復(fù)合材料具有重量輕、耐腐蝕,、高強度和長壽命等優(yōu)異特性,，使其非常適合基礎(chǔ)設(shè)施項目。復(fù)合材料可用于修復(fù)道路,、橋梁,、排水系統(tǒng)和海堤，加固混凝土和建造彈性結(jié)構(gòu)等等,。雖然復(fù)合材料在該領(lǐng)域的用量不斷增加,，但復(fù)合材料在基礎(chǔ)設(shè)施中所用結(jié)構(gòu)材料的占比仍不到1%。

但是,，這種情況正在逐漸改觀,。2020年8月，美國國會通過了《復(fù)合材料標(biāo)準(zhǔn)法案》,，該法案將建立一個設(shè)計數(shù)據(jù)交換所,，以傳播在基礎(chǔ)設(shè)施項目中使用復(fù)合材料的現(xiàn)有指南和標(biāo)準(zhǔn)。該法案還將指導(dǎo)國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所（NIST）與國家科學(xué)基金會（NSF）來協(xié)商,，開展為期四年的試點項目,，以協(xié)助評估采用復(fù)合材料技術(shù)的可行性。2017年NIST報告中確定的復(fù)合材料前三大障礙是耐久性測試,、設(shè)計數(shù)據(jù)交換所和教育/培訓(xùn),。《2020年綜合標(biāo)準(zhǔn)法》將有助于克服前兩項,，而2018年出臺的《美國增長和基礎(chǔ)設(shè)施創(chuàng)新材料法案》（IMAGINE）將有助于教育和培訓(xùn),。這項尚未通過的立法旨在支持關(guān)于復(fù)合材料的優(yōu)勢和特性的培訓(xùn)，這將幫助設(shè)計師和工程師重新思考基礎(chǔ)設(shè)施項目,。

數(shù)之不盡橋梁的解決方案

日益老化的基礎(chǔ)設(shè)施繼續(xù)為復(fù)合材料提供潛在的巨大市場,。由于鋼筋的腐蝕和失效致使大量的橋梁腐蝕和混凝土早期劣化,。傳統(tǒng)的維修既耗時又具有破壞性，預(yù)計成本將高達數(shù)十億美元,。與常見的鋼筋混凝土25年使用壽命相比,，耐腐蝕性復(fù)合材料典型的100年使用壽命不但具有生命周期成本優(yōu)勢，此外還具有快速安裝,、減少中斷和安全效益,。

根據(jù)美國道路與交通建筑商協(xié)會2021年3月的一份報告，美國有超過220000多座橋梁需要修繕,，其中45000座橋梁結(jié)構(gòu)存在缺陷,，另外79500座橋需要更換。報告稱,，按照目前的生產(chǎn)速度,，修復(fù)目前積壓的結(jié)構(gòu)缺陷橋梁需要40年。人們越來越深刻認識到,，復(fù)合材料可以在修復(fù)搖搖欲墜的基礎(chǔ)設(shè)施方面發(fā)揮關(guān)鍵作用,，對耐腐蝕和延長使用壽命橋梁的迫切需求是這一認知的一部分。

諸如人行天橋之類的項目繼續(xù)緩慢地推進復(fù)合材料的應(yīng)用進程,。2020年，紐約市炮臺公園市管理局選擇Composite Advantage公司（美國俄亥俄州代頓市）的Fiber SPAN FRP系統(tǒng)來修建西泰晤士河人行天橋,，以取代2001年9月11日襲擊后修建的臨時結(jié)構(gòu),。FiberSPAN FRP橋面板也被用于修復(fù)佐治亞州亞特蘭大市MARTA車站的兩座人行天橋，以替換重型腐爛混凝土結(jié)構(gòu),。輕質(zhì),、零維護的復(fù)合材料甲板允許承包商使用原始鋼桁架，從而最大限度地減少與鋼結(jié)構(gòu)升級相關(guān)的維修和人工成本,。使用混凝土也將是禁止的,，因為它將花費更長的時間澆筑，并造成額外的中斷和停工的火車站,。

Composite Advantage還提供了輕質(zhì)Fiber PAN-C懸臂系統(tǒng),，用于拓寬橋梁人行道。與鋼筋混凝土面板相比,，預(yù)制FRP面板重量輕80%,，安裝速度快得多，降低了成本,。這種材料對化學(xué)物質(zhì)和水的耐腐蝕性意味著即便使用近100年,，結(jié)構(gòu)也無需維護。FRP面板安裝用于容納行人和騎自行車的人,，可為7-10英尺寬的人行道提供重量10000磅的維修車輛通行,，為10英尺寬的FRP人行道提供20000磅的救護車通行。

