摘 要：文章介紹了玻璃鋼的一些特點(diǎn)以及玻璃鋼產(chǎn)品在建筑工程、結(jié)構(gòu)加固工程、道路橋梁工程、隧道工程、巖土工程等土木工程中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：玻璃鋼；建筑工程；道路橋梁工程；隧道工程；巖土工程

前言

玻璃鋼也稱為玻璃纖維增強(qiáng)材料，（GFRP，Glass Fiber Reinforced Plastic），1939年美國發(fā)明的常溫常壓下成型的不飽和聚酯樹脂，與早前發(fā)明的玻璃纖維結(jié)合在一起，所形成的一種復(fù)合材料，在軍工、建筑、交通運(yùn)輸、石油化工、農(nóng)業(yè)機(jī)電等各個部門應(yīng)用廣泛。玻璃纖維（包括玻璃布、氈等制品）是以玻璃在高溫熔融狀態(tài)下拉絲而成的。直徑都很小，表面經(jīng)過偶聯(lián)劑處理后提高了樹脂的層間粘結(jié)力，在玻璃鋼中是增強(qiáng)材料，主要提供強(qiáng)度。樹脂是玻璃鋼中的基質(zhì)，起到傳遞剪力和包裹纖維的作用，使得玻璃鋼具有耐熱、耐腐蝕、耐老化性能。輔助材料為著色劑、耐磨劑、阻燃劑（鹵化物），加入石英砂、抗靜電劑等可增加玻璃鋼的剛度。

1 玻璃鋼的特點(diǎn)

玻璃鋼和樹脂的有機(jī)組合，使得玻璃鋼具有某些鋼材無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。

1.1 可設(shè)計(jì)性好

可以預(yù)制成各種形狀，實(shí)心、空心、夾層等不同的結(jié)構(gòu)，且夾層結(jié)構(gòu)中間填加聚胺酯泡沫提高了圍護(hù)物（屋頂、墻壁）隔熱性能，使用玻璃鋼建造的冷庫和活動房隔熱性能好，各側(cè)墻和屋頂具有自身承載能力；也可以任意著色，制成各種美觀漂亮的產(chǎn)品滿足人們的需要；還可以通過選擇不同原料、數(shù)量多少、玻璃纖維的鋪層方式以滿足不同方向上的力學(xué)要求。

1.2 力學(xué)性能好

玻璃鋼的比重約為鋼鐵的1/4～1/5，比鋁合金還輕，屬于輕質(zhì)建筑材料。在運(yùn)輸、安裝、維護(hù)過程中十分方便，大大減輕建筑物的自重，更加安全、可靠?？估瓘?qiáng)度接近甚至超過碳素鋼，抗疲勞性好，力學(xué)性能優(yōu)良。

1.3 耐化學(xué)腐蝕性強(qiáng)

使用環(huán)境不同，選用的樹脂也不同，生產(chǎn)出來的玻璃鋼耐多種酸、堿、鹽和有機(jī)溶劑以及耐微生物作用，達(dá)到防腐目的也不同。經(jīng)常應(yīng)用于化工建筑、地下工程和水下特殊工程的建筑。

1.4 透光性好

在玻璃鋼制作過程中，如果加入透光樹脂與玻璃纖維織物組合，可以生產(chǎn)出透光且采光效果非常好的產(chǎn)品，如一些裝飾性材料、玻璃鋼雷達(dá)天線罩、玻璃鋼機(jī)房及東方明珠電視塔透波墻（直徑45m、距地面高度258m），彌補(bǔ)了一般玻璃易破碎、強(qiáng)度不高的弱點(diǎn)，將圍護(hù)、采光兩者結(jié)合起來考慮，對于其他材料來說，是難以實(shí)現(xiàn)的。

1.5 電性能好

玻璃鋼熱導(dǎo)率在室溫下是金屬的1/100～1/1000，是優(yōu)良的絕緣材料，用來制造絕緣體。微波透過性良好，可以用來建造電氣通訊系統(tǒng)的建筑物，如輸電線塔、用于電磁試驗(yàn)操作的建筑結(jié)構(gòu)，或者是感光電路金屬板房間。第一個全GFRP建筑是美國蘋果計(jì)算機(jī)公司的電磁干涉實(shí)驗(yàn)室，另一個工程例子是IBM計(jì)算機(jī)公司電路板車間的5層上部結(jié)構(gòu)[1]。

1.6 隔音性好

玻璃鋼有吸收振動音及傳播音的作用，解決了傳統(tǒng)隔音性能好的材料往往比重大、不易裝配的缺點(diǎn)。通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，能使原來并不突出的玻璃鋼隔音性能取得很好的效果。經(jīng)同濟(jì)大學(xué)測試，隔音板的指標(biāo)達(dá)23分貝以上，結(jié)合隔音板（墻）自身剛度特點(diǎn)，使得玻璃鋼隔音板能得到推廣和使用[2]。

