易洁芬
鹤山市建设工程质量检测中心 广东鹤山 529700
摘要：复合材料筋在当前建筑领域中具有良好的应用效果，其拥有着加强的密度、屈服强度、抗拉强度，能够满足工程建设需求。本文主要是从复合材料筋的应用意义分析入手，重点介绍了复合材料筋的性能，从钢筋、混杂型钢纤维加强筋以及玄武岩纤维——钢丝复合材料筋方面开展性能指标对比工作，并提出了复合材料筋的发展应用情况，希望能够为推进建筑领域的健康稳定发展提供良好的借鉴和参考。
关键词：复合材料筋；性能；发展应用
传统纤维材料在当前众多领域中的应用效果无法满足实际需求，需要利用新型工艺技术手段，强化材料的使用效果。复合材料筋是高性能材料筋，其将两种及以上纤维按照比例，融合合成树脂基体材料，同时还要添加一定量的辅助剂，对于当前桥梁道路工程、民用建筑项目都具有积极应用意义。
1.复合材料筋的应用意义
传统纤维材料在实际应用过程中表现出了一定不足：（1）耐用延展性不够高，实际应用环节容易出现脆断情况；（2）拥有着较小的弹性模量，多数材料处在40～50GPa的范围内，仅仅能够达到钢筋的1/4～1/5，无法良好作为受力筋使用，承担起混凝土的承载作用，且无法满足控制裂缝的要求。积极使用高模量的复合材料筋，将能够更好的转变和改进传统纤维材料的不足，推进材料应用环节的稳定发展，保障社会多领域的健康发展。这主要是因为复合材料筋使用“伪延展行为”思想，从不同断裂应变的情况入手，良好强化纤维在荷载作用下的承受力，有效避免了单一纤维材料延展性较差的情况。
但是很多复合材料筋在实际应用环节还存在着不匹配性，以混杂型复合材料筋来说，其和传统钢筋相比较，成本较高，拉伸弹性模量较低，并不具有良好的的推广意义。积极开展复合材料筋的研究工作，探索出具有较强延展性且成本较低的材料，将能够为推进民用建筑领域的持续健康发展提供重要的前提条件。本文研究增强材料加强筋的过程中，重点选取了钢纤维、玄武岩纤维作为研究对象，细致对比其力学性能和适用范围，将能够起到良好的效果。
2.复合材料筋的研究对比
2.1混杂型钢纤维加强筋
这种材料制作过程中，将钢纤维作为了主要增强材料，在辅助增强材料方面选择少量的玻璃纤维、碳纤维以及芳纶纤维，并将其按照一定比例加以处理，融合合成树脂基体材料，将适量辅助剂添加到其中，如促进剂和阻燃剂等，通过开展一系列的工艺处理，包含浸润、模压、拉挤、固化和表面处理等。混杂型钢纤维加强筋的材料组成体积分数情况如下表1所示。
2.2玄武岩纤维——钢丝复合材料筋
钢丝材料拥有着较小的直径，优良的接触材质，均匀分布在截面之中，将其加入到玄武岩纤维——钢丝复合材料筋中，主要是为了针对玄武岩纤维筋的自身性质加以改善。假设复合材料筋拥有着良好的内部界面，积极使用复合法将能够针对复合材料筋的实际应力——应变关系加以预测，并求解出相应的抗拉弹性模量值。使用Es代表玄武岩纤维弹性模量；使用Ef表示钢纤维弹性模量；使用As表示玄武岩纤维横截面积；使用Af表示钢纤维横截面积；使用A表示复合筋横截面积总面积，即为A=As+Af，由此所得出的抗拉弹性模量值具体计算公式为：
2.3力学性能对比
针对混杂型钢纤维复合材料筋的应力——应变关系进行分析合研究，能够发现其拥有着的抗拉压强度为626.57MPa，约为钢筋的155.7%；其弹性模型为141.10GPa，约为钢筋的70.8%；在混合法则计算下，所得到的弹性模量数值为131.70GPa，相较于试验值来说有所缩小，缩小6.5%左右。
玄武岩纤维——钢丝复合材料筋中，其钢丝的体积分数，将会影响到实际抗拉弹性模量，表现为随着钢丝体积分数的逐渐增加，抗拉弹性模量也有所上升，双方呈现出明显的正相关关系，当钢丝在玄武岩纤维——钢丝复合材料筋中的掺量达到20%的时候，材料本身的抗拉弹性模量将会达到75.585GPa，相比较于玄武岩纤维筋，提升了86.4%。
2.4性能指标对比
