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摘要：碳纤维混凝土(carbon fiber reinforced concrete)，简称CFRC，是一种集多种功能与结构性能为一体的复合纤维材料，。它主要是在普通混凝土中添加少量一定形状的碳纤维和超细添加剂(分散剂、消泡剂、早强剂等)。和普通混凝土相比，它不仅具有混凝土本身的力学性能，还具备很多优良的特性。研究表明：碳纤维掺量对混凝土的劈裂抗拉强度影响显著但是对混凝土的抗压强度影响甚小。同时，碳纤维在加固混凝土结构中具有高强高效、施工便捷、耐腐蚀、自重轻、不增加结构尺寸等明显的优点而深受工程界的重视和推崇。
关键词：碳纤维混凝土；力学性能；劈裂抗拉强度；应用
1引言
混凝土是目前全世界应用最为广泛的建筑材料，它的特点是取材方便、易成型、整体性强、可膜性高、耐久性和耐火性好，价格便宜，与钢材复合可以制成各种承重结构。但不可否认，混凝土也有显著的缺点，比如：抗拉强度低、抗裂性大、结构自重大等。随着建筑技术的不断发展壮大，这些缺点正被克服和改进，人们对高性能混凝土有着迫切的需求，其中，被称为“梦幻材料”的碳纤维混凝土由于其突出的力学性能而被人们关注，并很好的应用于工程当中。
2 碳纤维混凝土的力学性能
2.1碳纤维对混凝土抗压强度和劈裂抗拉强度的影响
根据林王建、杜向琴的关于碳纤维增强混凝土的劈裂抗拉强度和抗压强度试验，结果如下表：
试验结果显示，混凝土的耐磨性能随着碳纤维的含量的增加得到显著的提高。原理是在掺入碳纤维之后，由于碳纤维内部的阻裂效应，均匀分布的大量纤维限制了混凝土早期不同比重物质的相对运动，从而减少了混凝土的沉降和泌水，进而抑制了裂纹的引发，减少了裂缝源的数量，从而减少了裂缝尖端的应力强度因子，缓和了裂缝尖端受力的集中程度；同时在受力过程中抑制了裂缝的产生与发展，最终使混凝土的耐磨性能得到明显的提高。
2.3碳纤维对混凝土抗折强度
杨洪生、赵国才的试验表明，碳纤维能较大幅度的提高混凝土的抗折强度，尤其是对混凝土早期抗折强度的影响更为显著。
在混凝土中加入适量的短切碳纤维，不仅可以提高混凝土的抗拉强度和劈裂抗拉强度，还可以提高混凝土的抗弯强度、抗折强度和抗冲击性能，降低干缩率，改善耐磨性能，提高混凝土的减震能力，改善新旧混凝土之间的粘结强度并提高砂浆与砖的粘结强度，因而在实际工程作业中具有很大的应用价值。
3 碳纤维在混凝土中的应用
3.1用作混凝土的增强材料
碳纤维混凝土的发明受到了钢筋混凝土的启发，与素混凝土相比，碳纤维增强混凝土不仅质量低，抗拉强度、抗折强度和耐磨性能还得到了成倍的提高；绝热性能好，能有效地防止高层建筑中的高等级防水结构龟裂现象的发生。
3.2用碳纤维取代传统钢筋
目前，很多基础设施面临的最主要的问题就是自身混凝土的开裂、钢筋的锈蚀膨胀导致混凝土进一步的开裂。某项最新的研究表明，在超高层建筑，大跨度建筑和桥梁设计中，当复合纤维材料的强度和普通的钢筋强度相同时，使用复合纤维材料可以将成本降低50%。用碳纤维代替钢筋，还可以消除氯离子对钢筋混凝土的侵蚀劣化作用。
3.3碳纤维在混凝土动力耗散中的应用
有关试验表明，纤维编织复合材料在衰减动力波的传递方面效果显著，利用中空碳纤维的纳米孔洞效应和波动特性，可以强力的衰减混凝土结构中的弹性波和声波；这项研究试验在对建筑物的降噪减震、桥梁的减震和道路的降噪消能方面有深远的意义。
3.4碳纤维在混凝土加固中的应用
在现有建筑中，有不少建筑物、构筑物，由于当时设计荷载标准偏低造成历史遗留问题，或是由于使用功能的改变，或因为其他各种原因难以满足当前规范使用的需求，而不得不对已有建筑进行维修、加固。在碳纤维加固技术问世之前，我国一直延用传统加固方法，其具体加固方法有：加大截面法、外包钢筋加固法、粘钢加固法、加大混凝土截面等方法来达到混凝土加固效果。在“碳纤维加固技术”问世之后，这一种新型加固技术迅速占领建筑市场，几乎将传统加固方法取而代之。
图 1 碳纤维布
碳纤维加固技术受欢迎的原因是碳纤维在形态上比人的头发丝还要细100倍，密度不到钢的1/4，但刚度却是钢的4倍，抗拉强度则是钢的7~9倍。碳纤维材料的特点是重量轻、耐腐蚀性好、具有高强度和高弹性模量等，和普通钢材相比，某些高弹性碳纤维的弹性模量高达两倍以上，且具备良好的耐久性和施工性能，更可贵的是它还具备纤维的柔软可加工性，因此即使是那些表面不是非常平整的结构，被加固之后有效粘帖率也基本可以达到100％，但钢板的有效粘贴面是很难达到100％的，验收时也只要求有效粘贴面达到70%即可。除此之外碳纤维材料自重小，加固修补原结构后基本不增加自重和原构件的尺寸，既免除了粘贴钢板所带来的视觉上的粗糙感又达到了较之更好的加固效果。另外，采用碳纤维加固法，可极大限度的提高建筑物的使用寿命，降低整体加固成本。因此，碳素纤维作为本时代的一种补强材料，而备受社会大众的青睐和关注，碳纤维加固技术已成为了当之无愧的加固技术中的王者。
4 结语
碳纤维混凝土由于其出色的力学性能而进入大众的视线中，并广泛应用于工程中，之前由于碳纤维混凝土的产量低价格高而制约了它的发展，但是如今，随着科学技术的提高和进步，碳纤维混凝土的性价比将会很快被大众所接受。在碳纤维混凝土的各种应用中，碳纤维加固技术是最为突出的一项应用，相信随着建筑技术的不断发展壮大，这种技术必将成为未来结构加固的主流技术。
参考文献：
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论文作者:冯丹,李阳,赵修彬,于亚利,韩少杰
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第18期
论文发表时间:2018/10/31
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