作者语：我是一个坚定的钢筋混凝土信徒……
有很多材料能够替代钢筋混凝土里的钢筋，不过这些材料都仅处于理论层面和科研层面。目前，尚未有能够在工程层面上进行大范围替代钢筋的材料。
我能想到的备选材料有这些：
为什么我觉得这些材料暂时不能替代钢筋呢？
我们可以对比一下钢筋和这些备选材料的优缺点：
价格
这些备选材料中，即便看起来最为不昂贵的材料是不锈钢，其价格也远远高于普通钢筋。我们实验室去年对普通钢绞线和不锈钢钢绞线的价格进行了对比，要达到同样的设计强度，不锈钢的价格是普通钢材的 7 倍多。不锈钢的主要原材料之一是镍，镍属于国际期货，其价格始终飘忽不定，这对大型的、长期的工程建设极为不利。现在有了镍含量尽量少的不锈钢，然而其价格依旧远远高于普通钢材。
碳纤维这类材料无需多言。它不像汽车、航空航天工业那般需用纤维体积比至少 50%的材料。即便应用于土木工程中，纤维体积比在 10%到 40%左右的纤维材料，价格也很昂贵。你瞧瞧那些碳纤维车身跑车的价格，便知晓这是何种材料了……
热胀冷缩
如果要用到混凝土里，就必须与混凝土有相近的热膨胀系数，如此两种材料才能一同热胀冷缩。不然的话，一个热胀的程度较大，而另一个热胀的程度较小，二者之间就会出现温度裂缝，进而对力学性能产生影响。
混凝土的热膨胀系数以 10 的-6 次方应变每摄氏度为单位时约为 10.8，钢筋的热膨胀系数约为 11.7，二者非常接近，所以说钢筋和混凝土是很般配的一对。
铝合金的数值高达 23.1，其数值是混凝土数值的两倍还多；玻璃纤维的数值是 2.8，此数值明显小于混凝土的数值；碳纤维和凯夫拉的数值甚至是负值，这意味着它们甚至具有“热缩冷胀”的特性。
耐久性能
普通钢筋存在多种耐久性问题，像混凝土碳化以及氯离子侵蚀等。然而总体来讲，若混凝土配比合理且保护层足够，那么钢筋混凝土结构的耐久性能是相当优秀的。因为混凝土的强碱性环境能在钢筋表面形成钝化膜，从而对钢筋起到良好的保护作用。
对比其它备选材料：首先是玻璃纤维，大多数玻璃纤维会与强碱性的混凝土发生化学反应，因此不能直接接触混凝土。虽然有专门特制的 AR 玻璃纤维，即某种特定的玻璃纤维，但其成本也会升高；碳纤维会与钢材发生电化学反应，不能直接接触钢材表面。如果混凝土中有钢材预埋件或其他钢筋，这就是一个问题；聚酰胺纤维更为娇贵，它会吸收水分，并且害怕阳光直晒。
加工性能
在我看来，这的确是最为突出的问题。施工现场向来都不是那种可以“轻拿轻放”的地方，叉车随意地叉，东西随意地扔。像 FRP 这些纤维材料，显得极为娇贵，它们害怕冲击荷载，害怕被摔，害怕被砸，有的还害怕水，害怕阳光，要是工人师傅不小心掉一把锤子，都有可能把这些材料砸坏。
这个理由看似可笑，然而现实情况却是这样。例如，环氧树脂涂层的钢筋，从书面资料来看其性能良好，特别是耐久性能方面。但在实际工程实践中，情况却恰恰相反，变得更差了。这是因为在现场施工过程中，磕磕碰碰是难以避免的。而树脂涂层在浇筑混凝土之前，就已经出现了一个个被砸破或者蹭破的裂口，从而使得涂层失去了其存在的价值。另外一个例子是用碳纤维布加固混凝土结构，它看起来很不错。然而，如果有人出于某种不良行为，比如用刀子或者铁丝之类的东西在上面胡乱划动……你往往难以预料为什么会有人突然做出这样的举动……
普通钢筋加工起来较为容易。有许多专业加工钢筋的机器可供使用。在施工现场，截断钢筋和弯曲钢筋都能在短时间内完成。band saw 能够很容易地切断钢筋；便携电锯也可以轻易做到这一点；液压钳同样能够轻松切断钢筋；气割同样可以很容易地切断钢筋。没有专门的仪器时，用台钳夹住钢筋，接着套上钢管，徒手就能把不太粗的钢筋掰弯。对于各种特殊的预埋件，在现场能够很方便地进行电焊。
我在实验室能够使用这种锯随时对钢筋进行切割，像#7 或者#8 这样粗的钢筋，通常只需二三十秒就能完成切割。
不锈钢的加工相对困难一些。而对于 FRP 材料，情况则完全不同。要切割 FRP，需要具备通风环境，要佩戴防尘面具，同时还要考虑工人师傅的健康问题……
当然，我并非表示这些新材料毫无用处。它们是极为优良的结构材料，在结构维修与加固方面具备独特的优势。然而，在新建工程项目中，若大范围用这些材料替代钢筋，除了某些特殊环境下的工程项目不锈钢属于钢材吗，如海边严苛环境或核电站等，对于大多数普通工程，我着实难以想到其优势所在。
重点说明FRP筋
FRP 筋，不仅可以部分替代，甚至还能够完全替代。目前在北美，有些桥梁已经是完全的 FRP 结构了。尤其值得一提的是，CFRP（碳纤维）在桥梁领域的应用非常广泛，而 GFRP 一般大多用于加固。
目前广泛运用的 FRP 材料主要有两种，一种是 CFRP（碳纤维），另一种是 GFRP（玻璃纤维）。
主要优点
1.抗拉强度
CFRP 抗拉强度1200 Mpa＋ > 钢筋 (+)
GFRP 600 Mpa+> 钢筋 (+)
弹性模量小于钢筋
2.抗腐蚀性
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和混凝土相近。在环境温度发生变化时，FRP 能够与混凝土协同工作，这样两者之间不会产生较大的温度应力。
4.高强度重量比（high －to－ ）
FRP 材料能够减轻结构的自重不锈钢属于钢材吗，并且施工较为方便，它的重量通常是钢材的 20%。
5.结构稳定，开裂少（less ）
FRP 添加预应力后，在结构正常使用的情况下，不会产生裂缝或者裂缝出现得比较晚。它提高了构造本身的刚性，能够减少振动和弹性变形。这样做可以显著改善受拉模块的弹性强度，使原本的抗性得以增强。
材料受力后会发生完全的变化。钢筋在加固混凝土结构时会出现屈服现象，而 FRP 具有线性属性，其断裂在一瞬间就会发生，非常迅速，不存在过渡状态。并且 FRP 材料的抗拉强度是钢筋的好几倍，所以在设计和施工时的处理方式也有所不同。
实际例子
下图为CFRP抗剪箍筋，用于预应力混凝土桥大梁（ ）
编者语：鉴于早前的竹筋混凝土情况以及环境恶化的现状，目前阶段钢筋只是比较适合用于加强混凝土的材料。相信随着材料科学的不断发展，以及新材料成本的逐渐下降，未来肯定会出现一种或者几种更适合用于混凝土加强的材料。
文/猪小宝、Type
编辑整理/豆丁施工
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