具有韧性、柔韧度的编织网构造。此构造集中应用了复合材料的优质性能，例如：质地轻、高强度、柔韧性等，通常用在大跨度建筑屋顶中，或者用在一些工业建筑结构施工中。

第二，复合材料桥面。桥梁桥面施工中，选择复合材料充当其面层构造，能够达到控制桥体支撑构造、下端构造内力的作用，而且能够有效防范各种外力因素、环境因素等对桥面的不良侵蚀。通常由复合材料构成的桥面板占整个桥面的25%-30%，这样不仅减轻了桥面构造自身质量和重量，也能确保其长期使用。

结束语

复合材料在土木工程中的应用环境更加复杂，且对其耐久性和稳定性具有非常高的要求。复合材料具有轻质高强、耐腐蚀、介电性能优异、可设计、易加工等一系列优点，但是目前复合材料在土木工程中应用的时间还非常短，本文对其目前主要的应用方式进行了分析研究，希望能够促进复合材料在土木工程中应用的快速发展。当然这还需要所有的建筑从业人员和复合材料研究人员的共同努力，研究出更多的复合材料在土木工程中的应用方式，促进土木工程的不断更新换代。

参考文献

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