1.7 玻璃鋼的缺點(diǎn)

玻璃鋼彈性模量比鋼材低，即材料的剛性較差，容易變形；與鋼材相比，其韌性差，伸長率較低，破壞時沒有屈服平臺，屬于脆性破壞，雖然可以滿足土木結(jié)構(gòu)對材料韌性的基本要求，但在土木工程應(yīng)用上受到諸多限制。玻璃鋼的熱膨脹系數(shù)接近于混凝土，將玻璃鋼與混凝土合理的組合，就如鋼筋和混凝土兩種不同材料的組合一樣，發(fā)揮兩種材料的長處，彌補(bǔ)各自的不足，如玻璃鋼管混凝土柱，具有較高的強(qiáng)度、剛度、耐腐蝕性能。

2 玻璃鋼產(chǎn)品在土木工程中的應(yīng)用

玻璃鋼的研究在理論上已經(jīng)趨于成熟，并在工程實(shí)踐上廣泛應(yīng)用。鑒于以上特點(diǎn)，玻璃鋼在建筑工程、橋梁工程、隧道工程、巖土工程中應(yīng)用很廣。

2.1 玻璃鋼產(chǎn)品在建筑工程中的應(yīng)用

建筑物的采光材料（玻璃鋼波紋采光板）、圍護(hù)材料（玻璃鋼門窗）、采暖通風(fēng)材料、玻璃鋼模板、給排水工程材料、裝飾裝修材料、結(jié)構(gòu)加固補(bǔ)強(qiáng)材料等都大量使用了玻璃鋼。

2.1.1 玻璃鋼波紋采光板

玻璃鋼波紋板隔熱保溫、防水、透光、裝飾效果好，具有抗腐蝕、耐老化的優(yōu)良特性，主要用于大型工業(yè)廠房、大型超市、體育場館、大型集貿(mào)市場，屬于可持續(xù)發(fā)展的綠色建筑材料。

2.1.2 玻璃鋼門窗

玻璃鋼門窗兼有鋼、鋁門窗的堅(jiān)固性和塑鋼門窗的耐腐蝕、耐潮濕、保溫節(jié)能性好的特點(diǎn)。玻璃纖維的抗折、抗彎性能好，熱膨脹系數(shù)低，與墻體的熱膨脹系數(shù)接近，玻璃鋼門窗在炎熱的環(huán)境下下不會膨脹，嚴(yán)寒環(huán)境下不會收縮，在溫度變化時窗框不會與墻體產(chǎn)生縫隙，密封性能好，壽命長，可以節(jié)省更換門窗的費(fèi)用。其綜合性能優(yōu)于其他類門窗。

2.1.3 玻璃鋼模板

玻璃鋼模板容易加工成各種復(fù)雜的曲面形狀，自重輕，僅為鋼模板的1/3左右，無需太過復(fù)雜的支撐，安裝拆卸比較容易，提高了施工效率。模板表面光潔、接縫少、密封性好、平整度高、易脫模、成型的構(gòu)件質(zhì)量好，拆模后便于清理，維修方便，破損率低，可重復(fù)使用，周轉(zhuǎn)效率高。玻璃鋼模板具有透光性能，可以直接觀察到混凝土的澆灌情況，保證了施工質(zhì)量，以上這些優(yōu)點(diǎn)是木模和鋼模所無法比擬的。

2.2 玻璃鋼產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)加固中的應(yīng)用

玻璃纖維強(qiáng)度高、重量輕、耐腐蝕性強(qiáng)，可以抑制混凝土劣化和鋼筋銹蝕、提高結(jié)構(gòu)的延性，不需要大型機(jī)械，便于施工。在建筑物、橋梁、特種結(jié)構(gòu)等維修改造、加固工程中發(fā)揮重要作用。用玻璃鋼代替鋼板加固混凝土結(jié)構(gòu)作用機(jī)理是利用樹脂類材料將玻璃纖維粘貼在混凝土構(gòu)件表面，由于玻璃鋼的線膨脹系數(shù)與混凝土的線膨脹系數(shù)相近，二者得以共同工作。加固后提高了混凝土的抗壓強(qiáng)度、極限壓應(yīng)變，進(jìn)而提高了被加固構(gòu)件的抗彎、剪、扭、拉承載力和抗震能力，達(dá)到不改變結(jié)構(gòu)形式又不影響結(jié)構(gòu)外觀的效果。在湖南溆浦大江口橋、上海寶山飛云橋、廣東官汕線郭屋樓橋、韶關(guān)地區(qū)風(fēng)村橋以及南京長江大橋引橋等處，都采用環(huán)氧樹脂粘貼玻璃布進(jìn)行了加固[3]。

