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第三章 纤维及纤维复合材料 纤维材料 纤维材料通常作为复合材料的增强材料，复合材料是以一种材料为基体，另一种材料为增强体组合而成的材料，各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。 复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。 纤维增强聚合物复合材料 纤维增强聚合物复合材料（FRP）是用玻璃纤维、碳纤维、塑胶等纤维用环氧树脂粘剂拌和在一起组成的复合材料。 除了玻璃纤维、碳纤维外，作为纤维增强材料的还有硼纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维和芳纶纤维等。 这种材料强度很高,接近高强预应力钢筋。与传统结构材料相比, FRP具有高强、轻质、耐腐蚀和施工方便等优点。 一、 玻璃纤维增强塑料 玻璃纤维增强塑料（GFRP,　也称玻璃钢），是由合成树脂和玻璃纤维或其织物经复合工艺、制作而成的一种用途广泛的复合材料。 它具有玻璃般的透明性或半透明性，又具有钢铁般的高强度而得名。如用玻璃纤维去增强热塑性塑料，可称为热塑性玻璃钢；如用玻璃纤维增强热固性塑料，就叫做热固性玻璃钢。目前生产的玻璃钢主要指热固性而言。 （一）玻璃钢的性能特点 玻璃钢有三大优点： 一是玻璃钢的密度小，强度大，比钢铁结实，比铝轻，比重只有普通钢材的1／4～l／16，而机械强度却为钢的3～4倍； 二是玻璃钢具有瞬间耐高温特性； 三是具有良好的耐酸碱腐蚀特性及不具有磁性。另外，玻璃钢容易着色，能透过电磁波等特性。 另外，着色性非常好。 二、碳纤维增强塑料 （一）碳纤维增强塑料的性能 碳纤维增强塑料(CFRP)是由合成树脂和碳纤维纤维或其织物经复合工艺、制作而成的一种用途广泛的复合材料。 碳纤维增强的热固性树脂主要用于强度和刚性要求较高、而密度要求较小的器械或设备中， 用酚醛树脂和碳纤维制成的复合材料可作为宇宙飞行器外表面的防热层、火箭喷嘴等。 而碳纤维与环氧树脂制成的复合材料由于强度高，多用于飞机和宇宙飞行器上作为结构材料。 碳纤维增强聚合物可以根据使用温度的不同选择不同的树脂基体。如环氧树脂使用温度为150～200℃，聚双马来酰亚胺为200～250℃，而聚酰亚胺在300℃以上。 这类碳纤维复合材料较多应用于制造航天飞行器外壳或火箭喷管的耐烧蚀材料中。新一代的运动器材如羽毛球拍、网球拍、高尔夫球杆、滑雪杖、滑雪板、撑杆、弓箭等都采用碳纤维增强塑料来做。 FRP能适应现代工程结构向大跨、高耸、重载、高强和轻质发展以及承受恶劣条件的需要,符合现代施工技术的工业化要求。因而被越来越广泛地应用于桥梁、各类民用建筑、海洋和近海、地下工程等结构中的维修加固。 FRP 加固现有结构, 其简便的施工工艺及优良的加固效果得到土木工程界的普遍赞同。利用碳纤维增强塑料加固结构主要是将其粘贴在或植入结构或构件的受拉区表面，利用其高强性能来抵抗结构所承受的拉应力。在加固修补混凝土结构中可以充分利用其高强度、高弹性模量的特点来提高混凝土结构及构件的承载力和延性，改善受力性能，达到高效加固修补的目的。这对于抗震加固补强具有重要意义。 2. 在新结构中的应用 高性能FRP 复合材料在应用于新建结构中，也是其一个最广阔的领域。由于其材料特点, 可以为现代土木工程建设带来革命性的变化。采用FRP 材料代替原有混凝土结构的钢材,会使原有的设计理论与设计方法发生较大改变。 3. 特殊条件下的应用 （1）海洋环境下 任何海洋资源的开发都离不开对海洋基础设施的建设, 而在所有海洋基础设施的建设中, 结构防腐问题一直是一个最突出的问题。 目前在建的海洋钢筋混凝土结构,采用最厚的混凝土保护层(一般为150 mm 左右,相当于陆地混凝土结构保护层的5 倍以上) 及防腐措施,其对内部钢筋防氯盐腐蚀也仅有15 年左右,这与永久或半永久性的海洋结构耐久要求相距甚远。 采用FRP 混凝土或FRP —混凝土组合结构就可以从根本上解决海洋工程中的钢筋腐蚀问题. （2）高寒环境下 高寒环境下,基础设施建设与维护费用昂贵,建设周期过长。因此,对于再建或拟建的各种基础设施项目(主要是公路与铁路等交通项目) ,提高其建设质量,减少维护费用是一个重大的技术问题。用FRP 筋代替钢筋,做成免维护复合材料混凝土结构,从而达到提高基础设施耐久性与延长寿命的目的。 （3）地质灾害防治 用于地质灾害防治中永久锚固支护，对山体与边坡滑移治理最有效的办法就是采用预应力锚固支护技术。  土木合成材料 土工合成材料是以人工合成的聚合物为原料制成的各种类型产品，是岩土工程中应用的合成材料的总称。可置于岩土或其它工程结构内部、表面或各种结构层之间，具有加强、保护岩土或其它结构功能的一种新型工程材