高性能復(fù)合材料筋材的制備及其應(yīng)用技術(shù)通過(guò)行業(yè)鑒定

      傳統(tǒng)混凝土結(jié)構(gòu)是用預(yù)應(yīng)力或非預(yù)應(yīng)力鋼筋增強(qiáng)。最初，混凝土的高堿性可防止鋼筋被腐蝕，鋼筋是可耐受和可服務(wù)的。然而在嚴(yán)酷環(huán)境，如海工結(jié)構(gòu)、使用防凍劑的停車(chē)場(chǎng)及橋梁，由于溫度、濕度和氯化物的共同作用，混凝土的堿性將降低，進(jìn)而引起鋼筋銹蝕，最終導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂、性能劣化而失去可服務(wù)性。

      在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家，特別是北美地區(qū)，由于近海地區(qū)和氣候寒冷地區(qū)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)易遭受鹽的侵蝕危害，鋼筋腐蝕嚴(yán)重。據(jù)國(guó)外資料介紹，目前美國(guó)的六十萬(wàn)座橋梁中，有近十萬(wàn)座鋼筋腐蝕嚴(yán)重。英國(guó)建造在海洋及含氯化物介質(zhì)的環(huán)境中的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，因鋼筋銹蝕需要重建或更換鋼筋的占三分之一以上，每年的維護(hù)費(fèi)用高達(dá)數(shù)十億美元。

      近年來(lái)，我國(guó)每年鋼筋用量達(dá)4000萬(wàn)噸以上。然而在我國(guó)東南沿海及西北、華北等鹽堿土質(zhì)地區(qū)，由于環(huán)境惡劣而導(dǎo)致大量因鋼筋銹蝕而導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)損壞、老化現(xiàn)象發(fā)生。

      與鋼筋相比，F(xiàn)RP筋材具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐腐蝕、非磁性的特點(diǎn)，其重量約為鋼筋的1/4，而強(qiáng)度是鋼筋的3～10倍。它可代替鋼筋，在特種工程結(jié)構(gòu)中廣泛應(yīng)用，如水利工程、海港工程和化工腐蝕、通訊及軍用工程等，以避免或減輕因鋼筋腐蝕所引起的混凝土構(gòu)筑物的過(guò)早劣化、破壞，延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)使用壽命和提高結(jié)構(gòu)安全性，也能有效降低工程維修、維護(hù)的成本。

      1999年和2002年，南京玻纖院承擔(dān)了江蘇省自然科學(xué)基金項(xiàng)目“FRP在土木工程的應(yīng)用基礎(chǔ)研究——高性能纖維制品的研究”與科技攻關(guān)項(xiàng)目“土木工程結(jié)構(gòu)加固補(bǔ)強(qiáng)用高性能復(fù)合材料片材成套生產(chǎn)技術(shù)”。在以上項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，中材科技股份有限公司（南京玻纖院）承擔(dān)了南京科技局“多功能復(fù)合材料的開(kāi)發(fā)及產(chǎn)業(yè)化”課題，主要研究?jī)?nèi)容為“高性能復(fù)合材料筋材的制備與應(yīng)用技術(shù)”。同濟(jì)大學(xué)和中材科技（南京玻纖院）在復(fù)合材料筋材方面長(zhǎng)期合作，做了大量的研究工作。在項(xiàng)目組全體成員的共同努力下，先后完成了資料收集、分析，試驗(yàn)方案制定、配方工藝試驗(yàn)、設(shè)備設(shè)計(jì)到制備、性能測(cè)試、應(yīng)用試驗(yàn)、工程應(yīng)用等研究工作，解決了配方優(yōu)化設(shè)計(jì)、成型工藝、高效專(zhuān)用設(shè)備、材料性能測(cè)試與評(píng)價(jià)等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，建成了一條高性能FRP筋材生產(chǎn)線(xiàn)，并取得了多項(xiàng)應(yīng)用研究成果。

