摘要：本文针对土木工程结构加固的要求，比较系统的研究、分析了各类玻璃纤维的性能指标，研制开发出了适宜土木工程结构加固的、低成本的高性能玻璃纤维片材。  

　　1、前言
　　
　　高性能纤维增强塑料（advanced fiber reinforced plastics ,FRP）因具有比强度高、比刚度高、可设计性强、抗疲劳、耐腐蚀、结构尺寸稳定及特殊的电磁功能等特点，是航空、航天、军用武器装备等首选材料之一，随着社会经济形势的变化及先进复合材料的高速发展，高性能纤维增强塑料已从尖端领域的应用扩展到一般工业领域，尤其是日本阪神大地震之后，高性能纤维片材作为土木工程结构加固和修补用材料， 在美国、日本及欧洲都得到了广泛地应用。与传统的土木工程结构加固和补强方法相比，高性能纤维片材具有如下优点；轻质，高强，材料可设计，耐疲劳，抗腐蚀，施工简洁、方便，综合成本低等特点，高性能纤维片材在土木工程结构领域的研究和应用，开辟了一条高效、方便、经济加固土木工程结构的新途径。在中国，自90年代末开展碳纤维片材加固混凝土结构的工程应用研究以来，尤其是《碳纤维片材加固混凝土结构技术规程》颁布以来，碳纤维片材在加固领域的应用迅猛上升， 2004年全年用量已达到80余万平方米。但是，由于碳纤维属于军用敏感物资，全球仅有日本、美国等少数几家公司能提供商品化生产，易被垄断。最近几年由于多方原因，产品供不应求，价格急剧上升，这导致工程成本大幅上升。目前在日本及欧美等国，玻璃纤维片材在某些领域亦等到较广泛的应用，利用我国玻璃纤维的优势，开发低成本的、适合土木工程结构加固要求的玻璃纤维纤维片材理应成为当务之急。    

　　2、玻璃纤维的性能及比较

　　先进复合材料的主要增强材料包括碳纤维、玻璃纤维，芳纶纤维等三大类。高性能纤维的性能指标见表1。 玻璃纤维是由玻璃经熔融拉丝制成，主要分为E玻璃纤维、S玻璃纤维、A玻璃纤维、C玻璃纤维等。E玻璃纤维含碱量（K、Na）低于1%，具有较大的强度、刚度、延展性，绝缘性、耐热性、耐湿性优越，价格便宜；S玻璃纤维比E玻璃纤维具有较大的强度、刚度、耐热性、耐湿性和耐疲劳性，价格也较高，但比碳纤维及芳纶纤维价格低， S玻璃纤维国产牌号为HS2、HS4，主要用于航空、航天、军用武器装备及压缩天然气气瓶等。A玻璃纤维、C玻璃纤维含碱量（K、Na）较高，强度也较低，尤其在湿态环境下强度下降较多，不适于结构加固。玻璃纤维与碳纤维相比，最大的弱点是刚度不够高，耐腐蚀较差，尤其是耐碱性较差，这在相当程度上限制了其在土木工程结构加固领域的推广应用。近几年，国内外新开发出了耐化学腐蚀性更好的ECR玻璃纤维，ECR纤维与E玻璃纤维的耐化学腐蚀性如表2所示。

　　表1.高性能纤维性能

纤维种类 直径 μm 密度 g/cm3 拉伸强度GPa 拉伸模量GPa 断裂伸长% 热膨胀系数 10-5K-I 热传导系数Mw*cm-1*K-1 回潮率%
纵向 横向 纵向 横向
玻璃纤维 S型 7 2.50 4.6 90 4.0 0.56 — — — —
E型 21 2.54 3.1 74 4.4 0.49 0.49 11 — —
ECR型 21 2.54 3.9 80 4.9 0.49 0.49      
碳纤维 HS 7 1.76 5.5 294 1.9 -0.03 1.0 240 — —
HM 7 1.76 3.9 588 0.7 -0.07 1.0 1015 — —
芳纶纤维 LM 7 1.44 2.8 62 3.6 — — —   4.5
HM 12 1.44 2.8 124 2.8 -0.6 5.9 32   4.5
KM2   1.44 3.1 58 4.0          

　　表2.ECR玻璃纤维与E玻璃纤维耐化学腐蚀性对比

样品 失重
10%H2SO4,24hr 10%HCL, 24hr 0.1N NaOH, 24hr
E玻璃纤维 17.85% 22.30% 0.46%
ECR玻璃纤维 0.21% 0.21% 0.27%

　　由表2可知，ECR玻璃纤维的耐化学腐蚀性能比传统的E玻璃纤维有了很大的提高，同时，与碳纤维相比，其延性较好，价格便宜，且电绝缘，尤其玻璃纤维复合材料的热膨胀系数与混凝土接近，在复合材料与混凝土界面处因冷热交变而导致的应力小，因此其在混凝土结构加固领域具有较大的应用潜力。