从钢筋、混杂型钢纤维加强筋以及玄武岩纤维——钢丝复合材料筋方面入手，开展全方位性能指标工作，能够发现：（1）钢筋密度远高于复合材料筋，将复合材料筋应用在土木工程、民用建筑领域中，可以大幅度降低工程构件的重量。（2）在抗拉强度方面，复合材料筋超出钢筋一倍多，以其作为受拉钢筋，可以强化受拉构件的拉结力，质量较轻且拥有着较高的强度。（3）在屈服强度方面，复合材料筋达到钢筋的两倍，其在受到震动荷载或者压力过大的影响时，出现永久变形的可能性较小，拥有着较高的抗震性。（4）在拉伸弹性模量方面，混杂型钢纤维加强筋接近于钢筋的71%，远高于BFRP筋，同时当复合筋中各个纤维的体积分值有所增加，整体的弹性模量也将会逐渐增加。钢筋和复合材料筋的性能指标具体对比情况如下表2所示。
3.发展应用
3.1混凝土路面
复合材料加强筋在当前众多建设领域中都取得了良好的发展成果。在连续配筋混凝土路面施工建设过程中，需要积极使用纵向通长钢筋，通过纵向分布的方式，针对面板伸缩产生的破坏力加以抵消，这样将能够有效减少路面施工过程中出现的裂纹、断裂现象[1]。混凝土路面施工过程中，不能够采用完全封闭形式的路面结构，这主要是因为在长期低温或者雨水渗透的作用下，将会导致配筋出现锈蚀的情况，缩短公路路面的使用寿命，同时在环境温度持续增加的过程中，混凝土、钢筋热膨胀系数都会增加，产生较大的温度应力，从而给路面工程的实际使用造成负面影响。为尽可能的提升混凝土路面工程的施工质量，延长其使用寿命，积极使用复合材料筋，将能够起到良好效果。复合材料筋是轻质高强度的加强筋，无论是密度、强度、耐腐蚀性、抗拉压强度都较高，但是需要注意到的是，复合材料筋的弹性模量不够高，因而在混凝土施工过程中，使用复合材料筋可以适当放宽其对于裂缝的要求[2]。
3.2框架填充墙
框架剪力墙是众多民用工程建筑、道路桥梁建筑中的常用建设结构，多数工程施工中，都是通过后植法将拉结筋埋入其中，确保框架剪力墙的施工质量。这种传统施工方式拥有着良好的经济性和便捷性，但是不容忽视的是，其在具体施工建设过程中，人工打孔的位置将会发生一定偏差，无法满足框架剪力墙的施工需求，尤其是在墙筋中，如果植筋工作出现了偏差，将会影响到实际施工效果，导致偏差情况超出砌筑砂浆的厚度。钢筋在框架剪力墙施工中的应用中，其本身拥有着较大的刚度，在后期开展砌筑作业的环节中，钢筋和砂浆无法得到充分的契合，严重情况下还会有钢筋和砌块直接接触的现象，这将会导致框架剪力墙、填充墙的交界处出现一定竖向裂纹，使得锚固力有所下降[3]。
将复合材料筋引进框架填充墙的施工作业环节中，可以充分发挥其抗拉强度较大的优势和作用，良好替代拉结筋，切实有效增强填充墙、框架剪力墙以及填充墙砌体之间的锚固力，增强工程施工的稳定性和可靠性。同时复合材料筋拥有着较大的屈服强度，在和钢筋承受同等振动荷载、压力的时候，发生永久变形的可能性较低，能够良好保证工程主体结构的整体性和安全性。为弥补复合材料筋弹性模量较低的情况，可以适当增加复合材料筋中的配筋率，提升材料本身的刚度[4]。
4.结束语
复合材料筋对于众多工程项目建设具有积极意义，本文重点介绍了混杂型钢纤维加强筋、玄武岩纤维——钢丝复合材料筋这两个方面，将其和钢筋的性能指标作了细致对比，发现其拥有着较强密度、屈服强度和抗拉强度，但是在弹性模量方面稍有不足。
参考文献：
[1]钱坤，杨忠宁. 高模量复合材料筋的性能及发展应用综述[J]. 四川建材，2018，44（7）：62-63.
[2]况永武，周元林，潘昱，等. 高模量阻尼复合材料的制备及性能研究[J]. 功能材料，2015，1（11）：11032-11038.
[3]孙泽阳，肖文超，吴刚，等. 钢-FRP复合筋混凝土梁截面弯矩-曲率性能初探[C]// 第九届全国建设工程FRP应用学术交流会论文集. 2015.
[4]郑智焕，付梓阳，杨丽庭，等. 高模量高抗冲聚丙烯复合材料的制备及性能研究[J]. 中国塑料，2017，31（6）：46-53.
论文作者:易洁芬
论文发表刊物:《建筑模拟》2019年第3期
论文发表时间:2019/4/8
标签：复合材料论文; 玄武岩论文; 弹性模量论文; 纤维论文; 钢筋论文; 材料论文; 钢丝论文; 《建筑模拟》2019年第3期论文;