一、前言

　　混凝土是目前使用最廣的一種建筑材料，由于其在各方面的優(yōu)良性能， 自它誕生之日起就一直受到人們的關(guān)注。近兩年， 國(guó)家采取擴(kuò)大內(nèi)需保增長(zhǎng)政策， 全國(guó)各地都加大了基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)力度， 每年混凝土用量數(shù)十億立方米， 規(guī)模之大， 耗資之巨， 居世界之首。 隨著現(xiàn)代材料科學(xué)的不斷進(jìn)步， 混凝土已逐漸向高強(qiáng)、 高性能、 多功能和智能化方向發(fā)展， 用它建造的混凝土結(jié)構(gòu)也趨于大型化和復(fù)雜化。 然而混凝土材料的固有缺陷是脆性大，在使用過(guò)程和周?chē)h(huán)境的影響下不可避免地會(huì)產(chǎn)生微開(kāi)裂和局部損傷，而且混凝土的損傷通常是逐漸積累發(fā)展的， 從而會(huì)導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)的最終破壞。 為了改善混凝土抗拉性能差、 延性差等缺點(diǎn)， 可以通過(guò)在原材料中摻加各種纖維的辦法來(lái)配制纖維混凝土。目前， 在工程中應(yīng)用最廣的纖維混凝土主要有4種， 分別是鋼纖維混凝(SFRC)、 玻璃纖維混凝土(GFRC)、 碳纖維混凝土(CFRC)以及合成纖維混凝土( SNFRC)。在原材料中摻加碳纖維即可。

　　為碳纖維混凝土， 又稱(chēng)為碳纖維增強(qiáng)混凝土， 它是一種智能型材料。本文論述了碳纖維的性能、碳纖維在混凝土中的作用以及碳纖維混凝土的應(yīng)用研究。

二、碳纖維的性能

　    碳纖維是一種含碳量在 90％以上的高強(qiáng)度、 高模量、 耐高溫纖維， 它重量輕 （密度約 1.8kg/m3）、 強(qiáng)度高、 尺寸穩(wěn)定、 抗疲勞阻尼特性好、 耐高溫、 耐酸堿腐蝕、 有導(dǎo)電性、 抗蠕變、 可傳熱、 熱膨脹系數(shù)小，既可作為結(jié)構(gòu)材料承擔(dān)荷載，又可作為功能材料發(fā)揮作用。 它強(qiáng)度比鋼的大、 密度比鋁的小、 比不銹鋼還耐腐蝕、比耐熱鋼還耐高溫、 又能像銅那樣導(dǎo)電， 具有許多寶貴的電學(xué)、 熱學(xué)和力學(xué)性能的新型材料。碳纖維能顯著提高混凝土的 （抗拉、壓、彎） 強(qiáng)度， 韌性、 延性、 抗沖擊疲勞性能和變形模量。

　    由于碳的單質(zhì)在高溫下不能熔化(在 3000℃以上升華)， 而且在各種溶劑中均不溶解， 所以，目前人們還不能直接用碳或石墨來(lái)抽成碳纖維， 只能采用一些含碳的有機(jī)纖維(如尼龍絲、腈綸絲、人造絲等)作原料，將有機(jī)纖維與塑料樹(shù)脂結(jié)合在一起，放在稀有氣體的氣氛中， 在一定壓強(qiáng)下強(qiáng)熱碳化而成。 現(xiàn)在市場(chǎng)上生產(chǎn)銷(xiāo)售的碳纖維絕大部分是用聚丙烯腈纖維的固相碳化制得的。 碳纖維有極好的纖度， 纖度的表示方法之一是 9000m長(zhǎng)的纖維的克數(shù)， 一般僅約為 19 g;碳纖維的拉力高達(dá) 300 kg/mm2， 同時(shí)還具有耐高溫、 耐腐蝕、 導(dǎo)電、 傳熱、膨脹系數(shù)小等一系列的優(yōu)異性能。目前幾乎沒(méi)有其他材料能像碳纖 維一樣具有如此多的優(yōu)異性能。

三、碳纖維在混凝土中的加固作用

　　1高抗拉強(qiáng)高彈性模量

　　碳纖維是一種柔性材料，可任意剪裁，設(shè)計(jì)自由度大，經(jīng)粘貼后其抗拉強(qiáng)度超過(guò)普通鋼板的10倍，彈性模量和鋼材相近，而其重量約為3mm厚鋼板的1/100。因此，在加固修補(bǔ)混凝土結(jié)構(gòu)中可以充分利用其高強(qiáng)度、高彈性模量的特點(diǎn)來(lái)提高混凝土結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的承載力和延性，改善其受力性能，達(dá)到加固修補(bǔ)的目的。

　　2施工方便，工作效率高

　　無(wú)需大型施工機(jī)具和輔助機(jī)械、模板，施工占用場(chǎng)地少，無(wú)濕作業(yè)，能適應(yīng)各種結(jié)構(gòu)外形的補(bǔ)強(qiáng)而不改變構(gòu)件外形尺寸，操作簡(jiǎn)單，施工速度快。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，粘貼碳纖維的加固工效是粘貼鋼板加固工效的4～8倍。