2020年，Structural Composites（美國佛羅里達州墨爾本）展示了復(fù)合材料橋面,，該橋面由其美國薪酬保護計劃（PPP）基金資助,。這座用于田納西州農(nóng)村貧困地區(qū)的復(fù)合材料橋面的結(jié)構(gòu)與密蘇里州交通部（MODOT）最近的一項研究中測試和驗證的結(jié)構(gòu)相同。PPP橋面板的設(shè)計壽命為100年,，比混凝土橋面板輕90%,，有助于為有需要的社區(qū)提供通道，并提供必要的現(xiàn)場數(shù)據(jù),，以支持MODOT先前的測試工作和改善公路橋面板的更大目標(biāo),，PPP平臺還將為全國許多小型農(nóng)村橋梁打開市場。

Structural Composites 開發(fā)并安裝在田納西州中北部的復(fù)合材料橋

另一種不同的方法是AIT Bridges（美國緬因州布魯爾）設(shè)計的復(fù)合材料拱橋,，它使用混凝土填充復(fù)合材料管和FRP橋面,，據(jù)報道，它為中小型橋梁提供了一種價格合理,、優(yōu)于傳統(tǒng)鋼和混凝土的替代方案,。2020年，AIT為華盛頓州杜瓦爾 SR 203 國道上的一條小溪提供了一座跨度51英尺,、寬20英尺的大橋,。該橋由12個玻璃纖維復(fù)合材料拱組成，有助于將5英尺寬的溪流恢復(fù)到以前的20英尺寬,，并有助于魚類和其他野生動物返回該地區(qū),，同時滿足當(dāng)?shù)氐缆方煌ㄒ蟆IT Bridges還生產(chǎn)用于橋梁修復(fù)和更換的組合梁,。

緬因州漢普登的 Grist Mill 橋通過用 AIT Bridges 的復(fù)合材料梁將原來橋跨進行了升級

碳纖維增強聚合物（CFRP）也被用于橋梁,。斯圖加特-斯塔德巴大橋于2020年5月安裝在德國A8高速公路上，這是世界上第一座完全懸掛在CFRP張力構(gòu)件（稱為吊架）上的網(wǎng)狀拱橋,。72根電纜由Carbo-Link AG（瑞士費哈爾多夫）使用來自帝人公司的碳纖維生產(chǎn),。它們實際上比原先計劃的鋼纜便宜，可以在沒有支柱的情況下穿越八條高速公路車道,，而其橫截面積僅為鋼纜的四分之一,。此外，由于重量輕,，72個CFRP張力元件可以在沒有起重機的情況下由三名建筑工人安裝,。在127米長的鐵路橋中加入CFRP也開創(chuàng)了可持續(xù)性。EMPA（瑞士聯(lián)邦材料測試和研究所）證明,，碳纖維制造過程中的二氧化碳排放量占鋼材的三分之一,，能耗降低了50%以上。

FiberCore Europe（荷蘭鹿特丹）已在全球安裝了1000多座復(fù)合材料橋梁,，但其在北美的應(yīng)用受到限制,。為了解決這個問題,,，母公司FiberCore Holdings（荷蘭鹿特丹）于2020年與Orenco Composites（美國俄勒岡州羅斯堡）簽署了一份許可協(xié)議，以在美國應(yīng)用FiberCore的InfraCore技術(shù),。此次合作使 Orenco 能夠?qū)⑵鋸V泛的知識應(yīng)用于大型復(fù)合材料產(chǎn)品的工程和生產(chǎn),，同時增加 InfraCore 技術(shù)的應(yīng)用。Orenco Composites高級副總裁Eric Ball表示：“內(nèi)部帶有InfraCore的橋梁以其整個結(jié)構(gòu)難以置信的附著力而與眾不同,。它們只需要一個最小的基礎(chǔ),，因為它們相對輕便，易于安裝,。這些橋梁是可持續(xù)的,、可靠的、幾乎免維護的,，并且設(shè)計使用壽命可以達到50年,。”FiberCore Europe還向加拿大艾伯塔省埃德蒙頓的可持續(xù)基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)（SIS,，阿德萊德,，澳大利亞）以及加拿大Mat系統(tǒng)（CMS）和CMSI公司進行了技術(shù)許可銷售。

