高性能复合材料筋材的制备及其应用技术通过行业鉴定

      传统混凝土结构是用预应力或非预应力钢筋增强。最初，混凝土的高碱性可防止钢筋被腐蚀，钢筋是可耐受和可服务的。然而在严酷环境，如海工结构、使用防冻剂的停车场及桥梁，由于温度、湿度和氯化物的共同作用，混凝土的碱性将降低，进而引起钢筋锈蚀，最终导致混凝土开裂、性能劣化而失去可服务性。

      在欧美发达国家，特别是北美地区，由于近海地区和气候寒冷地区的钢筋混凝土结构易遭受盐的侵蚀危害，钢筋腐蚀严重。据国外资料介绍，目前美国的六十万座桥梁中，有近十万座钢筋腐蚀严重。英国建造在海洋及含氯化物介质的环境中的钢筋混凝土结构，因钢筋锈蚀需要重建或更换钢筋的占三分之一以上，每年的维护费用高达数十亿美元。

      近年来，我国每年钢筋用量达4000万吨以上。然而在我国东南沿海及西北、华北等盐碱土质地区，由于环境恶劣而导致大量因钢筋锈蚀而导致混凝土结构损坏、老化现象发生。

      与钢筋相比，FRP筋材具有轻质、高强、耐腐蚀、非磁性的特点，其重量约为钢筋的1/4，而强度是钢筋的3～10倍。它可代替钢筋，在特种工程结构中广泛应用，如水利工程、海港工程和化工腐蚀、通讯及军用工程等，以避免或减轻因钢筋腐蚀所引起的混凝土构筑物的过早劣化、破坏，延长结构使用寿命和提高结构安全性，也能有效降低工程维修、维护的成本。

      1999年和2002年，南京玻纤院承担了江苏省自然科学基金项目“FRP在土木工程的应用基础研究——高性能纤维制品的研究”与科技攻关项目“土木工程结构加固补强用高性能复合材料片材成套生产技术”。在以上项目的基础上，中材科技股份有限公司（南京玻纤院）承担了南京科技局“多功能复合材料的开发及产业化”课题，主要研究内容为“高性能复合材料筋材的制备与应用技术”。同济大学和中材科技（南京玻纤院）在复合材料筋材方面长期合作，做了大量的研究工作。在项目组全体成员的共同努力下，先后完成了资料收集、分析，试验方案制定、配方工艺试验、设备设计到制备、性能测试、应用试验、工程应用等研究工作，解决了配方优化设计、成型工艺、高效专用设备、材料性能测试与评价等多项关键技术，建成了一条高性能FRP筋材生产线，并取得了多项应用研究成果。

      2006年6月，中国建筑材料工业协会在南京组织召开了“高性能复合材料筋材的制备和应用技术研究”项目成果鉴定会。专家们一致认为：

      1、该成果系统地开展了高性能FRP筋材生产工艺和应用技术研究，解决了配方优化设计、成型工艺、高效专用设备设计、材料性能测试与评价等关键技术。在五头FRP筋材拉绕设备、FRP筋材性能测试专用锚夹具等方面具有创新性。

      2、设计建成了年产60万米的高性能FRP筋材生产线，运行稳定、生产效率高，实现了FRP筋材的国产化。

      3、研制的FRP筋材具有拉伸强度高，与混凝土适应性好的特点，可满足实际工程使用要求；对混杂FRP筋材的理论设计及材料制备进行了研究，进一步提高FRP筋材的延性和模量。建成了国内首个国产FRP筋增强混凝土示范工程。

      4、对非预应力和预应力FRP筋混凝土梁的受弯性能进行了试验和设计理论研究，为FRP筋材的工程应用提供了相关设计依据和技术数据。

      鉴定委员会一致认为，FRP筋材制备工艺技术与应用研究居国内领先水平，关键性能指标达到国外同类产品先进水平，该项目成果意义重大。

      采用该项成果研制的FRP筋材的主要性能指标达到国际先进产品水平。

      将FRP筋材高强、防腐的特点应用于实际工程，一直受到国内外工程界的关注。目前北美和欧洲等国家都相继发布了FRP筋的应用技术规范或应用指南，并有多项FRP筋材增强混凝土结构的工程应用研究和实践。国内在这方面的工程应用尚无先例。项目组参照欧美的设计应用规范，将项目产品ф6.2mm的GFRP筋材应用于新建增强混凝土构筑物——污水提升池工程，为国内首次工程应用实例，其意义重大。

      随着2007年我国“土木工程用FRP应用技术规范”的出台，高性能FRP筋材可用于大量的示范工程当中并将逐步替代现有的钢筋用于水利、海港、化工等恶劣环境下的工程结构中，市场前景广阔。发展FRP筋材，必将大大推动我国建筑材料产业的产品结构调整，对促进我国建筑材料行业的技术进步和科技产业的发展具有十分重大的现实意义。