FRP材料及其在工程材料中的应用

报告内容FRP材料的基本介绍1FRP材料的性能2FRP材料的品种3FRP材料的应用4第一页，共19页。第一页，共19页。FRP的基本介绍纤维复合材料（FiberReinforcedPolymer）是把高性能的纤维经过编织与环氧树脂等基材胶合凝固或经过高温固化而形成的一种新型复合材料。纤维树脂FRP(CF、GF、AF)两个作用延伸率第二页，共19页。第二页，共19页。FRP中纤维的性能比较玻璃纤维

抗拉强度高，电绝缘性较好，价格便宜

脆性大，不耐碱，长期受力下易断裂。碳纤维

高强高模，密度小，耐腐蚀等

各向异性，耐冲击性较差，价格昂贵。芳纶纤维

抗拉强度高，韧性好

抗压强度较低，大约为其抗拉强度的1/8。第三页，共19页。第三页，共19页。FRP的物理性能密度

FRP的密度范围是1.25~2.1g/cm3，是钢筋密度的1/6~1/4。FRP的密度（）钢筋

GFRP

CFRP

AFRP

7.9

1.25~2.1

1.5~1.6

1.25~1.4第四页，共19页。第四页，共19页。线膨胀系数线膨胀系数反映材料在高温下的尺寸稳定性、纤维种类、纤维含量和树脂种类是影响FRP线膨胀系数的主要因素。

方向线膨胀系数（）钢筋

GFRP

CFRP

AFRP纵向

11.7

6~10

-4~-2

-6~-2横向

11.7

21~30

23~32

60~80FRP的线膨胀系数C°-´/106第五页，共19页。第五页，共19页。FRP的力学性能与钢筋力学性能对比纤维种类E（GPa）抗拉强度（MPa）极限拉应变（%）CFRP普通220~235

2050~3790

1.2高强度220~235

3790~4825

1.4高模量345~515

1725~3100

0.5GFRPE-Glass69~72

1860~2685

4.5S-Glass86~90

3445~4135

5.4AFRP普通69~83

3445~4135

2.5钢筋200~210

300~400

1.6第六页，共19页。第六页，共19页。FRP的长期性能疲劳性能FRP不易发生疲劳破坏，且不易受外界环境的影响。实验表明：每十年的对数时间，CFRP、GFRP、AFRP相对于其静力强度值分别降低了5%~8%、10%、5%~6%。经过200万次的疲劳循环后，CFRP、AFRP的剩余强度分别为其静力强度的50%~70%、54%~73%。第七页，共19页。第七页，共19页。耐久性能耐久性能是FRP长期性能的一个重要方面。

81%

45%

100%紫外线辐射

80%

75%

80%高温性能

100%

100%

100%冻融循环

23%

70%

85%动态疲劳

100%

60%~85%

100%耐酸性能

15%

92%

95%耐碱性能

GFRP

AFRP

CFRP注：表中数据为相对于其静力强度的百分比第八页，共19页。第八页，共19页。FRP的品种FRP布

建筑工程中用于加固的FRP材料，按形式可以分为布、板材、棒材等。第九页，共19页。第九页，共19页。FRP板材FRP板材是将树脂、纤维丝按照一定的比例通过高温固化挤压而形成的，包括FRP板和FRP板条。

第十页，共19页。第十页，共19页。FRP棒材FRP棒材可以分为FRP筋和FRP格栅。第十一页，共19页。第十一页，共19页。FRP在建筑中的应用对结构材料的修复与加固替换钢筋或钢管直接应用于新建结构中FRP材料以其轻质、高强、耐久和抗腐蚀等优越性能成为建筑工程中一种新型的结构材料。目前FRP材料在建筑工程的应用方式主要有两方面。第十二页，共19页。第十二页，共19页。FRP外贴补强技术FRP外贴补强技术（FRP布）干铺法湿铺法第十三页，共19页。第十三页，共19页。FRP筋替代钢筋性价比

通过测算，工程结构中，达到相同截面拉伸强度，利用GFRP筋的价格是普通钢筋价格的0.52。即利用GFRP筋替代普通钢筋，仅考虑材料的拉伸强度或达到的截面拉伸强度，材料价格将下降将近一半。第十四页，共19页。第十四页，共19页。桥梁结构实例：美国布里奇街桥(密歇根，Southfield市)第十五页，共19页。第十五页，共19页。FRP筋对混凝土构件性能的监测

FRP筋具有自感知智能性能,可以通过在FRP筋的生产过程中将光纤传感器埋置于纤维和树脂之中,利用光纤传感器的传感原理实现实时监控,通过FRP筋受力过程中电阻的变化来获得构件的应力和应变信息。第十六页，共19页。第十六页，共19页。FRP筋在沿海地区和海洋工程中的应用

由于FRP筋具有很好的抗腐蚀性能,采用FRP筋代替混凝土结构中的钢筋就可以从根本上解决沿海地区和海洋工程中的钢筋锈蚀问题,延长结构的使用年限,节约资源。第十七页，共19页。第十七页，共19页。结语

FRP材料以其质量轻、抗拉强度高、耐腐蚀性强、耐久性能好等优点,近