摘 要：進入21 世紀，混凝土結構將繼續大力發展和應用。它對新材料提出了挑戰。本文簡述很有發展前景的CFRP 及AFRP、GFRP 的優良性能以及它們在國內外土木工程中應用的情況，最后，本文提出了面對FRP，土木工程師應做些什么的問題。

一、引言

      在新世紀的土木工程建設中，仍將以混凝土結構為主，盡管鋼結構，包括型鋼混凝土和鋼管混凝土結構以及滿足透明等現代要求的第三代玻璃幕墻結構在各地的高層、超高層建筑和大跨度建筑中也將有新的發展。

     在新世紀混凝土結構的發展中，對材料提出了新的要求，發出了新的挑戰。我認為，新要求，新挑戰，概括起來，是以下四方面：

1. 不僅要求新澆筑的混凝土高強度， 而且要求高性能，包括：混凝土的延性， 良好的施工性以及使用的耐久性，這就要求研制和應用各種混凝土外加劑和有關材料；

2. 要求尋找一種能抗腐蝕的配筋材料代替混凝土結構內的中、低強鋼筋(配置于普通鋼筋混凝土結構)和高強鋼絲、鋼絞線(配置于預應力混凝土結構)；

3 . 對既有混凝土結構的加固、修補，要有新的材料。應用之后，不僅使加固后的混凝土結構承載力高，而且加固施工也較便捷；

4 . 從環境條件和可持續發展出發， 要求廢舊混凝土結構材料能回收并再生利用。

      國內外已有的研究和工程應用表明， 高性能纖維產品是加強和改善混凝土結構的一種新的優良材料。它能接受并部分完成上面四個新要求、新挑戰中的三個。

二、高性能纖維制品 - 新世紀的一種結構材料

      近幾年，國際上已開發了多種高性能非金屬加強材料 - 纖維加強塑料(FRP)。這些新型加強材料包括： 玻璃纖維(GFRP)、芳綸纖維(AFRP)、碳纖維(CFRP)。不同纖維材料通過一定的制作工藝與特定的樹脂材料復合而成相應的纖維加強塑料。其最顯著的特性是：

1、抗腐蝕能力強，即耐久性好；

2、 自重小，且具有很高的材料抗拉強度，即質強比高；

3、 彈性變形能力和抗疲勞能力強， 但GFRP筋的較鋼筋低；

4、 較高的電阻和較低的磁感應。但是，它們也有缺點：成本較高；脆性，斷裂應變小。

      這些高性能產品的力學性能以及它們與鋼材的比較可見下面的簡表： FRP 的力學性能及其與鋼材的比較(縱向)*

      FRP材料在航空工業和國防建設中早已得到應用，在體育事業中也有應用。因為它的質強比高，化學穩定性強。不過， 過去，F RP 在工程結構中應用得還不算多，因為它們的優點被昂貴的材料價格和制作費用所抵銷了。但是，最近，這種狀況有了改變。因為隨著工藝上的改進， 經濟性有了好轉。然而，目前看來，CFRP 比AFRP、GFRP 在土木工程中更有應用前景。因為它的性能好而穩定，而且，其原材料幾乎可以無限制地得到，它的亂向短纖維，加入混凝土中，可大大提高混凝土的抗裂性，延性和承載力。將CFRP 筋配置在混凝土內，可取代鋼筋，從而混凝土結構即使處于較惡劣的環境下，也沒有被腐蝕的危險。如果制成索，即CFRP 絞線，去代替鋼絞線，制作先張法或后張法預應力混凝土結構，更是土木工程師們一直在尋找的。用CFRP 制成的布或薄板，貼于混凝土結構的外表面，其加固效果十分理想，不僅可大大提高受彎、受剪或受扭以及受壓承載力，而且能減少裂縫寬度，甚至可增加剛度。同時，CFRP 索是鋼質土層錨桿、巖石錨桿的優質代用品，它不受酸堿介質的侵蝕，使用期間不會發生更換之類的事故。此外，還應提及，如果將CFRP 索代替鋼索，去建造懸索橋，則會出現這樣的情況：用鋼索建造時，只能跨越1000m，而用CFRP 索，可跨越2000m。因為懸索橋上懸索的自重在總荷載中占有相當的比例，而CFRP 的比重只有鋼索的1/ 5 。

三、CFRP在土木工程中的應用情況

如上所述，碳纖維及CFRP在土木工程中應用有多種形式；

（1 ）碳纖維加入混凝土中，可大大提高混凝土結構的多種性能；

（2）CFRP 筋，可代替普通鋼筋，建造新的混凝土結構；

（3）CFRP 預應力索、絞線，可取代鋼絞線；建成預應力結構或單獨使用于錨桿及懸索橋等結構中；

（4）CFRP 布、CFRP 薄板，可用于既有混凝土結構工程的加固，

（5）CFRP 技術是二戰之后出現的。 我國在土木工程中應用CFRP 材料的研究與制備，開始得較早，幾乎與國外同步。但因種種原因，發展較慢。只是最近五年，FRP 的研究和應用有了較大的發展。

      由上可見，盡管FRP 是一種性能優良的、新的混凝土結構的加強材料，但是， 由于國內外對它們的研究還較少，其應用也不多。因此，很需要我們去進一步研究與開發。

四、對于FRP，土木工程師應做些什么？

     對于FRP - 一種新的結構材料及產品，我們土木工程師應做些什么？這是一個很值得研探的問題。我初步考慮，至少應做三方面的工作：

1. 進一步研究FRP，包括研究：

(1) FRP 的力學和化學性能，減少它們的脆性，促進其合理應用；

(2) FRP筋的配筋混凝土結構性能,包括彎、剪、扭承載力，約束作用，延性及使用性;

(3) 研究FRP索的預應力混凝土結構性能及錨固技術和工藝；

(4) 研究貼于混凝土結構外表面加固后的受力性能，包括其承載力、延性、疲勞性能及界面特性等。

2 . 在研究的基礎上，一方面，組織編制FRP 的設計與施工規程，另一方面， 積極開展工程應用，不僅增加工程應用數量，而且擴大工程應用范圍。只有增加應用量、擴大應用面，才能促進FRP 價格的下跌，從而，又推動其工程應用。

3. 促進FRP 的國產化和產業化最后，應強調：推廣應用FRP，并不意味著鋼材地位的降低，因為鋼材不可能被完全替代。