碳纖維加固在各大領域中的應用

　碳纖維的加固應用

　　到目前為止，碳纖維片材在混凝土結構受彎構件的受彎加固、受剪加固和柱的抗震加固中研究和應用最多，相應計算理論也較為成熟。在受彎加固時，應使碳纖維的纖維方向與受拉區的拉應力方向一致，在受剪加固時，應使碳纖維的纖維方向與混凝土中主拉應力方向一致，但為了施工方便，可采用纖維方向與構件縱軸垂直的方法進行加固，抗震加固時，應使碳纖維布封閉纏繞在柱上，可以較好地提高抗震性能，除此以外，碳纖維也可沿構件軸向粘貼用于受拉構件的加固、沿環向粘貼用于軸心受壓構件的加固，在受彎加固時，也可采用對碳纖維施加預應力的方法以提高加固效果，碳纖維也可用于剪力墻，以及殼體、筒倉、煙囪等特種結構的加固，這些加固方法經研究表明是有效的。

　　土木工程中的應用

　　將短切碳纖維加入新混凝土中，制成碳纖維混凝土用于新結構已有一定的工程應用，將碳纖維長絲制成棒材，在新混凝土中代替鋼筋用于新建結構，主要用于海洋工程結構及需電磁波透過的工程結構，將碳纖維加工成束狀或繩狀，用于大型土木工程的拉索或懸索結構，該方面應用在錨具連接上尚未能很好地解決，仍有一定的應用。在新建結構中與混凝土一起做成預制混凝土板或大跨梁、架等，具有強度高，質量輕和耐腐蝕及耐久性等優點，已有部分工程應用，應用于各種公路路面工程中，可以極大地提高公路的質量及耐久性，已有較多的工程實例，將碳纖維做成布織物或織物，用于結構加固修補，有大量的工程應用，其技術已基本成熟。

　　國內應用

　　碳纖維加固修補混凝土結構技術在我國起步較晚，但最近幾年系統的對碳纖維用于加固修補混凝土結構技術的研究也呈現不斷發展的趨勢，最初僅有國家工業建筑診斷與工程技術研究中心一個單位，相繼有清華大學、同濟大學、天津大學、東南大學、大連理工大學等十余家高等學校和科研設計單位嘗試地進行過國產和進口碳纖維織物加固混凝土構件主要包括板、梁、柱等的模型實驗、加固施工工藝及加固性能評價等方面的研究，已經取得了實質性成果，并在工業與民用建筑、橋梁與隧道以及公路工程中得到具體的應用，收到了良好的效果，現在部分單位著手從事纖維增強材料加固混凝土結構規范的研究。該課題已列入建設部研究開發課題及國家科技部“九五”重點攻關課題。目前這項工作還處于剛剛起步階段。自1997年5月，國家工程中心已制作了一些試件，分為20余個工況，取得了構件抗彎、抗剪和抗壓等一些有價值的實驗數據，進行了多項工程的試點，相信碳纖維增強材料在國內將有廣闊的發展前景。

　　目前國內的PAN基碳纖維強度一般在2000～3000Mpa 之間，彈性模量在2.1x105Mpa左右，其性能基本滿足加固要求，碳纖維加固修復混凝土結構技術研究開發成功后，將會給土木建筑領域加固改造技術帶來重大變革，采用碳纖維加固修復混凝土結構技術將比以往從傳統的技術更優越、更有效率和更方便經濟，可以解決傳統的加固方法不能解決的技術問題，具有重大的經濟和社會效益。碳纖維加固修復混凝土結構技術研究開發成功，將為碳纖維材料及其它高性能纖維材料應用于建筑業打下深厚的基礎。