钢筋和这些备选材料的优缺点，你知道吗？

作者自述：我是钢筋混凝土的坚定信仰者......

确实有很多材料可以替代钢筋混凝土中的钢筋，但都停留在理论层面和科研层面。 目前，在工程层面还没有可以大规模替代钢筋的材料。

我能想到的替代方案是：

为什么我认为这些材料暂时不能替代钢筋呢？

我们可以比较一下钢筋和这些替代材料的优缺点：

价格

在这些替代材料中，即使是看似最便宜的材料不锈钢，也比普通钢筋贵得多。 我们实验室去年对比了普通钢绞线和不锈钢绞线的价格。 达到相同的设计强度，不锈钢是普通钢的7倍以上。 不锈钢的主要原材料之一是镍，而镍属于国际期货，价格一直飘忽不定，这对于大规模、长期的项目建设极为不利。 虽然现在已经出现镍含量尽可能少的双相不锈钢，但价格仍然比普通钢高很多。

至于碳纤维之类的材料，就更不用说了。 虽然不像汽车和航空航天工业那样要求使用纤维体积比至少为50%的材料，但即使用于土木工程，纤维体积比也在10%至40%之间。 左右两边的纤维材料还是很贵的。 你看看那些碳纤维车身的跑车的价格就知道它们是什么材料了……

热膨胀和收缩

由于它要用于混凝土中，因此它必须具有与混凝土相似的热膨胀系数，以便两种材料能够一起膨胀和收缩。 不然的话，一个会膨胀很多，另一个不会膨胀那么多。 间隙中会产生温度裂纹，影响力学性能。

以10的-6应变每摄氏度为单位，混凝土的热膨胀系数约为10.8，而钢筋的热膨胀系数为11.7，非常接近，所以我们说钢筋和混凝土是一对天造地设的好朋友。

再看铝合金，高达23.1，是混凝土的两倍多； 玻璃纤维为2.8，明显小于混凝土； 碳纤维和凯夫拉纤维甚至具有负值，这意味着它们甚至“遇热收缩、遇冷膨胀”。 的。

耐用性

虽然普通钢筋会出现各种耐久性问题，如混凝土碳化、氯离子侵蚀等，但一般情况下，混凝土配比合理、保护层充足的钢筋混凝土结构实际上具有相当优异的耐久性能。 的。 混凝土的强碱性环境会在钢筋表面形成一层钝化膜，对钢筋起到很好的保护作用。 再次，天作之合的好朋友……

比较其他替代材料：首当其冲的是玻璃纤维。 大多数玻璃纤维会与高碱性混凝土发生化学反应，因此不能直接接触混凝土。 虽然有特制的AR玻璃纤维，耐碱性，但是成本也会上去了； 碳纤维会与钢材发生电化学反应，不能直接接触钢材表面。 如果混凝土中存在预埋钢件或其他钢筋，这也是一个问题； 聚酰胺纤维比较娇嫩，会吸收水分，这也是一个问题。 阳光直射...

加工性能

在我看来，这其实是最突出的问题。 工地从来都不是一个以“小心搬运”为常态的地方。 叉车可以叉，东西可以随便扔掉。 FRP纤维材料太脆弱。 他们害怕冲击载荷、坠落和粉碎。 有些害怕水和阳光。 如果工人不小心掉落锤子，这些材料可能会损坏。

虽然这个理由看似荒唐，但却是现实。 例如，环氧树脂涂层钢筋的性能在纸面上看起来非常好，特别是耐久性，但实际上在实际工程实践中却更差，因为现场的颠簸和颠簸是不可避免的，而且树脂涂层在浇筑混凝土之前，已经出现了被砸碎或划伤的裂纹，导致涂层失去了意义。 另一个例子是使用碳纤维布来加固混凝土结构。 看起来不错，但如果有人用刀或钢丝划伤……你永远不知道为什么有人会突然抽搐成这样。 ……

对于普通钢筋来说，加工是非常容易的。 更不用说还有很多专业的钢筋加工机器。 即使在施工现场，切割和弯曲钢筋也只需几分钟。 卧式带锯、手提电锯、液压钳、气割……都能轻松切割钢筋； 无需专用工具，用虎钳夹住，然后放在钢管上，徒手就可以弯曲不太粗的钢筋； 对于各种特殊预埋件，可以在现场轻松进行电焊。

例如，我可以在实验室随时用这把锯切割钢筋。 7#或8#粗钢筋通常可以在二十或三十秒内切割。

对于不锈钢来说，加工是相对困难的，但是对于FRP材料来说，则完全是另一回事了。 切割玻璃钢时，需要有通风的环境，佩戴防尘口罩，并考虑工人的健康……

当然，我并不是说这些新材料没有用。 相反，它们是非常非常好的结构材料，在结构修复和加固方面具有独特的优势。 然而，说到在新建项目中大规模使用这些材料来替代钢筋，除了一些特殊环境下的项目，比如恶劣的海边环境或者核电站等，我实在想不出对于大多数普通项目来说有任何优势。

专注玻璃钢肋材

玻璃钢酒吧不仅可以部分更换，甚至有钱任性的人也可以完全更换。 目前，北美的一些桥梁已经完全采用FRP结构。 特别是CFRP（碳纤维）在桥梁中应用广泛，GFRP一般用于加固。

首先，目前广泛使用的FRP材料包括CFRP（碳纤维）和GFRP（玻璃纤维）。

主要优点

1、拉伸强度

CFRP抗拉强度1200Mpa+>钢筋（400Mpa+）

GFRP 600Mpa+>钢筋(400Mpa+)

弹性模量比钢筋小

2、耐腐蚀

FRP材料无需考虑腐蚀问题！

3、热膨胀系数

FRP复合材料的热膨胀系数与混凝土相似。 当环境温度变化时，玻璃钢与混凝土协调工作，两者之间不会产生较大的温度应力。

4. 高强度重量比

FRP材料可减轻结构重量，且易于施工。 其重量一般为钢材的20%。

5、结构稳定，裂纹少

FRP增加了预应力，使结构在正常使用情况下不会开裂或后期开裂。 它提高了结构本身的刚度，减少了振动和弹性变形。 这样可以显着提高拉力模块的弹性强度，使原有的阻力更强。

材料受压后也有完全不同的行为。 钢筋在加固混凝土结构时会屈服，而FRP具有弹性的线性特性。 它只是在瞬间破裂，非常突然，没有屈服状态。 而且FRP材料的抗拉强度是钢筋的数倍，因此设计和施工方法也不同。

实际例子

下图为CFRP剪力箍筋，应用于预应力混凝土桥梁梁（桥梁梁）

编者按：考虑到竹纤维混凝土的现状和环境恶化，钢筋只是现阶段最适合的钢筋混凝土材料。 相信随着材料科学的发展和新材料成本的降低，未来一定会出现新型混凝土。 或几种更适合混凝土加固的材料。

文/朱小宝，打字transient

编辑整理/豆丁搭建

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