引言

碳纖維是一種由石墨組成,、含碳量高于90%的纖維材料,是以聚丙烯晴纖維、粘膠纖維,、瀝青纖維等有機纖維原絲經(jīng)過預(yù)氧化,、碳化和石墨化、上漿,、熱處理等反應(yīng)工藝過程制備而成,。碳纖維在碳化過程中,沿軸向進行預(yù)拉伸處理，因此石墨微晶具有擇優(yōu)取向,，賦予碳纖維高強度,、高模量的特點。此外,碳纖維還具有密度小,、耐超高溫,、耐腐蝕、防原子輻射,、導(dǎo)熱,、導(dǎo)電等優(yōu)良特性,使得碳纖維成為復(fù)合材料中重要的增強纖維。碳纖維復(fù)合材料以樹脂,、金屬或陶瓷等為基體,、碳纖維為增強體組合形成,通過基體種類、碳纖維含量和分布的優(yōu)化設(shè)計,可制備綜合性能優(yōu)異的構(gòu)件用于飛機,、火箭,、衛(wèi)星等航空航天飛行器

隨著近年來碳纖維制備技術(shù)的突破及生產(chǎn)成本的降低,碳纖維復(fù)合材料逐漸成為國內(nèi)外建筑功能材料行業(yè)的研究熱點。相比于建材領(lǐng)域中傳統(tǒng)材料(鋼鐵,、混凝土等),碳纖維復(fù)合材料在防腐性,、質(zhì)量、機械性能等方面具有特殊的優(yōu)勢,。目前,碳纖維復(fù)合材料在建材行業(yè)中主要應(yīng)用包括碳纖維增強混凝土,、碳纖維增強樹脂復(fù)合材料棒材、板材,、繩索等)以及功能復(fù)合材料等,。

2. CFRP適用于建材的主要特點

3. 碳纖維復(fù)合材料(CFRP)在建材領(lǐng)域的應(yīng)用

CFRP材料因其具有高強,、輕質(zhì)、耐腐蝕等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固領(lǐng)域,。傳統(tǒng)的外貼CFRP加固技術(shù)由于其工藝簡單,、方便，廣受工程界歡迎,。但CFRP難以充分發(fā)揮其高強材料的性能,，并且CFRP混凝土截面容易剝離。為了充分發(fā)揮CFRP的高強性能,，對其預(yù)先施加預(yù)應(yīng)力,，這樣預(yù)應(yīng)力外貼CFRP技術(shù)就得到了開發(fā)和利用。

另一方面,，為了解決CFRP與混凝土截面容易剝離的問題,，并更好保護CFRP，

表面嵌貼CFRP技術(shù)得到了開發(fā)和利用,。這項技術(shù)將CFRP筋或半條嵌入預(yù)制的混凝土槽中,，并填入環(huán)氧樹脂膠來粘結(jié)CFRP與混凝土，通過擴大CFRP混凝土之間的粘結(jié)面積來增強兩者間的粘結(jié)能力,。

碳纖維棒材采用多股連續(xù)碳纖維和熱固性樹脂膠合后,通過模具積壓拉拔快速固化成型制得。相比于元鋼,碳纖維復(fù)合棒材和水泥具有更高的粘結(jié)強度,因此在近海建筑物,、化工廠、高速公路護欄,、房屋地基和橋梁中得到廣泛應(yīng)用,。同時由于碳纖維具有高強度和高剛性,采用碳纖維復(fù)合棒材制備所得構(gòu)建的撓度遠高于鋼筋混凝土材料。

碳纖維還具有導(dǎo)電性,均勻地分散到水泥基材料中可顯著改變其導(dǎo)電性能,，降低電阻,，持續(xù)通電時呈現(xiàn)良好的電熱效應(yīng)，可用于道路工程除冰,。

CFRP包裹用于修復(fù)砌體柱,。CFRP包裹物用于鋼筋混凝土柱的腐蝕控制和修復(fù)。它們也用于抗震結(jié)構(gòu)的建造,。

CFRP布和片材現(xiàn)今已經(jīng)廣泛的應(yīng)用與混凝土結(jié)構(gòu)的加加固中,，CFRP材料的高耐腐蝕性、高比強度（強度與重量之比）是該技術(shù)得以發(fā)展的倆個重要原因,。一項關(guān)于CFRP加固混凝土結(jié)構(gòu)的重要應(yīng)用是利用外包CFRP片材加固混凝土柱,，CFRP片材可以有效的約束混凝土柱的側(cè)向變形從而達到提高其承載力和延性的作用，如圖1所示,，其作用機理與箍筋有類似之處,。

圖5 CFRP布包裹在柱子外層起到加固作用

CFRP具有優(yōu)異的物理和機械性能?？估瓘姸缺绕胀ㄤ搹姾芏啾?，彈性模量也從不比鋼差。所以建筑商喜歡用它來加固和修復(fù)混凝土,。碳纖維增強聚合物復(fù)合材料的優(yōu)點尤其突出,。增強了結(jié)構(gòu)強度，使結(jié)構(gòu)不易開裂,，韌性更強,。

4. 結(jié)束語

碳纖維復(fù)合材料作為一種高性能、多功能的先進復(fù)合材料,可以用作結(jié)構(gòu)建筑材料和功能性建筑材料,。隨著生產(chǎn)及工藝技術(shù)的突破,，碳纖維復(fù)合材料成本降低，建筑領(lǐng)域?qū)μ祭w維復(fù)合材料有著巨大需求,。盡管碳纖維復(fù)合材料具備承重大,、質(zhì)量輕,、強度高等特性，同時兼具良好的力學(xué)性能和物理性能,能夠滿足建筑結(jié)構(gòu)的需求,，同時符合生態(tài)文明建設(shè)的發(fā)展趨勢,。

方鯤^1，2    劉康^1,，2    張戩^1,，2    秦少文²  胡國華³    董衛(wèi)國⁴

1.北京熱塑性復(fù)合材料工程技術(shù)研究所

2.北京納盛通新材料科技有限責(zé)任公司

3.法國洛林大學(xué)

4. 天津工業(yè)大學(xué)

一 END 一