邵志偉

談碳纖維復(fù)合材料在土木建筑中的應(yīng)用

邵志偉

（西南科技大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院 621010）

近年來，我國土木工程建設(shè)取得了大跨步的發(fā)展，相關(guān)的施工技術(shù)、施工工藝等也得到了較大的提升，而碳纖維復(fù)合材料作為土木建筑中重要的施工材料，不僅是整個(gè)工程項(xiàng)目施工質(zhì)量的有力保障，更是對(duì)建筑物結(jié)構(gòu)的安穩(wěn)性起到了關(guān)健性的作用，受到了建筑領(lǐng)域的高度關(guān)注。

土木工程；碳纖維；復(fù)合材料；應(yīng)用

一、引言

土木建筑行業(yè)是我國發(fā)展的重點(diǎn)行業(yè)之一，它不僅能夠在很大程度上促進(jìn)我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，同時(shí)還能夠設(shè)計(jì)建造出人們生活的各種空間。隨著物質(zhì)的多樣化，人們對(duì)生活需求的提升，土木建筑行業(yè)只有不斷的順應(yīng)時(shí)代的步伐，不斷前進(jìn)和創(chuàng)新，才能夠滿足時(shí)代的需要，社會(huì)的需要，人們的需要。我國土木工程建設(shè)取得了大跨步的發(fā)展，相關(guān)的施工技術(shù)、施工工藝等也得到了較大的提升，而碳纖維復(fù)合材料作為土木建筑中重要的施工材料，具有承重大、質(zhì)量輕、強(qiáng)度高等方面的特性，既能夠?qū)崿F(xiàn)人們對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的需求，還能夠響應(yīng)生態(tài)文明建設(shè)的號(hào)召，同時(shí)，其不僅是整個(gè)工程項(xiàng)目施工質(zhì)量的有力保障，更是對(duì)建筑物結(jié)構(gòu)的安穩(wěn)性起到了關(guān)健性的作用。

二、碳纖維復(fù)合材料的相關(guān)特性

碳纖維復(fù)合材料具有其他建筑材料所沒有的良好的物理力學(xué)性能，也是新世紀(jì)以來使用性能反映最為良好，用途最多的新材料。在土木建筑工程中，碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料也廣泛的應(yīng)用在土木工程結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)中。用于土木工程結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)中的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料為碳纖維片，這種材料有單向片、單向預(yù)浸片、單向織布、雙向織布等。碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合塑料是一種預(yù)浸料碳纖維，這種新型的復(fù)合材料在力學(xué)性能和物理性能上都要強(qiáng)過普通的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。它的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是一般建筑材料強(qiáng)度的十幾倍，其彈性模量與普通的建筑鋼材相比，要高出普通建筑鋼材的一倍左右，同時(shí)，它還具有非?？捎^的耐久性和耐腐蝕性。[1]

