高性能復合材料筋材的制備及其應用技術通過行業(yè)鑒定

      傳統(tǒng)混凝土結構是用預應力或非預應力鋼筋增強。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的。然而在嚴酷環(huán)境，如海工結構、使用防凍劑的停車場及橋梁，由于溫度、濕度和氯化物的共同作用，混凝土的堿性將降低，進而引起鋼筋銹蝕，最終導致混凝土開裂、性能劣化而失去可服務性。

      在歐美發(fā)達國家，特別是北美地區(qū)，由于近海地區(qū)和氣候寒冷地區(qū)的鋼筋混凝土結構易遭受鹽的侵蝕危害，鋼筋腐蝕嚴重。據(jù)國外資料介紹，目前美國的六十萬座橋梁中，有近十萬座鋼筋腐蝕嚴重。英國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構，因鋼筋銹蝕需要重建或更換鋼筋的占三分之一以上，每年的維護費用高達數(shù)十億美元。

      近年來，我國每年鋼筋用量達4000萬噸以上。然而在我國東南沿海及西北、華北等鹽堿土質(zhì)地區(qū)，由于環(huán)境惡劣而導致大量因鋼筋銹蝕而導致混凝土結構損壞、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、耐腐蝕、非磁性的特點，其重量約為鋼筋的1/4，而強度是鋼筋的3～10倍。它可代替鋼筋，在特種工程結構中廣泛應用，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筑物的過早劣化、破壞，延長結構使用壽命和提高結構安全性，也能有效降低工程維修、維護的成本。

      1999年和2002年，南京玻纖院承擔了江蘇省自然科學基金項目“FRP在土木工程的應用基礎研究——高性能纖維制品的研究”與科技攻關項目“土木工程結構加固補強用高性能復合材料片材成套生產(chǎn)技術”。在以上項目的基礎上，中材科技股份有限公司（南京玻纖院）承擔了南京科技局“多功能復合材料的開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化”課題，主要研究內(nèi)容為“高性能復合材料筋材的制備與應用技術”。同濟大學和中材科技（南京玻纖院）在復合材料筋材方面長期合作，做了大量的研究工作。在項目組全體成員的共同努力下，先后完成了資料收集、分析，試驗方案制定、配方工藝試驗、設備設計到制備、性能測試、應用試驗、工程應用等研究工作，解決了配方優(yōu)化設計、成型工藝、高效專用設備、材料性能測試與評價等多項關鍵技術，建成了一條高性能FRP筋材生產(chǎn)線，并取得了多項應用研究成果。

      2006年6月，中國建筑材料工業(yè)協(xié)會在南京組織召開了“高性能復合材料筋材的制備和應用技術研究”項目成果鑒定會。專家們一致認為：

      1、該成果系統(tǒng)地開展了高性能FRP筋材生產(chǎn)工藝和應用技術研究，解決了配方優(yōu)化設計、成型工藝、高效專用設備設計、材料性能測試與評價等關鍵技術。在五頭FRP筋材拉繞設備、FRP筋材性能測試專用錨夾具等方面具有創(chuàng)新性。

      2、設計建成了年產(chǎn)60萬米的高性能FRP筋材生產(chǎn)線，運行穩(wěn)定、生產(chǎn)效率高，實現(xiàn)了FRP筋材的國產(chǎn)化。

      3、研制的FRP筋材具有拉伸強度高，與混凝土適應性好的特點，可滿足實際工程使用要求；對混雜FRP筋材的理論設計及材料制備進行了研究，進一步提高FRP筋材的延性和模量。建成了國內(nèi)首個國產(chǎn)FRP筋增強混凝土示范工程。

      4、對非預應力和預應力FRP筋混凝土梁的受彎性能進行了試驗和設計理論研究，為FRP筋材的工程應用提供了相關設計依據(jù)和技術數(shù)據(jù)。

      鑒定委員會一致認為，F(xiàn)RP筋材制備工藝技術與應用研究居國內(nèi)領先水平，關鍵性能指標達到國外同類產(chǎn)品先進水平，該項目成果意義重大。

      采用該項成果研制的FRP筋材的主要性能指標達到國際先進產(chǎn)品水平。

      將FRP筋材高強、防腐的特點應用于實際工程，一直受到國內(nèi)外工程界的關注。目前北美和歐洲等國家都相繼發(fā)布了FRP筋的應用技術規(guī)范或應用指南，并有多項FRP筋材增強混凝土結構的工程應用研究和實踐。國內(nèi)在這方面的工程應用尚無先例。項目組參照歐美的設計應用規(guī)范，將項目產(chǎn)品ф6.2mm的GFRP筋材應用于新建增強混凝土構筑物——污水提升池工程，為國內(nèi)首次工程應用實例，其意義重大。

      隨著2007年我國“土木工程用FRP應用技術規(guī)范”的出臺，高性能FRP筋材可用于大量的示范工程當中并將逐步替代現(xiàn)有的鋼筋用于水利、海港、化工等惡劣環(huán)境下的工程結構中，市場前景廣闊。發(fā)展FRP筋材，必將大大推動我國建筑材料產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)品結構調(diào)整，對促進我國建筑材料行業(yè)的技術進步和科技產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有十分重大的現(xiàn)實意義。