纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（Fiber Reinforced Polymer/Plastic，簡稱FRP），現(xiàn)有CFRP、GFRP、AFRP、BFRP等。FRP復(fù)合材料是由纖維材料與基體材料（樹脂）按一定的比例混合后形成的高性能型材料。質(zhì)輕而硬，不導(dǎo)電，機(jī)械強(qiáng)度高，回收利用少，耐腐蝕。

簡介

FRP，纖維增強(qiáng)復(fù)合塑料，是英文（Fiber Reinforced Plastics ）的縮寫，現(xiàn)有CFRP、GFRP、AFRP、BFRP等。中文中玻璃鋼指的就是GFRP。 FRP復(fù)合材料是由纖維材料與基體材料按一定的比例混合后形成的高性能型材料。其中GFRP根據(jù)所使用的樹脂品種不同，有聚酯玻璃鋼、環(huán)氧玻璃鋼、酚醛玻璃鋼等種類。一般FRP具有質(zhì)輕而硬，不導(dǎo)電，機(jī)械強(qiáng)度高，回收利用少，耐腐蝕等特性。

隨著社會(huì)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步, 土木工程結(jié)構(gòu)學(xué)科的發(fā)展, 在很大程度上得益于性質(zhì)優(yōu)異的新材料、新技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展, 而FRP以其優(yōu)異的力學(xué)性能及適應(yīng)現(xiàn)代工程結(jié)構(gòu)向大跨、高聳、重載、輕質(zhì)發(fā)展的需求, 正被越來越廣泛地應(yīng)用于橋梁工程、各類民用建筑、海洋工程、地下工程中, 受到結(jié)構(gòu)工程界廣泛關(guān)注。

性能特點(diǎn)

抗拉強(qiáng)度

    抗拉強(qiáng)度高, FRP的抗拉強(qiáng)度均明顯高于鋼筋, 與高強(qiáng)鋼絲抗拉強(qiáng)度差不多, 一般是鋼筋的2倍甚至達(dá)10倍。但FRP材料在達(dá)到抗拉強(qiáng)度前,幾乎沒有塑性變形產(chǎn)生, 受拉時(shí)應(yīng)力、應(yīng)變呈線彈性上升直至脆斷, 因此FRP復(fù)合材料在與混凝土結(jié)構(gòu)共同作用的過程中, 往往不是由于FRP材料被拉斷破壞, 而是由于FRP-混凝土界面強(qiáng)度不足導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)界面被剝離破壞, 所以, FRP-混凝土界面粘結(jié)性能問題成為今后工程應(yīng)用的一個(gè)重點(diǎn)和難點(diǎn)。

熱膨脹系數(shù)

    FRP復(fù)合材料熱膨脹系數(shù)與混凝土相近, 這樣當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí), FRP與混凝土協(xié)調(diào)工作,兩者間不會(huì)產(chǎn)生大的溫度應(yīng)力。

彈性模量

    與鋼材相比, 大部分FRP產(chǎn)品彈性模量小。約為普通鋼筋的25%~ 75%。因此, FRP結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)通常由變形控制。

抗剪強(qiáng)度

    因?yàn)镕RP是纖維通過基體聚合而成，纖維間強(qiáng)度由基體決定（強(qiáng)度一般弱于纖維），所以垂直于纖維方向強(qiáng)度較弱。FRP的抗剪強(qiáng)度低, 其強(qiáng)度僅為抗拉強(qiáng)度的5%~20%, 這使得FRP構(gòu)件在連接過程中需要研制專門的錨具、夾具。這也使得FRP構(gòu)件的適度成為研究突出的問題。

抗腐蝕、抗疲勞性能

    FRP材料抗腐蝕、抗疲勞性能好, 可以在酸、堿、氯鹽和潮濕的環(huán)境中長期使用, 因而可提高結(jié)構(gòu)的使用壽命, 這是結(jié)構(gòu)材料難以比擬的。但同時(shí), 與一般混凝土相比較, FRP復(fù)合材料的防火性能偏差, 這也制約了該類結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的推廣應(yīng)用, 成為今后要解決的問題之一。

重量

    比強(qiáng)度很高，即通常所說的輕質(zhì)高強(qiáng)，因此采用FRP材料可減輕結(jié)構(gòu)自重，施工方便, 其重量一般為鋼材的20%。