FiberCore Europe還與大型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)專家Strukton Civiel（荷蘭烏得勒支）合作,，為現(xiàn)有橋梁的可持續(xù)翻新提供了可持續(xù)的SUREbridge解決方案,。該方法是與10個歐洲國家、美國和歐盟委員會合作開發(fā)的,。荷蘭哈登堡市是第一個使用SUREbridge方法重建橫跨Radewijkerbeek水道的Toeslagweg街大橋的市鎮(zhèn)?，F(xiàn)有結(jié)構(gòu)將得到2到2.5倍的加固，如果需要可通過在頂部使用砂漿在復(fù)合材料板內(nèi)安裝預(yù)制的InfraCore來加寬,。此外還可組合使用橋梁底面上的預(yù)應(yīng)力碳纖維鋼筋。這使得橋梁只需最少的維護,，便可以使用長達50年,。由于現(xiàn)有結(jié)構(gòu)無需拆除，施工時間僅為六周,，SUREbridge方法節(jié)省了時間并防止交通中斷,，提供了顯著的環(huán)境效益。與拆除和新建相比,，這種方法還節(jié)省了50%的成本,。

FiberCore Europe道路解決方案

同樣在荷蘭，Solico Engineering B.V.（Oosterhout）與復(fù)合材料系統(tǒng)集成商Advantage Composite B.V.（Franeker）合作,，設(shè)計了復(fù)合材料制成的多個構(gòu)件,，用于重建N34省雙車道公路沿線的多座高架橋和地下通道。支撐結(jié)構(gòu),、覆層,、欄桿和扶手包括仿生設(shè)計元素和生物基材料,，如Valsteeg高架橋覆層，據(jù)報道,，該覆層結(jié)合了耐候鋼的驚人視覺美感和復(fù)合材料的耐久性和重量減輕,。

廢水處理和儲水設(shè)施

充足的水資源正在為復(fù)合材料創(chuàng)造新的機會。復(fù)合材料在海水淡化,、廢水回收和地下水儲存方面發(fā)揮著重要作用,。纖維纏繞的玻璃纖維增強塑料（FRP）壓力容器裝有反滲透（RO）膜，已被證明是通過城市廢水回收和海水反滲透（SWRO）脫鹽生產(chǎn)清潔水的有效解決方案,。例如,，加利福尼亞州卡森市的西盆地市政水區(qū)目前共有1238個玻璃纖維壓力容器，幾乎全部額定壓力為450 psi,，用于在埃爾塞貢多,、托倫斯和卡森的回收設(shè)施進行反滲透處理?；厥盏乃惠斔偷窖a水區(qū),，該區(qū)為洛杉磯南部420平方英里地區(qū)的400萬居民管理和保護當(dāng)?shù)氐叵滤７?wù)區(qū)內(nèi)的43個城市每天使用約2.25億加侖（約820億加侖/年）,，約占該地區(qū)供水量的一半,。

另一個例子是圣迭戈純凈水項目，這是一個分階段,、多年的廢水處理項目,，到2035年，該項目將在當(dāng)?shù)靥峁┦サ耆种坏墓┧?。?011年6月以來,，一個示范設(shè)施已使用Protec Arisawa（美國加利福尼亞州維斯塔市）制造的37個額定值為300 psi的反滲透玻璃纖維壓力容器每天生產(chǎn)100萬加侖（mgd）的純凈水。第1階段將額外安裝1400個壓力容器,，生產(chǎn)30 mgd,。到2035年，第2階段和第3階段將提供另外53 mgd,，也將需要壓力容器,。加利福尼亞州奧蘭治縣水區(qū)設(shè)施的地下水補給系統(tǒng)通過3150個玻璃纖維壓力容器（直徑25英尺×8英寸，由Protec Arisawa制造）使用反滲透,，每個容器裝有七個反滲透膜元件,。

根據(jù)市場觀察組織（Market Watch）2020年8月發(fā)布的一份報告：“海水反滲透裝置（SWRO）的建造日益增多，這是壓力容器的一個不斷增長且可能持續(xù)發(fā)展的巨大市場海水淡化廠,。SWRO依賴于膜系統(tǒng),，該系統(tǒng)可連續(xù)清洗從海洋輸送到岸上的水。這些膜必須封裝在膜殼中,。如今,，纖維纏繞玻璃纖維壓力容器幾乎完全用于該領(lǐng)域,，每個脫鹽廠的數(shù)量高達6000個?！睋?jù)估計,，從2021年到2026年，該市場的年增長率為5.2%,。

