碳纖維CFRP增強材料的特點及力學性能國內外比較分析

1 前言

在工程材料中，纖維增強材料是一種新型的材料，它有很多特性，像耐腐蝕、耐紫外線、輕質、高強度和非磁性等都是它的特點，由于它們在物理學性能方面有大的提升，從而碳纖維（CFRP）材料成為一種性能優良的復合材料。CFRP剛開始只用于航天、軍事和船舶工程領域，隨后范圍越來越大，現今已經應用在土木工程領域。80年代末期到90年代初這段時間里，在發達國家像歐美和日本等國家加固修復混凝土結構的技術逐漸興起，目前土木工程領域研究的主要話題就是這項技術。

碳纖維在我國的研制時間較早，它經過40年的研制過程。在這個過程中，因為外國不允許碳纖維生產技術的運行，并且對它進行嚴格封鎖這一舉動嚴重的限制了我們國家碳纖維工業的進一步發展。最后碳纖維的工業能夠**重大突破這屬于我國科技工作者的功能，這是他們的自強不息、自力較生的結果。

2 CFRP增強材料的特點及力學性能

碳纖維增強塑料是一種復合型的材料，另外它也是碳纖維目前較主要的應用領域。碳纖維是指含碳比較高的新型纖維材料，一般情況下我們都是利用含有碳物質的**纖維來做制作原料，像腈綸絲、瀝青及粘膠纖維都可以作為我們取料的東西，將它們與塑料樹脂相結合，一起存放在惰性氣體中，碳化以后便會形成新纖維材料。這種材料是新材料**，也有“黑色黃金”的美稱，因為它有高的強度、小的密度、耐腐蝕、導電性強等特點，同時它也是電學、熱學以及力學中的新型材料。

在對土木工程結構進行補強時，可以利用碳纖維物理力學這一個優越的性能，多多使用碳纖維片材，由日本生產的碳纖維片在我們國家很常用。它的種類非常多，主要包括有單向片、單向預浸片、單向織布、雙向織布這四種。我們知道預浸料碳纖維（CF）被稱為是CFRP增強材料的一種，它必須達到強抗拉、彈性模量、延伸率等規定的性能，要想使得它能夠長期使用就無比保證它具有高的密度、浸透性、均勻度、耐腐蝕性。

3 CFRP增強材料的應用現狀

3.1 國外

在發達國家CFRP的使用較為廣泛，如美國、日本，其主要是利用CFRP對混凝土結構進行再次固定可修補。80年代末及90年代初，它已經得到了大量的研究，大學、科研機構、材料生產廠家等都愿意投入資本進行CFRP的進一步研究，CFRP之所以能得到如此多的**，這取決于它優良的特性，非常優異的力學性能、較為簡便的工藝作品、好的抗腐蝕性和使用時間長等都是大眾的所喜愛的。CFRP能夠在日本、韓國、美國及歐洲這些國家和地區有迅速發展主要是日本阪神地震引起的，正是由于這種原因，所以我們便可知道CFRP可以快速的修復并固定混凝土，在建筑業這個領域，新型材料不斷興起，碳纖維已經在外國的一些發達國家里變得非常常見。

CFRP的應用形式主要是以下幾種：一種是把比較短的碳纖維夾雜到混凝土里從而形成一種新型的材料，可以將其應用在一些新建結構中；二種是將絲狀的碳纖維做成棒狀，可以在新建結構中替換新混凝土里面的鋼筋，在海洋工程結構與一些需要電磁波穿過的工程結構里比較長用；三種是將碳纖維經過加工而變成一束一束的形狀或者像繩子那樣的形狀，主要可以在需要進行拉索的一些較為大型的土木工程；四種可以在新建結構中使用，使用時主要是將它與混凝土結合從而制成有用的混凝土板或者是大跨梁等，這樣的混凝土板有高的強度，并且質量非常輕便；若將它放在有關公路的一些工程，便能提高公路的質量；通常我們也會使用碳纖維做織物，然后便可進行修補與二次固定。

3.2 國內

由于我們國家比較落后，因此CFRP加固修補混凝土結構這項技術在我國應用比較遲，但是之后又進行了研究，現在已經呈現出上升局勢。之前只有國家工業建筑診斷與工程技術研究中心這一個單位愿意對CFRP加固修補混凝土結構技術進行研究，隨著之后的發展，慢慢才在一些**的大學嘗試進行研究，主要參與的學校有清華大學、同濟大學、天津大學、東南大學、大連理工大學等，并且它們在板、梁、柱等的模型實驗、加固施工工藝及加固性能評價這三大方面**了非常大的成果，在民用建筑、橋梁和隧道還有公路工程已經開始使用，并且發現運行的非常好。纖維增強材料加固混凝土結構規范這項研究慢慢有單位開始研究了，這是值得開心的事情，這個課題現已成為建設部研究的，但是它還在起步階段，需要經歷很長的路。

4 CFRP增強材料在室內裝修改造中的應用實例一

CFRP增強材料有環保、耐磨的特點，現今被應用在房間裝修或改造的也屢見不鮮。當房主不喜歡事先準備好的房子的構造時，便可根據自己的想法設計房子，但是若是拆掉某一個承重墻這是非常危險的，這時只有我們的碳纖維材料能夠解決這項難題。

房間裝修時，碳材料的使用地點有以下幾個：一個是可以做非承重墻的簾墻板，它是種不易變老并且機械性強的質量較輕的板，通常是在高樓大廈或者海邊建筑物中使用。二個是作為房頂防水的涂層，通常會將它涂在房頂的表面，這樣會防止房頂風化和有效地減少房子露水的現象的發生，同時我們的房子也不失美觀。三個是電磁屏蔽板和導電板，一般利用碳纖維較高的導電性能快速的消除一些靜電，主要包括來自大氣的放電和雷擊的靜電。四個是可以用在防止墻外表被腐蝕，可以增強地板的使用時間等。五個是在開門洞的應用，利用碳纖維布未進一步的固定。下面是碳纖維關于房間內部裝修改造的一個例子。