良好的可設(shè)計(jì)性

    FRP屬于人工材料可根據(jù)工程需要采用不同纖維材料纖維含量和鋪陳方式等不同工藝設(shè)計(jì)出不同強(qiáng)度指標(biāo)、彈性模量及特殊性能要求的FRP產(chǎn)品，且FRP鏟平形狀可靈活設(shè)計(jì)。

    工廠化生產(chǎn)，現(xiàn)場安裝，有利于保證工程質(zhì)量提高勞動(dòng)效率和建筑工業(yè)化。

其他優(yōu)勢

    絕緣、隔熱及透電磁波等，因此可用于一些特殊場合如雷達(dá)站地磁觀測站醫(yī)療核磁共振設(shè)備結(jié)構(gòu)等。

生產(chǎn)工藝

    FRP的生產(chǎn)方法基本上分兩大類，即濕法接觸型和干法加壓成型。如按工藝特點(diǎn)來分，有手糊成型、層壓成型、RTM法、擠拉法、模壓成型、纏繞成型等。手糊成型又包括手糊法、袋壓法、噴射法、濕糊低壓法和無模手糊法。

目前世界上使用最多的成型方法有以下四種。

①手糊法：主要使用國家有挪威、日本、英國、丹麥等。

②噴射法：主要使用國家有瑞典、美國、挪威等。

③模壓法：主要使用國家有德國等。

④RTM法：主要使用國家有歐美各國、日本。

    我國有90%以上的FRP產(chǎn)品是手糊法生產(chǎn)的，其他有模壓法、纏繞法、層壓法等。日本的手糊法仍占50%。從世界各國來看，手糊法仍占相當(dāng)比重，說明它仍有生命力。手糊法的特點(diǎn)是用濕態(tài)樹脂成型，設(shè)備簡單，費(fèi)用少，一次能糊10m以上的整體產(chǎn)品。缺點(diǎn)是機(jī)械化程度低，生產(chǎn)周期長，質(zhì)量不穩(wěn)定。我國從國外引進(jìn)了擠拉、噴涂、纏繞等工藝設(shè)備，隨著FRP工業(yè)的發(fā)展，新的工藝方法將會(huì)不斷出現(xiàn)。

    frp學(xué)名玻璃纖維增強(qiáng)塑料。它是以玻璃纖維及其制品（玻璃布、帶、氈、紗等）作為增強(qiáng)材料，以合成樹脂作基體材料的一種復(fù)合材料。復(fù)合材料的概念是指一種材料不能滿足使用要求，需要由兩種或兩種以上的材料復(fù)合在一起，組成另一種能滿足人們要求的材料，即復(fù)合材料。例如，單一種玻璃纖維，雖然強(qiáng)度很高，但纖維間是松散的，只能承受拉力，不能承受彎曲、剪切和壓應(yīng)力，還不易做成固定的幾何形狀，是松軟體。如果用合成樹脂把它們粘合在一起，可以做成各種具有固定形狀的堅(jiān)硬制品，既能承受拉應(yīng)力，又可承受彎曲、壓縮和剪切應(yīng)力。這就組成了玻璃纖維增強(qiáng)的塑料基復(fù)合材料。由于其強(qiáng)度相當(dāng)于鋼材，又含有玻璃組分，也具有玻璃那樣的色澤、形體、耐腐蝕、電絕緣、隔熱等性能，象玻璃那樣，歷史上形成了這個(gè)通俗易懂的名稱“玻璃鋼”，這個(gè)名詞是由原國家建筑材料工業(yè)部部長賴際發(fā)同志于1958 年提出的，由建材系統(tǒng)擴(kuò)至全國，仍然普遍地采用著。由此可見，玻璃鋼的含義就是指玻璃纖維作增強(qiáng)材料、合成樹脂作粘結(jié)劑的增強(qiáng)塑料，國外稱玻璃纖維增強(qiáng)塑料。隨著我國玻璃鋼事業(yè)的發(fā)展，作為塑料基的增強(qiáng)材料，已由玻璃纖維擴(kuò)大到碳纖維、硼纖維、芳綸纖維、氧化鋁纖維和碳化硅纖維等，無疑地，這些新型纖維制成的增強(qiáng)塑料，是一些高性能的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，再用玻璃鋼這個(gè)俗稱就無法概括了�？紤]到歷史的由來和發(fā)展，通常采用玻璃鋼復(fù)合材料，這樣一個(gè)名稱就較全面。

