复合材料通常由两种或多种物理/化学性质迥异的组分构成，各组分在终端产品中仍保持独立存在。不同材料的互补行为往往决定复合材料的整体性能。

工程复合材料的设计目标通常在于制造兼具高刚性、高强度与低密度的构件。在环氧树脂、聚酯树脂等商用材料中，玻璃纤维或碳纤维常作为增强相嵌入热固性聚合物基体。而热塑性聚合物因具备制品后二次成型能力，在特定应用场景中可能更具优势。

FRP复合材料几乎应用于所有先进工程结构，包括飞机、直升机、航天器、船舶、海上平台、汽车、运动器材、化工设备以及桥梁、建筑等土木基础设施。

随着其在现有行业的深度渗透及生物医学器械、民用结构等新兴领域的扩展，FRP应用正以惊人速度增长。按应用领域划分，建筑业占据FRP市场份额约26%。

图1：FRP按应用领域的市场份额分布
 

近年来，FRP复合材料的尖端形态创新成为推动复合材料应用扩展的关键要素。其核心突破包括碳纳米管与纳米颗粒增强技术，以及高性能树脂体系的迭代升级。

以混凝土、钢材等传统土木工程材料为基础开发的FRP复合材料，正逐步被评估为基础设施构件或系统的改良/替代方案。在结构工程与建筑施工领域，三类FRP产品体系已成为行业标配：

• 新建建筑用FRP型材

• FRP筋材

• FRP加固

FRP复合材料具有易加工、轻质、耐腐蚀、高比强度/刚度及可定制化优势，广泛应用于新建工程与结构修复，包括混凝土增强、桥面铺装、模块化结构、模板系统及抗震加固等领域。

全球研究机构对FRP筋材替代钢筋或预应力筋的可行性进行了大量探索。FRP筋材的耐腐蚀性、非磁性、高抗拉强度、轻量化及易操作特性使其优势显著，但其横向抗剪能力弱、受拉呈线弹性直至脆性破坏的力学行为仍存局限。

FRP筋材缺乏塑性变形能力且横向抗剪强度极低，这些缺陷导致了最关键的结构工程问题。尤其在存在耦合效应的区域（例如钢筋混凝土梁中存在销栓作用的剪切裂缝平面），这些不足可能导致筋材过早断裂。

销栓作用会削弱筋材的残余抗拉和抗剪能力。尽管已提出解决方案和使用限制，未来仍需持续推进技术改进。随着市场份额和需求增长，预计FRP筋材的单价将大幅下降。目前，FRP筋材在多种应用场景中仍具有适用性及成本效益。

既有结构可能因环境因素、设计缺陷、维护缺失或意外事件而发生性能退化。通过采用FRP系统进行加固，这些结构不仅能恢复原有性能，还能实现承载能力提升。FRP材料可提供条状、片状及织物状等多种加固形态。

在FRP作为加固材料的应用实践中，相关研究、设计和施工技术已取得显著进展。现有结构可通过FRP实现有效加固与修复。外贴式增强材料适用于砌体结构、钢结构、混凝土结构和木结构的加固。欧洲（CEB-FIP fib公告14）和美国（ACI 440.2R-17）均已制定针对外贴FRP加固混凝土结构的设计规范。

FRP加固构件可采用工厂预制或现场手工铺层工艺实施。通过手工涂覆或湿法铺层工艺，将环氧树脂与编织布/柔性纤维片材结合，形成与混凝土构件粘接的FRP片材。

具体应用实例包括：采用粘接FRP片材或板材修复加固混凝土结构，以及在薄壁水泥制品中使用FRP网格、织物或纤维布。相对而言，结构修复与改造工程成本往往远超原结构建造成本。

修复工程通常需要投入大量人力，而材料用量相对较少。在发达国家，高昂的人工成本甚至超过材料费用。因此，修复方案的性价比越高，修复材料的性能与耐久性要求就越高。这表明材料成本实际上并非修复工程的主要问题，FRP修复材料的高成本并不构成阻碍。

在采用全FRP材料的新建建筑中，主要使用拉挤成型纤维增强复合材料型材。自动拉挤工艺是一种用于批量生产等截面型材的方法。尽管FRP型材的力学行为类似木材，但其外形模拟结构钢构件。如图2所示，常规型材截面包括I型、H型、C型、角钢及管状截面。

图2：玻璃纤维增强聚合物结构型材
 

FRP型材已成功应用于建筑系统、桥梁、冷却塔、化工食品加工厂、铁路站台及海洋工程。1999年瑞士建筑博览会展出了全球首座可移动五层FRP建筑"Eyecatcher"（图3），该建筑后期迁至巴塞尔新址作为办公楼使用。其主体结构由三个采用胶接连接的平行木框架构成，螺栓连接仅用于可拆卸部位。

图3：瑞士五层FRP建筑"Eyecatcher"

就FRP复合材料而言，环境问题似乎对其作为可持续材料的可行性构成障碍，尤其是在考虑生产过程中化石燃料消耗、空气污染、烟雾及酸化效应时。此外，FRP复合材料难以回收利用，与钢材和木材不同，其结构构件无法在其他建筑中重复使用。然而，对基础设施用FRP复合材料开展生命周期研究，相较于传统材料，FRP复合材料更具成本效益优势。

表面看来，若仅从能源与材料资源角度评估，FRP复合材料在可持续建筑环境中的应用合理性值得商榷。然而，生命周期评估表明，FRP在基础设施中的直接与间接效益可能优于传统材料：

自问世以来，FRP复合材料已取得显著发展。但要将其作为可持续环境的传统材料替代方案，仍需满足以下条件：

1. 建立FRP复合材料耐久性表征的标准化数据体系
2. 通过整合耐久性数据与技术，预测FRP结构构件的服役寿命
3. 开发基于结构构件与系统生命周期分析的材料优选方法论

复合材料要成为传统材料的替代方案，必须在结构性能与经济性上具备可行性。现有文献已对材料结构可行性展开大量研究，但受限于数据时效性及经济性评估的单一维度，从生命周期视角综合考察材料经济与环境可行性的研究仍显不足。要确定复合材料能否作为可持续环境的组成部分，必须对其生产副产品、组成材料的可持续性以及复合材料回收潜力进行全面评估。

文章来源：Structville