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良性能， 自它誕生之日起就一直受到人們的關注。近兩年， 國家采取擴大內需保增長政策， 全國各地都加大了基礎設施建設力度， 每年混凝土用量數十億立方米， 規模之大， 耗資之巨， 居世界之首。 隨著現代材料科學的不斷進步， 混凝土已逐漸向高強、 高性能、 多功能和智能化方向發展， 用它建造的混凝土結構也趨于大型化和復雜化。 然而混凝土材料的固有缺陷是脆性大，在使用過程和周圍環境的影響下不可避免地會產生微開裂和局部損傷，而且混凝土的損傷通常是逐漸積累發展的， 從而會導致混凝土結構的最終破壞。 為了改善混凝土抗拉性能差、 延性差等缺點， 可以通過在原材料中摻加各種纖維的辦法來配制纖維混凝土。目前， 在工程中應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， 又稱為碳纖維增強混凝土， 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％以上的高強度、 高模量、 耐高溫纖維， 它重量輕 （密度約 1.8kg/m3）、 強度高、 尺寸穩定、 抗疲勞阻尼特性好、 耐高溫、 耐酸堿腐蝕、 有導電性、 抗蠕變、 可傳熱、 熱膨脹系數小，既可作為結構材料承擔荷載，又可作為功能材料發揮作用。 它強度比鋼的大、 密度比鋁的小、 比不銹鋼還耐腐蝕、比耐熱鋼還耐高溫、 又能像銅那樣導電， 具有許多寶貴的電學、 熱學和力學性能的新型材料。碳纖維能顯著提高混凝土的 （抗拉、壓、彎） 強度， 韌性、 延性、 抗沖擊疲勞性能和變形模量。

　    由于碳的單質在高溫下不能熔化(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抽成碳纖維， 只能采用一些含碳的有機纖維(如尼龍絲、腈綸絲、人造絲等)作原料，將有機纖維與塑料樹脂結合在一起，放在稀有氣體的氣氛中， 在一定壓強下強熱碳化而成。 現在市場上生產銷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長的纖維的克數， 一般僅約為 19 g;碳纖維的拉力高達 300 kg/mm2， 同時還具有耐高溫、 耐腐蝕、 導電、 傳熱、膨脹系數小等一系列的優異性能。目前幾乎沒有其他材料能像碳纖 維一樣具有如此多的優異性能。

三、碳纖維在混凝土中的加固作用

　　1高抗拉強高彈性模量

　　碳纖維是一種柔性材料，可任意剪裁，設計自由度大，經粘貼后其抗拉強度超過普通鋼板的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，在加固修補混凝土結構中可以充分利用其高強度、高彈性模量的特點來提高混凝土結構及構件的承載力和延性，改善其受力性能，達到加固修補的目的。

　　2施工方便，工作效率高

　　無需大型施工機具和輔助機械、模板，施工占用場地少，無濕作業，能適應各種結構外形的補強而不改變構件外形尺寸，操作簡單，施工速度快。據有關資料統計，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

　    碳纖維材料化學性質穩定，不與酸、堿、鹽等化學物質發生反應，且還可以防水，可長期經受核輻射和紫外線照射，在-52～82℃溫度環境條件下使用，強度不降低；并易與外加防火涂層后有效地防火，可大大增強結構對惡劣外部環境的適應能力，如可免去了粘鋼加固所需的定期防銹維護，節省維護費用，延長結構壽命。

　　4不增加結構自重

　    碳纖維材料重量輕（僅為200～300g/m2），厚度小，經加固修補后的構件，不會增加結構體積，基本上也不增加原結構的自重及尺寸。

　　5不影響結構外觀

　　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層厚度，對防止混凝土鹽害侵蝕有較大作用，同時，不影響結構的外觀。

　　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，碳纖維片高強模量的特性還約束了混凝土結構裂縫的生成與擴展，改變了裂縫的形態，使寬而深的裂縫變成分散的細微裂縫，從而提高了混凝土的整體剛度。
 
　　7適用范圍廣

　　可用于不同結構類型(如建筑物、構筑物、橋梁、隧道、涵洞等)、不同結構形狀(如矩形、圓形、曲面結構等)、不同材料的構件如混凝土結構、木結構、鋼結構等)加固，也可用于構件的不同部位(如梁、板、柱、節點、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勢，如透電磁波、絕緣、隔熱等。

四、碳纖維混凝土的應用研究

　　碳纖維智能混凝土在今后將得到更加廣泛的應用，但就目前來講， 碳纖維混凝土的廣泛應用還受到很多限制。因此， 加強碳纖維混凝土的應用研究，對其應用過程中存在和出現的各種問題進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的分散均勻性。 美國在 20世紀 70 年代就開始研究用于自動撕開纏裹成團的鋼纖維，并以均勻而又可以調節的速度將纖維送進混凝土攪拌裝置。國內也做過大量這方面的試驗研究，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、 配合比設計、 拌合和澆注等方面著手提高纖維混凝土各項性能。（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度的前提下， 通過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， 開發更實用的智能混凝土。（5）完善碳纖維生產工藝， 降低碳纖維價格， 從而降低建設成本。
　　
五、結語

　　綜上所述，工民建混凝土結構構件出現裂縫，是目前建筑工程施工中較為普遍的現象，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構應用于工民建筑中，由于其具有施工簡便、耐久性好、抗腐蝕、不增加結構自重、原結構的影響較小、能有效封閉混凝土裂縫等優點，可有效提高工民建混凝土結構的承載能力和抗疲勞性能，增強結構的抗震能力，綜合加固效果顯著。且隨著碳纖維材料成本的降低及國內外研究的不斷深入，該項技術在工民建混凝土結構加固領域中的應用會越來越廣泛，具有廣闊的發展前景。