與此同時,，Orenco的AdvanTex處理系統(tǒng)已提供可靠、節(jié)能的廢水處理超過15年,。AX-Max是預(yù)先安裝的,，整個系統(tǒng)包括處理、再循環(huán)和排放建在一個長度為14-42英尺（4.3-12.8米）的中空玻璃纖維復(fù)合材料罐內(nèi),。Orenco復(fù)合材料采用纖維纏繞和兩種封閉成型工藝（樹脂傳遞成型RTM和真空灌注）來生產(chǎn)高質(zhì)量,、單件灌注FRP復(fù)合材料零件。該公司采用了為廢水市場開發(fā)的玻璃纖維技術(shù),，并為各種市場創(chuàng)建了高質(zhì)量的建筑物,、水池、水箱和外殼,。

左上角,，順時針：哥倫比亞波哥大 3800 萬加侖水箱的復(fù)合材料蓋；荷蘭A27高速公路復(fù)合橋面板,；海水淡化廠用玻璃鋼管,；和玻璃鋼鋼筋。

復(fù)合材料制造商Soling（Estrella,，Antioquia,，哥倫比亞）使用RTM制造了840個復(fù)合材料蓋，用于覆蓋哥倫比亞波哥大的卡薩布蘭卡儲水箱,，該儲水箱可容納3800萬加侖水,，是該國最大的儲水系統(tǒng)。每個半球形矩形復(fù)合材料蓋長7.6米,，寬2.4米（24.9×7.9英尺），由玻璃纖維織物和聚酯樹脂制成,。新的覆蓋物比以前的混凝土和石棉覆蓋物更安全,、更輕、更耐用,，原有覆蓋物對水質(zhì)和人類健康構(gòu)成重大威脅,，容易發(fā)生故障，維護成本也很高,。

混凝土：玻璃纖維鋼筋和碳纖維布格柵

咨詢公司 Coastline Composites（美國賓夕法尼亞州蘭開斯特）的聯(lián)合創(chuàng)始人 Gregg Blaszak 表示,，復(fù)合材料在基礎(chǔ)設(shè)施中的應(yīng)用發(fā)生了巨大變化,。“我們已經(jīng)開始看到越來越多的工程師認真研究這類材料,，因為它們大部分是免維護的,。”他說,，一個例子是越來越多的項目指定使用玻璃纖維鋼筋加固混凝土結(jié)構(gòu),，并將其作為傳統(tǒng)鋼筋的替代品。

Owens Corning（美國內(nèi)布拉斯加州蘇厄德）復(fù)合材料戰(zhàn)略營銷副總裁Christopher Skinner表示：“我希望看到玻璃纖維鋼筋在結(jié)構(gòu)應(yīng)用中的持續(xù)發(fā)展,，以及在平面工程應(yīng)用中的日益發(fā)展,。與鋼材相比，承包商的強度和重量都有所提高,，這大大提高了其員工的生產(chǎn)率,。預(yù)計復(fù)合材料的耐久性將很快就會成為購買決策的考慮因素?！?br>

Mattenbar（阿聯(lián)酋迪拜和美國北卡羅來納州康科德）公司是世界上最大的玻璃鋼鋼筋項目——沙特阿拉伯長達23公里的吉贊洪水通道——的供應(yīng)商,。吉贊項目被視為基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域的一個重要轉(zhuǎn)折點。由于在全球范圍內(nèi),，腐蝕的歷史悠久且成本高昂,，在腐蝕性環(huán)境中，鋼不再被視為經(jīng)濟高效的選擇,。Mateenbar首席執(zhí)行官Nick Crofts說,，ASTM標(biāo)準(zhǔn)和ACI規(guī)范已經(jīng)做好準(zhǔn)備?！吧程匕⒚乐皇菑娭埔笫褂肍RP鋼筋,，值得注意的是，這并沒有增加防洪渠的成本,，這讓很多人感到驚訝,。”Crofts指出,，吉贊防洪渠的FRP鋼筋安裝速度遠遠快于鋼筋,。