組成種類

    FRP由增強(qiáng)纖維和基體組成，一般用玻璃纖維增強(qiáng)不飽和聚脂、環(huán)氧樹脂與酚醛樹脂做基體，以玻璃纖維或其制品作增強(qiáng)材料的增強(qiáng)塑料。纖維（或晶須）的直徑很小，一般在10μm以下，缺陷較少又較小，斷裂應(yīng)變約為千分之三十以內(nèi)，是脆性材料，易損傷、斷裂和受到腐蝕�；�體相對(duì)于纖維來說，強(qiáng)度、模量都要低很多，但可以經(jīng)受住大的應(yīng)變，往往具有粘彈性和彈塑性，是韌性材料�！」こ探Y(jié)構(gòu)中常用的FRP主材主要有碳纖維( CFRP)、玻璃纖維( GFRP)、及芳綸纖維( AFRP), 其材料形式主要有片材(纖維布和板)、棒材(筋材和索材)及型材(格柵型、工字型、蜂窩型等)。

應(yīng)用

    FRP復(fù)合材料在土木工程領(lǐng)域的應(yīng)用快速增長，可用于包括柱、墻、梁、板及面板的抗震及補(bǔ)強(qiáng)加固，新的增強(qiáng)構(gòu)件、結(jié)構(gòu)形式及結(jié)構(gòu)體系也正在研究、開發(fā)和應(yīng)用。

1、建筑工程

    結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)正轉(zhuǎn)向基于性能的設(shè)計(jì)，對(duì)結(jié)構(gòu)及材料性能的要求也提高了。FRP材料已用于新建結(jié)構(gòu)的框架以提高其結(jié)構(gòu)性能，還被大量應(yīng)用于舊有民用建筑的維修加固。

2、巖土工程

    FRP纖維復(fù)合材料在長期惡劣的地質(zhì)條件下具有良好的耐腐蝕性能，已廣泛用于加筋土中；FRP復(fù)合材料易被掘進(jìn)機(jī)具切斷，故可用于盾構(gòu)法掘進(jìn)豎井的混凝土墻、土釘及臨時(shí)支護(hù)用的復(fù)合材料地錨，如用鋼錨則會(huì)導(dǎo)致挖掘機(jī)機(jī)頭的斷裂。因GFRP復(fù)合材料價(jià)格低廉，安裝方便，耐久性強(qiáng)，已用于潮汐變化的干濕交替的擋土墻、地基錨桿及噴射混凝土筋等。

3、橋梁工程

    FRP復(fù)合材料應(yīng)用于橋梁工程起始于70年代末和80年代初期。可用作懸索橋及斜拉橋的纜索、預(yù)應(yīng)力混凝土橋中的預(yù)應(yīng)力筋，甚至可以用于整個(gè)橋梁體系；另外在橋梁補(bǔ)強(qiáng)加固方面也有應(yīng)用。

4、海洋結(jié)構(gòu)和近海結(jié)構(gòu)

    海洋結(jié)構(gòu)和近海結(jié)構(gòu)的腐蝕問題一直比較突出，對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)更是如此，因而采用抗腐蝕性能良好的FRP可以很好地解決該問題，具有很好的發(fā)展前景。在建的海洋鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，采用最厚的混凝土保護(hù)層（一般為150mm左右，相當(dāng)于陸地混凝土結(jié)構(gòu)保護(hù)層的5倍以上）及防腐措施，其對(duì)內(nèi)部鋼筋防氯鹽腐蝕也僅有15年左右，這與永久或半永久性的海洋結(jié)構(gòu)耐久要求相距甚遠(yuǎn)。采用FRP混凝土或FRP-混凝土組合結(jié)構(gòu)就可以從根本上解決海洋工程中的鋼筋（鋼材）腐蝕問題，其重大意義不言而喻。

現(xiàn)狀趨勢

    FRP復(fù)合材料的研究開發(fā)和應(yīng)用在歐美發(fā)達(dá)國家以及日本, 已成為十分活躍的領(lǐng)域。在今后一個(gè)時(shí)期, FRP作為一種高性能材料以其輕質(zhì)高強(qiáng)、耐腐蝕、耐久性能好、施工便捷等性能特點(diǎn), 必將成為各類道路、橋梁、民用建筑結(jié)構(gòu)的養(yǎng)護(hù)、檢測和維修的必要補(bǔ)充材料, 并得到廣泛應(yīng)用, 給我國的建筑經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域帶來不可忽視的綜合效益。