　　3耐腐蝕及耐久性能好

　    碳纖維材料化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不與酸、堿、鹽等化學(xué)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，且還可以防水，可長(zhǎng)期經(jīng)受核輻射和紫外線照射，在-52～82℃溫度環(huán)境條件下使用，強(qiáng)度不降低；并易與外加防火涂層后有效地防火，可大大增強(qiáng)結(jié)構(gòu)對(duì)惡劣外部環(huán)境的適應(yīng)能力，如可免去了粘鋼加固所需的定期防銹維護(hù)，節(jié)省維護(hù)費(fèi)用，延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)壽命。

　　4不增加結(jié)構(gòu)自重

　    碳纖維材料重量輕（僅為200～300g/m2），厚度小，經(jīng)加固修補(bǔ)后的構(gòu)件，不會(huì)增加結(jié)構(gòu)體積，基本上也不增加原結(jié)構(gòu)的自重及尺寸。

　　5不影響結(jié)構(gòu)外觀

　　碳纖維片的厚度很薄粘貼固化后表面做高性能砂漿，不僅增加了混凝土保護(hù)層厚度，對(duì)防止混凝土鹽害侵蝕有較大作用，同時(shí)，不影響結(jié)構(gòu)的外觀。

　　6能有效地封閉混凝土的裂縫

　　碳纖維片粘貼在混凝土的表面，不僅封閉了混凝土的裂縫，碳纖維片高強(qiáng)模量的特性還約束了混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的生成與擴(kuò)展，改變了裂縫的形態(tài)，使寬而深的裂縫變成分散的細(xì)微裂縫，從而提高了混凝土的整體剛度。
 
　　7適用范圍廣

　　可用于不同結(jié)構(gòu)類(lèi)型(如建筑物、構(gòu)筑物、橋梁、隧道、涵洞等)、不同結(jié)構(gòu)形狀(如矩形、圓形、曲面結(jié)構(gòu)等)、不同材料的構(gòu)件如混凝土結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)等)加固，也可用于構(gòu)件的不同部位(如梁、板、柱、節(jié)點(diǎn)、拱、殼、墩等)及不同薄弱因素的加固。除此之外，碳纖維材料還有其他的一些優(yōu)勢(shì)，如透電磁波、絕緣、隔熱等。

四、碳纖維混凝土的應(yīng)用研究

　　碳纖維智能混凝土在今后將得到更加廣泛的應(yīng)用，但就目前來(lái)講， 碳纖維混凝土的廣泛應(yīng)用還受到很多限制。因此， 加強(qiáng)碳纖維混凝土的應(yīng)用研究，對(duì)其應(yīng)用過(guò)程中存在和出現(xiàn)的各種問(wèn)題進(jìn)行研究并找出合理解決方案， 將是碳纖維混凝土研究的一個(gè)重要方向， 主要有：（1） 改善攪拌工藝， 提高碳纖維在混凝土基體內(nèi)的分散均勻性。 美國(guó)在 20世紀(jì) 70 年代就開(kāi)始研究用于自動(dòng)撕開(kāi)纏裹成團(tuán)的鋼纖維，并以均勻而又可以調(diào)節(jié)的速度將纖維送進(jìn)混凝土攪拌裝置。國(guó)內(nèi)也做過(guò)大量這方面的試驗(yàn)研究，探索如何提高碳纖維在混凝土中的分

　　散性， 并從原材料選擇、 配合比設(shè)計(jì)、 拌合和澆注等方面著手提高纖維混凝土各項(xiàng)性能。（2） 改善碳纖維和基體材料的性能， 研究碳纖維與基體界面性能， 從而得到性能更好的纖維混凝土材料。（3） 高摻量碳纖維混凝土的研究， 在滿足施工和易性和保證強(qiáng)度的前提下， 通過(guò)使用外加劑和摻和料以獲得韌性明顯提高的碳纖維混凝土材料。（4）充分利用碳纖維混凝土的智能特性， 開(kāi)發(fā)更實(shí)用的智能混凝土。（5）完善碳纖維生產(chǎn)工藝， 降低碳纖維價(jià)格， 從而降低建設(shè)成本。
　　
五、結(jié)語(yǔ)

　　綜上所述，工民建混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)裂縫，是目前建筑工程施工中較為普遍的現(xiàn)象，而裂縫的存在直接影響了工民建筑的正常施工和使用，而將碳纖維布加固混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用于工民建筑中，由于其具有施工簡(jiǎn)便、耐久性好、抗腐蝕、不增加結(jié)構(gòu)自重、原結(jié)構(gòu)的影響較小、能有效封閉混凝土裂縫等優(yōu)點(diǎn)，可有效提高工民建混凝土結(jié)構(gòu)的承載能力和抗疲勞性能，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗震能力，綜合加固效果顯著。且隨著碳纖維材料成本的降低及國(guó)內(nèi)外研究的不斷深入，該項(xiàng)技術(shù)在工民建混凝土結(jié)構(gòu)加固領(lǐng)域中的應(yīng)用會(huì)越來(lái)越廣泛，具有廣闊的發(fā)展前景。