大約 11,000 公里的 GFRP 鋼筋加固了沙特阿拉伯吉贊的這條混凝土防洪通道

2021年6月，沙特阿美公司在沙特阿拉伯成立了第一個GFRP鋼筋工廠,。IKK Mateenbar工廠由Pultron Composites（新西蘭吉斯伯恩）與Isam Khairy Kabbani Group（沙特阿拉伯吉達IKK）和沙特阿美（沙特阿拉伯達蘭）合作建立?, 并將為沙特阿拉伯以及中東和北非地區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施項目制造和供應(yīng)耐腐蝕的玻璃纖維鋼筋,。

阿美還與美國混凝土協(xié)會（ACI）合作建立了非金屬建筑材料卓越中心NEx，以開發(fā)和促進非金屬材料在建筑行業(yè)的使用,。NEx總部位于美國密歇根州法明頓山的ACI世界總部,，將致力于加速非金屬材料和產(chǎn)品在建筑和基礎(chǔ)設(shè)施中的應(yīng)用。ACI總裁Jeffrey W.Coleman表示：“在建筑環(huán)境中擴大非金屬材料和產(chǎn)品的使用將提高可持續(xù)性,，有助于降低碳足跡,，并提高結(jié)構(gòu)的耐久性和壽命,。”

但玻璃纖維并不是唯一一種在增強混凝土方面明顯優(yōu)于鋼的增強材料,。自2004年以來,，預(yù)制混凝土制造商聯(lián)盟Altus Group（美國南卡羅來納州格林維爾）一直使用Carbon Cast 高性能隔熱墻板，以實現(xiàn)比大多數(shù)現(xiàn)澆,、實心預(yù)制和傳統(tǒng)鋼筋預(yù)制混凝土墻體系統(tǒng)更輕,、更薄、更堅固的結(jié)構(gòu),。面板由兩個混凝土wythes（面板）組成,，由剛性泡沫隔熱板隔開，并通過 C-Grid公司（美國南卡羅來納州威廉斯頓市喬馬拉特）的碳纖維復(fù)合材料格柵作為剪切桁架連接,。Carbon Cast的絕緣值為R-37或更高,，其厚度為7至12英寸，寬度為15英尺,，高度為50英尺或更高,。由于碳纖維比鋼強得多，因此面板尺寸可以增加,，這意味著生產(chǎn)和運輸?shù)牧慵?，因此安裝速度更快，與傳統(tǒng)預(yù)制系統(tǒng)相比,，施工期間的總體碳足跡更小,。截至2020年，已完成1500多個Carbon Cast項目,，總面積為4500萬平方英尺（420萬平方米）,。

CarbonCast 技術(shù)減輕了預(yù)制混凝土面板的重量和成本

德國的目標(biāo)是進一步發(fā)展這項技術(shù)，使用CFRP網(wǎng)格加固各種實心混凝土結(jié)構(gòu),，大幅減少厚度,、重量、安裝和二氧化碳排放,。C3-碳混凝土復(fù)合材料項目成立于2006年,，是德國建筑行業(yè)最大的研究項目，擁有150多個合作伙伴和300多個獨立項目,?；炷潦莾H次于水的世界上使用最廣泛的材料，包括水泥,、水和骨料。僅水泥生產(chǎn)就占二氧化碳總排放量的6.5%,，約為全球航空排放量的三倍,。德國政府于2020年6月宣布,，將資助一個新的碳纖維混凝土研究中心，旨在增加鋼材替代率,。德累斯頓大學(xué)長期從事碳纖維和紡織物增強混凝土研究的Manfred Curbach博士領(lǐng)導(dǎo)了德國的這項工作,，他聲稱這項技術(shù)可以減少50%的混凝土材料使用量和70%的二氧化碳排放量。

Kratos C 板

其他用于基礎(chǔ)設(shè)施的碳纖維復(fù)合材料包括土耳其第一批此類產(chǎn)品：Kordsa（土耳其伊斯坦布爾）Kratos 結(jié)構(gòu)增強材料,，迄今為止,，它由 Kratos C-fabric 單向 (UD) 碳纖維織物和 Kratos C-plate 碳纖維垃圾條組成。這些產(chǎn)品旨在加固鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),，包括抗震加固應(yīng)用,，據(jù)說這些產(chǎn)品可以增加結(jié)構(gòu)的承載能力并改善結(jié)構(gòu)性能。例如,，帶有 Kratos Prime 樹脂的 Kratos C-fabric 專門用于鋼筋混凝土柱,、剪力墻和梁表面，可以用于混凝土筒倉,、橋梁,、高架橋以及天然氣或石油管道。帶有 Kratos 粘合劑的 Kratos C 板則專門用于鋼筋混凝土梁和板,。