三、碳纖維復(fù)合材料在土木建筑中的應(yīng)用現(xiàn)狀及問題

（1）碳纖維復(fù)合材料在土木建筑中的應(yīng)用現(xiàn)狀

碳纖維復(fù)合材料在土木建筑中的應(yīng)用研究始于上個(gè)世紀(jì)八十年代初期美國、日本等發(fā)達(dá)國家。期初，碳纖維復(fù)合材料以其優(yōu)良的力學(xué)性能和物理性能，以及其良好的耐久性和耐腐蝕的性質(zhì)，得到了土木建筑行業(yè)的青睞和認(rèn)可。特別是在一些災(zāi)后重建過程中，碳纖維復(fù)合材料廣泛的運(yùn)用在混凝土結(jié)構(gòu)的加固修復(fù)中。目前，碳纖維復(fù)合材料的研究和應(yīng)用在日本、韓國、德國、美國等國家和地區(qū)得到了高度的重視，碳纖維復(fù)合材料不僅被這些發(fā)達(dá)國家運(yùn)用于新型的土木工程建筑領(lǐng)域，還被成功的運(yùn)用到其他建筑行業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域[2]。在土木建筑工程中，以往為結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)的材料是鋼板，可是鋼板自身卻存在著重量大，耐腐蝕性極差，鋼板老化快等等問題，這些都是造成土木建筑工程中的難題所在。而纖維復(fù)合材料利用纖維片材修補(bǔ)來為土木建筑工程中的結(jié)構(gòu)材料補(bǔ)強(qiáng)，它將樹脂粘合劑粘貼在定向排列的連續(xù)纖維片材，需要其它其結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的協(xié)同工作，以此達(dá)到結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)的目的。在現(xiàn)在土木建筑工程中，主要是以碳纖維以及芳綸來為結(jié)構(gòu)材料補(bǔ)強(qiáng)。其中碳纖維具有荷重增加、強(qiáng)度不足、抑制裂縫延長等特點(diǎn)，在纏繞修補(bǔ)、增加柱狀結(jié)構(gòu)等應(yīng)用的較為合適。根據(jù)國外參考資料和研究報(bào)告[3]，這種既可以運(yùn)用于預(yù)應(yīng)力狀態(tài)，也可以運(yùn)用于非預(yù)應(yīng)力狀態(tài)下的碳纖維復(fù)合材料已經(jīng)被各國相繼運(yùn)用在土木工程建筑行業(yè)中，今后，隨著土木建筑行業(yè)的發(fā)展和開拓，碳纖維復(fù)合材料在該領(lǐng)域的運(yùn)用也會(huì)逐年增長。

（2）應(yīng)用中存在的問題

盡管碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料具有良好的力學(xué)性能和物理性能，其自身還具備承重大、質(zhì)量輕、強(qiáng)度高等方面的特性，能夠?qū)崿F(xiàn)人們對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的需求，能夠響應(yīng)生態(tài)文明建設(shè)的號(hào)召，但是，碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在土木建筑行業(yè)中發(fā)展的道路并不平坦，其在發(fā)展中仍就有很多的不足，這就使得這種高性能材料沒有得到普及的原因，其主要缺陷主要有以下幾方面：

首先，碳纖維復(fù)合材料目前尚沒有相關(guān)的統(tǒng)一規(guī)章制度，這就使得碳纖維復(fù)合材料在土木建筑行業(yè)中的應(yīng)用沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，是工程建設(shè)出現(xiàn)了血多不穩(wěn)定的因素。

其次，和其他建筑材料相比，碳纖維復(fù)合材料的支出成本較高。而在實(shí)際工程建設(shè)中，經(jīng)濟(jì)成本在很大程度上限制了碳纖維復(fù)合材料的使用，這樣就造成了碳纖維復(fù)合材料使用的局限性。

再則，在廢棄材料回收方面，碳纖維復(fù)合材料還不能滿足可持續(xù)發(fā)展的要求。其在土木建筑行業(yè)巨大的使用背景下，將回收工作推向了難點(diǎn)。因此，我們還要不斷更新和完善碳纖維復(fù)合材料的使用性能，滿足可持續(xù)發(fā)展的要求。

四、總結(jié)

隨著社會(huì)的進(jìn)步，科學(xué)技術(shù)的飛快發(fā)展，生活質(zhì)量的不斷提高，人們對(duì)土木建筑材料各個(gè)方面的性能和要求也在不斷的提升。不僅能夠適應(yīng)建筑各個(gè)方面的要求，還要順應(yīng)社會(huì)發(fā)展的潮流，既要實(shí)用性，還要講究綠色性、環(huán)保性、藝術(shù)性和美觀性等。因此，要根據(jù)土木建筑工程的特點(diǎn)，不斷更新和完善碳纖維復(fù)合材料的使用性能，時(shí)期在土木建筑中發(fā)揮更多、更好的用處，促進(jìn)我國土木建筑業(yè)的長足發(fā)展，開創(chuàng)綠色環(huán)保的建筑時(shí)代。

[1]王茜. 纖維復(fù)合材料在土木建筑工程中的應(yīng)用進(jìn)展[J]. 知識(shí)經(jīng)濟(jì),2012,06:93.

[2]李沁羽,何雨桐. 纖維復(fù)合材料在土木建筑工程中的應(yīng)用進(jìn)展[J]. 科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2013,29:291.

[3]劉彬. 淺談土木工程中碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用[J]. 門窗,2014,11:190.

G322

B

1007-6344（2017）03-0310-01