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1、1玻纤增强水泥材料在军事工程中的应用马志明 张兴庆 杜晓梅 （后勤工程学院 400041 重庆）摘要 玻璃纤维作为 新型工程增强材料，实践应用还相对较少，本文通过对玻纤材料受力特点与增强机理的分析，探 讨了它在军事工程中的 应用领域。关键词 玻璃纤维 GRC 军事工程 玻璃纤维是一种非结晶的、含硅量较高的无机增强纤维材料，根据它在构件中受力状态的不同，一般可采用短切玻纤、玻纤网、玻纤束各自或复合增强的形式，它具有其它增强材料不可比拟的优点，其显著的特征是在纤维方向的抗拉强度很高，而且不会因屈服而发生塑性变形，直至破坏前始终是弹性的。然而普通玻纤与水泥混合使用，容易发生碱性反应而破坏，因此其应用
2、推广存在明显的质量障碍。早在八十年代，我国采用抗碱玻纤与低碱水泥相匹配的双保险技术路线，成功研制出世界上耐久性最优的 GRC 制品，彻底解决了复合材料的耐久性问题。目前，我国已生产出含锆量达 17.8%以上的玻璃纤维，可直接与普通水泥混合使用，大大降低了工程造价。耐碱玻纤，通常是以低碱水泥砂浆或混凝土为基材混合使用，称为 GRC（Glass Fiber Reinforced Cement） 。该复合材料呈各向异性，抗压强度极高。玻纤既能代替钢筋起增强作用，又无生锈之忧，比用钢筋增强时具有更高的分散性和阻裂作用，弥补了水泥或混凝土制品自重大、韧性差、抗冲击性能低等缺陷，在民用建筑领域具有广阔的应
3、用前景，目前已广泛应用于外挂墙板、内隔墙板、保温板、屋面防水等多个方面。但作为一种新型复合增强材料，它在军事工程方面的应用还鲜为人知，本文拟就此作一些有益的探讨。1 防护工事2传统的军事防护工程（如二炮阵地、陆军设防工事等）通常采用钢筋混凝土结构，其中钢筋起增强作用，以抵抗兵器冲击荷载。但随着时间的延长，钢筋易受外界自然气候条件的侵蚀而逐渐锈蚀破坏，导致混凝土表层脱离、剥落，工程使用寿命相对缩短，维护费用剧增。此外，随着高强混凝土在军事工程中的音乐，其高强度带来的高脆性使得防护工事在高强度冲击荷载作用下，容易发生脆裂破坏，降低了军事工程的防护效果。尤其是在现代高新技术局部战争中，各种精确制导武
4、器应用日渐广泛，其侵彻能力大大提高，贯入深度往往达十几米，从而对防护工程建设质量和防护效果的要求也越来越高，迫切需要研制与之相适应的新型工程材料。以玻璃纤维代替钢筋增强，可以充分发挥短切玻纤与玻纤网的双重增强作用，短切玻纤的掺量一般为 2.5%左右，它可以大大提高混凝土的密实性和整体受力性能，从而克服水泥基材的脆性和突然破裂，使防护工事具有较高的抗爆和抗冲击性能，大大增强了防护工事的屏蔽效果，且由于玻璃纤维极好的抗蚀性，使得防护工事的抗老化性能大大提高。2 机场、道路维护机场、道路修补与加固作为我军平日和战时后勤保障的重要内容，其材料的基本要求应满足：足够的强度和刚度，以确保其在集中荷载冲击作
5、用下不断裂、不拱起、不沉降、不破坏。足够的稳定性和耐久性，以保证材料的物理稳定和化学稳定性能，如抗温度变形能力、耐老化性能等。足够的摩阻系数和粗糙度，以保证飞机起飞和降落时抗滑能力的要求。目前，工程中通常采用改性沥青或聚合物混凝土作为面层修补材料，其承受外荷载和各种自然因素的变形能力、抗拉强度、弹性、耐疲劳性能等指标较低，弹性模量及膨胀系数较大，容易产生变形和裂缝，导致道面凹凸不平、破损严重、维护周期缩短。此外，在恶劣气候条件下（如严寒地区） ，为了减少路面温度伸缩引起的破坏，人为增大了伸缩缝的宽度，导致行走颠簸不平，与我军高技术武器装备运输的质量要3求不相适用。因此，通过掺入一定比例的短切玻
6、纤，可使得道面材料不仅抗压强度高，而且具有良好的抗拉、抗折、抗裂强度和延性，极大地改善了高强混凝土的脆性，提高了复合材料的耐磨性能及抗温度变形能力，在减少混凝土塑性收缩裂缝的同时，明显改善了混凝土的抗冲击性能，且不存在钢纤维掺入带来的低温脆性、耐久性差等缺点，性价比远优于聚合物材料。3 沿海军事工程设施沿海军事工程设施易受三高（高盐分、高温度、高湿度）因素的侵蚀，工程寿命相对较短，尤其是钢筋混凝土结构工程，如军港码头、海防工事，容易出现混凝土开裂和表面剥落的现象，且大部分集中在浪溅区的混凝土，其根本原因就在于海水中含有 0.25%的硫酸盐，混凝土受到它的侵蚀会引起混凝土严重膨胀，一旦形成可测量
7、的裂缝，氯离子就可以从表面侵入混凝土内部深层，并使钢筋受到侵蚀而生锈，钢筋锈蚀后的体积膨胀又加大了混凝土的开裂，最后导致了混凝土由表及里层层剥落，降低了工程的使用效果和寿命。因此，材料的坚硬度、密实度和耐蚀性是影响其被氯离子侵蚀程度的关键。目前，玻璃纤维增强材料因其极好的抗腐蚀性，在海上结构和海岸设施中用作混凝土的配筋和连接材料而越来越受到人们的关注。在工程应用中，短切玻纤的致密性可将分散的骨料连接成一个整体，它与玻纤网复合使用可以大大提高了混凝土的强度和密实性，从而有效地遏制了盐离子的侵蚀，防止了因钢筋锈蚀而导致的混凝土开裂、剥落等缺陷，延长了工程使用寿命。4 军用洞库支护目前，我军大量物资