      2006年6月，中國(guó)建筑材料工業(yè)協(xié)會(huì)在南京組織召開(kāi)了“高性能復(fù)合材料筋材的制備和應(yīng)用技術(shù)研究”項(xiàng)目成果鑒定會(huì)。專(zhuān)家們一致認(rèn)為：

      1、該成果系統(tǒng)地開(kāi)展了高性能FRP筋材生產(chǎn)工藝和應(yīng)用技術(shù)研究，解決了配方優(yōu)化設(shè)計(jì)、成型工藝、高效專(zhuān)用設(shè)備設(shè)計(jì)、材料性能測(cè)試與評(píng)價(jià)等關(guān)鍵技術(shù)。在五頭FRP筋材拉繞設(shè)備、FRP筋材性能測(cè)試專(zhuān)用錨夾具等方面具有創(chuàng)新性。

      2、設(shè)計(jì)建成了年產(chǎn)60萬(wàn)米的高性能FRP筋材生產(chǎn)線(xiàn)，運(yùn)行穩(wěn)定、生產(chǎn)效率高，實(shí)現(xiàn)了FRP筋材的國(guó)產(chǎn)化。

      3、研制的FRP筋材具有拉伸強(qiáng)度高，與混凝土適應(yīng)性好的特點(diǎn)，可滿(mǎn)足實(shí)際工程使用要求；對(duì)混雜FRP筋材的理論設(shè)計(jì)及材料制備進(jìn)行了研究，進(jìn)一步提高FRP筋材的延性和模量。建成了國(guó)內(nèi)首個(gè)國(guó)產(chǎn)FRP筋增強(qiáng)混凝土示范工程。

      4、對(duì)非預(yù)應(yīng)力和預(yù)應(yīng)力FRP筋混凝土梁的受彎性能進(jìn)行了試驗(yàn)和設(shè)計(jì)理論研究，為FRP筋材的工程應(yīng)用提供了相關(guān)設(shè)計(jì)依據(jù)和技術(shù)數(shù)據(jù)。

      鑒定委員會(huì)一致認(rèn)為，F(xiàn)RP筋材制備工藝技術(shù)與應(yīng)用研究居國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平，關(guān)鍵性能指標(biāo)達(dá)到國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品先進(jìn)水平，該項(xiàng)目成果意義重大。

      采用該項(xiàng)成果研制的FRP筋材的主要性能指標(biāo)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)產(chǎn)品水平。

      將FRP筋材高強(qiáng)、防腐的特點(diǎn)應(yīng)用于實(shí)際工程，一直受到國(guó)內(nèi)外工程界的關(guān)注。目前北美和歐洲等國(guó)家都相繼發(fā)布了FRP筋的應(yīng)用技術(shù)規(guī)范或應(yīng)用指南，并有多項(xiàng)FRP筋材增強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)的工程應(yīng)用研究和實(shí)踐。國(guó)內(nèi)在這方面的工程應(yīng)用尚無(wú)先例。項(xiàng)目組參照歐美的設(shè)計(jì)應(yīng)用規(guī)范，將項(xiàng)目產(chǎn)品ф6.2mm的GFRP筋材應(yīng)用于新建增強(qiáng)混凝土構(gòu)筑物——污水提升池工程，為國(guó)內(nèi)首次工程應(yīng)用實(shí)例，其意義重大。

      隨著2007年我國(guó)“土木工程用FRP應(yīng)用技術(shù)規(guī)范”的出臺(tái)，高性能FRP筋材可用于大量的示范工程當(dāng)中并將逐步替代現(xiàn)有的鋼筋用于水利、海港、化工等惡劣環(huán)境下的工程結(jié)構(gòu)中，市場(chǎng)前景廣闊。發(fā)展FRP筋材，必將大大推動(dòng)我國(guó)建筑材料產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，對(duì)促進(jìn)我國(guó)建筑材料行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和科技產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有十分重大的現(xiàn)實(shí)意義。