建筑工程應用的碳纖維增強復合材料研究

高峰

【摘要】伴隨著社會經濟的不斷進步，使人們的生活水平也隨之升高。我國經濟在得到快速發展的同時，也在一定程度上促使著建筑工程領域的進一步變革。建筑工程的現代化發展，使其功能逐漸呈現出多樣化發展的新趨勢，這也影響著建筑施工技術的難易程度。當前若仍舊將最原始的施工技術以及材料當做發展的基礎，會很難滿足建筑工程在施工技術以及整體功能上提出來的新要求。而現代化建筑施工更加強調新技藝以及新材料的創新以及使用。本文主要對建筑工程應用的碳纖維增強復合材料進行相關研究，希望通過此次研究使建筑行業能逐漸重視起碳纖維增強復合材料在施工中的作用。

【關鍵詞】建筑工程;碳纖維增強復合材料

碳纖維增強復合材料因其本身具有較強的使用性能以及物理性能，逐漸成為當今社會比較重要的一種建筑材料，逐漸應用于國防、交通運輸、土木工程以及能源等多個領域，并在某些關鍵方面也發揮著重要的支撐作用。經實踐證實，碳纖維增強復合材料相比較傳統的建筑材料來說，其性能更加優越，且伴隨著建筑材料技術以及使用方式的逐漸完善，極大地降低了國產碳纖維制造花費的成本，碳纖維增強復合材料開始逐漸取代鋼材以及混凝土等傳統建筑材料，成為應用廣泛且具有較高性能的一種結構材料，隨著這種新型建筑材料的深入使用一定會促進建筑工程，特別是某些重要基礎設施以及國防領域的深入式發展。

一、碳纖維復合材料的應用概況

碳纖維復合材應用于土木建筑領域具體體現在對原有建筑物的加固以及結構新建這兩大方面。最早常使用碳纖維片材（布、板等）對原先存在的混凝土結構進行修復以及加固處理，這種技術最開始是在日本、美國以及歐洲等發達國家發展起來的。碳纖維片材本身具有耐腐蝕、輕質、高強以及便于施工等優勢，可有效對原有的建筑結構進行加固，尤其是在提高抗震性能上有較理想的效果;并且應用碳纖維片材進行加固所造成的污染較小，且適用范圍廣泛、能耗低。尤其是在日本阪神發生過嚴重的地震災害之后，應用碳纖維復合材料對已經受損的建筑物結構進行加固以及修復處理，為后續的災后重建等工作爭取到了比較寶貴的救援時間，使這種材料逐漸被廣泛關注，同時也在一定程度上促進了此項技術的深入研究以及進一步推廣。

中國對碳纖維復合材料加固混凝土技術的研究以及使用開始于1996年，早期主要是選擇應用進口的碳纖維布，將其應用到人民大會堂以及民族文化宮等重大工程的加固修復當中，同時使用自助創新后的加固方式并取得了比較理想的效果。之后又在碳纖維復合材料加固砌體結構以及鋼結構等領域進行新的探索，逐漸將使用領域發展到建筑結構、橋梁、隧道、地下結構以及管道等多個方面。同國外的眾多發達國家比較而言，中國的碳纖維復合材料技術歲起步比較晚，但是隨著國家的快速進步以及行業人員的堅持，一定會促進該領域的飛速發展。

二、現代建筑工程結構對碳纖維復合材料的要求

依據現代建筑結構工程所表現的不同結構功能以及碳纖維復合材料技術的特點等，建筑工程實施過程中對碳纖維復合材料的選擇，通常要從力學性能、耐久性能以及施工性能這三個方面進行嚴格的分析。其一，力學性能上。現代建筑施工要求所選用的碳纖維復合材料在遭受外界壓迫時要具有比較高的強度，一般來說，碳纖維復合材料最重要的一點優勢就是高強，因而，它在通常情況下是有效能滿足力學性能要求的。其二，耐久性能。現代建筑施工要求所選用的碳纖維復合材料能有效對自然界的各種危害進行抵御，同時還能在施工期間始終保持原有結構性能的穩定。其三，施工性能。現代建筑施工要求所選用的碳纖維復合材料在施工期間可以完成與結構材料的適配效應以及耦合效應等，以確保建筑施工能順利完成。

三、建筑工程領域碳纖維復合材料的技術發展現狀

當前階段，我國建筑施工領域碳纖維復合材料的年平均使用量基本上保持在1000噸左右，從原材料的獲取方式來看其主要依賴于國外進口，因而我國碳纖維復合材料的生產水平以及技術能力仍需進一步完善。此外，市場規模未完善、碳纖維復合材料本身穩定性欠缺、材料價格昂貴以及市場競爭力不足等是導致我國國產建筑用碳纖維復合材料以及技術發展緩慢的原因。

從技術方面來看待國產建筑用碳纖維復合材料的發展，可以發現我國當前階段正處于從結構加固轉變為新建工程結構的重要時期，并且產品也實現了由簡單加工轉變為復雜配件以及整體結構制造等。通過分析當前碳纖維復合材料的發展狀況以及我國逐漸發展壯大的建筑市場，可以發現我國碳纖維復合材料在今后的必將會得到長足有效的發展。

綜上所述，當前碳纖維復合材料在建筑工程領域的研究以及實踐開始進入到使用領域廣泛、材料和產品要求嚴格以及解決問題難度大的層次中，這也意味著碳纖維復合材料在建筑工程中的使用也會面臨巨大的挑戰。而隨著碳纖維復合材料工程技術的逐漸完善以及相關部門的大力推進，一定會促進中國碳纖維復合材料在眾多領域的長足深入發展。

參考文獻：

[1]王敏，賈建剛，郭鐵明等.碳纖維增強AlO-20%Ni金屬陶瓷復合材料的制備及組織性能[J].復合材料學報，2017，34（12）：2778-2784.

[2]劉騰飛，田小永，朱偉軍等.連續碳纖維增強聚乳酸復合材料3D打印及回收再利用機理與性能[J].機械工程學報，2019，55（7）：128-134.

[3]王丹，寧寧，楊鵬飛等.飛機結構強度試驗中碳纖維增強樹脂基復合材料無損檢測技術[J].科學技術與工程，2018，26（18）：313-322.