8、装备储藏于洞库中，许多洞库由于年久失修，岌岌可危，又加上缺乏高效可靠的工程材料，维护加固技术相对落后，与现代高技术局部战争后勤保障的要求不相适应，迫切需要进行深入细4致的高水平研究。玻璃纤维因其与混凝土极好的复合增强作用，在洞库混凝土内衬支护及修补中，用外部粘结玻璃纤维增强网片进行加固，并附以短切玻纤锚喷支护，可以极大地提高洞库内衬的刚度和抵抗侧压力的能力，约束混凝土的侧向膨胀。如在地下水的压力下突然发生的变形，容易引起混凝土内衬的裂缝，可沿平行和垂直洞库的方向各铺设 12 层玻纤网片，然后喷入短切玻纤和砂浆，从而达到极好的增强效果，尤其是在侵蚀性地下水地区，通过适当调整配比，还可以大大提高工
9、程的耐久性能。5 轻质 GRC 拱型弦波屋面库房随着我军正规化、现代化的迅速发展，现代高新技术在军事领域的应用日渐广泛，各种大型武器装备的更新换代大大提高了我军在现代高新技术条件下的机动作战能力。然而，由于经济条件的制约，各种武器装备库房及辅助用房相对短缺。轻质 GRC 拱型弦波屋面库房是通过系统地优选和研制结构形式、建筑材料、施工工艺、施工组织、设计方法和构配件等因素而形成的建筑结构体系。其屋面采用玻璃纤维水泥砂浆拱形弦波屋盖，利用短切玻纤与网格布的双重增强作用，充分发挥材料的力学潜能，使得很薄的材料可独立承载，且跨越较大的距离。从而达到降低屋面自重、减小承重结构造价的目的，实现了传统建筑结
10、构体系、现代空间技术与新型建筑材料的完美结合。目前，该结构体系已在部队库房建设中推广应用达40 万平方米，节省工程建设资金 4000 千万元，实践证明，它具有以下特点：5.1 屋面建筑功能与结构承重融为一体。该屋面结构体系采用 GRC 柱面拱形弦波壳体，具有自承重、自防水的双重功能。若采用喷涂保温，便不再需要辅助构造，困此可称为“二5合一”或“三合一”的屋面结构。5.2 强度高，韧性好，寿命长。GRC 拱形弦波屋面具有较好的抗冲击韧性与承载力，板厚仅为 8mm的屋面，其极限跨度可达到 12m。同时，该屋面还具有抗冻性好、耐干湿交替变化性能强、不受盐雾侵蚀等优点，且具有一定的泄爆作用，使用寿命长
11、达 50 年。5.3 重量轻，造价低，施工简便。GRC 屋面板每平方米仅重 250N 左右，其下部承重结构费用低，按山东省五类工程丙级企业标准计算，预制空心板砖混结构每平米造价为350.67 元，而采用 GRC 拱形弦波屋面仅为 210.19 元，节省达 40.%。此外，工程施工时不需大型吊装设备，施工简便，施工进度大大提高。参 考 书 目1、 薄壳分析英 J . E . Gibson 著，中国建工出版社，1975 年；2、 2nd International GRC Speiality Conference ，新加坡，1998.07 3、GRC 技术通讯，中国 GRC 协会，1998 年第
12、3 期；4、第六届空间结构学术会议论文集，地震出版社，1992 年。5、国际 GRC 学会学术论文译文集（4，5，8 期） ，中国 GRC 协会，作者简介马志明 山东省安丘市人，1965 年 5 月出生，工学 硕士，后勤工程学院讲师;通讯地址：重庆市渝州路 79 号施工教研室（400041）联系电话：（023）68756363 13808308908杜晓梅 后勤工程学院营房管理工程系施工测量教研室主任、副教授。The Applications of Glass Fiber Reinforcement 6Material in the Military EngineeringMa Zhiming
13、 Du Xiaomei(The Logistical Engineering University)ABSTRACTGlass fiber is a new type of engineering Reinforcement material,But it is less applized in the practice relatively.This paper discussed its applicatione fields in the military engineering through the analysis of its strength characteristics and Reinforcement mechanism.Key Word：Glass fiber GRC Military engineering