2.3 玻璃鋼產(chǎn)品在道路橋梁工程中的應(yīng)用

玻璃鋼人孔在高等級公路建設(shè)中的應(yīng)用，縮短了工期，提高了效率，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益，是高等級公路人孔的理想產(chǎn)品[4]。1986年建成的重慶交院橋，采用GFRP箱梁，建造成本比鋼橋省了50%[5]。玻璃鋼材料制作的泄水管具有耐腐蝕、較易運(yùn)輸存放、市場無回收價(jià)值，不易被破壞、不易被雜物堵塞，可根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)成任意形狀以滿足排水，使用壽命長，比鑄鐵泄水管造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，在橋梁工程中得到了充分利用。

2.4 玻璃鋼產(chǎn)品在隧道工程中的應(yīng)用

玻璃鋼可加工成與鋼筋一樣的形式與尺寸。與鋼筋相比，其抗拉強(qiáng)度高、抗剪強(qiáng)度低，可切割性、抗腐蝕性能好，電傳導(dǎo)能力低、加入一定配方后的玻璃纖維筋與金屬碰撞不會發(fā)生明火，安全性能好。在地鐵施工中可以利用玻璃鋼的這些優(yōu)點(diǎn)來替代盾構(gòu)穿越影響范圍內(nèi)圍護(hù)樁內(nèi)的鋼筋。盾構(gòu)機(jī)可以直接切割玻璃纖維筋，避免人工拆除圍護(hù)樁及鋼筋發(fā)生的人身傷害，減少對地面環(huán)境的干擾，提高了施工效率；省去了洞口處鋼筋及鑿除混凝土樁的費(fèi)用，經(jīng)濟(jì)效益及社會效益明顯。如天津地鐵2號線沙柳路站、深圳地鐵5號線大學(xué)城站、南寧軌道交通1號線廣西大學(xué)站。

2.5 玻璃鋼產(chǎn)品在巖土工程中的應(yīng)用

玻璃鋼可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、耐腐蝕性好、自重輕，便于施工，用玻璃鋼加強(qiáng)筋來替換普通鋼筋，廣泛應(yīng)用于干濕環(huán)境下的土釘墻、擋土墻、錨桿、連續(xù)墻等工程中。黃新民[6]發(fā)現(xiàn)由樹脂和玻璃纖維復(fù)合組成的玻璃纖維筋作為土釘材料，可以顯著減少鋼筋生產(chǎn)所帶來的能源消耗，減少環(huán)境污染，符合國家節(jié)能減排的政策要求。玻璃鋼錨桿具有輕質(zhì)高強(qiáng)，耐腐蝕性、抗靜電、容易切割且摩擦不會產(chǎn)生火花、防爆性能好，不受煤層瓦斯等級限制。劉漢東[7]通過試驗(yàn)證實(shí) GFRP錨桿強(qiáng)度高、與混凝土變形協(xié)調(diào)性好等力學(xué)性能，如果替代鋼材錨桿應(yīng)用在邊坡永久加固中，能夠解決鋼筋材料腐蝕問題，具有廣闊的應(yīng)用前景。

3 結(jié)束語

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，采用玻璃鋼作為土木工程材料將會降低勞動強(qiáng)度，減少勞動量，縮短施工周期，降低能源消耗，保護(hù)環(huán)境。隨著生產(chǎn)技術(shù)的飛速發(fā)展，工人勞動費(fèi)用的增加，玻璃鋼產(chǎn)品在土木工程中的應(yīng)用范圍將會越來越廣。

參考文獻(xiàn)

[1]王全鳳，楊勇新，岳清瑞.FRP復(fù)合材料及其在土木工程中的應(yīng)用研究[J].華僑大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2005：1-6.

[2]翁雷，李萍.玻璃鋼復(fù)合材料在建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用[J].玻璃鋼，1998（2）：19-22.

[3]曾憲桃，車惠民.復(fù)合材料FRP在橋梁工程中的應(yīng)用及其前景[J].橋梁建設(shè)，2000（2）：66-70.

[4]彭龍.玻璃鋼人孔在高等級公路交通工程中的應(yīng)用[J].科技與企業(yè)， 2014：185-185.

[5]楊允表，石洞.復(fù)合材料在橋梁工程中的應(yīng)用[J].橋梁建筑，1997（4）：1-4.

[6]黃新民. GFRP筋在深基坑邊坡土釘支護(hù)工程中的應(yīng)用[J].鐵道建筑技術(shù)，2012（8）：67-76.

[7]劉漢東，于新政，李國維. GFRP錨桿拉伸力學(xué)性能試驗(yàn)研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2005，24（20）：3719-3723.

作者簡介：孫凌云（1981，3-），女，工程師，碩士，桂林理工大學(xué)博文管理學(xué)院工作，土木工程專業(yè)。