什么是纖維增強(FRP)復合材料系統?

  什么是纖維增強(FRP)復合材料系統?

  FRP 復合材料系統在我國加固行業的歷史

  FRP 復合材料系統是由高強度的連續纖維(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度，而聚合物基體(大多數情況下為環氧樹脂)充當粘合劑，保護纖維，并將負載轉移到纖維之上。

  纖維增強復合材料系統 (FRP系統)在美國的結構加固修復領域中已有近 35 年的歷史。在此期間，FRP復合材料系統一步步成為主流的建筑材料，以優越的性能和簡易的施工步驟在設計專業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的加固修復技術來說，FRP系統造價低，容易設計還可以節省工期。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。一時間，許多在國外或者外國企業工作的先驅者，明銳地嗅到了加固行業在國內的蓬勃前景，分分投入到了推廣纖維增強復合材料系統的行業中。

  FRP 復合材料系統在施工中的應用

  FRP 復合材料可以在現場加工，由碳絲或玻璃絲制成的干織物浸漬環氧樹脂，并粘結在準備好的混凝土基材上。一旦固化，FRP復合材料 將成為基礎結構中的一部分，作為外部粘合增強系統。單向的纖維干織物可因為自身柔軟，可以輕松纏繞在任何幾何形狀，并且幾乎可以包裹在任何輪廓上。FRP 復合材料可粘附在如板或梁的張力側，以提供額外的抗拉強度，也可以包裹在鉗子和橫梁的網中以增加其剪切強度，或纏繞柱子，以增加其剪切和軸向強度。FRP 復合材料也可以在工廠里預制，按不同的要求以不同的形狀用于增強加固。這種預制成型的材料一般叫復合纖維板。

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

  FRP 系統與現有混凝土之間的結合至關重要- 混凝土表面需要盡可能平整以免氣泡的產生。在安裝 FRP 系統之前，同樣必須處理混凝土基層的所有變質或腐蝕問題。如果不這樣做，可能會導致FRP 系統由于混凝土基板的脫層而損壞 ，性能則得不到保障。

  防火的評級

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

  在建筑物的防火評級上應該忽略 FRP 系統。同時，在高溫下建筑物會損失FRP系統的加固性能。設計師則需要考慮火災縱火等突發情況下建筑物是否有坍塌的危險物。必要時應該考慮在FRP復合材料系統的基礎之上安裝相應的防火阻燃隔熱材料系統。

  結論

  FRP 系統已成功地用于加固建筑物、橋梁、筒倉、儲罐、隧道和地下管道。FRP 材料成本的提高被減少的人工成本、設備使用和安裝期間的停機所抵消，因此它們比傳統的強化技術更具成本效益。

  雖然使用 FRP 進行增強可能涉及復雜的流程，但與傳統增強方法相比，該系統具有許多優勢。了解 FRP 的特性和局限性是開發正確的設計解決方案并將其用于正確應用的重要步驟。