河南省安阳市第一中学 河南安阳 455000
摘要：CFRP也就是所谓的碳纤维增强复合材料，相比于其他建筑材料，其自重较轻、耐腐蚀性更强、抗拉强度也更高，目前阶段随着CFRP技术的不断发展，其在土木工程中的应用也日益增加。基于此，本文主要针对CFRP在土木工程中的实践及价值进行探讨，对目前阶段CFRP人工复合材料在土木工程中应用时出现的问题进行深入的分析，并提出相应的改善措施。
关键词：CFRP；土木工程；实践及价值；探讨分析
前言：目前阶段，土木工程中最主要的建筑结构形式还是混凝土结构，但是由于现阶段混凝土结构运用的更多的还是传统的建筑材料，因此就导致其十分容易出现钢筋锈蚀、混凝土碳化等现象，因此就导致混凝土结构存在结构耐久性和抗疲劳性不好的问题，尤其是处于侵蚀性和暴露环境下的混凝土结构受损更加严重．每年用于桥梁维修和加固的资金巨大。而碳纤维复合材料CFRP（Carbon Fiber Reinforced Polymer）的出现则可以很好地解决这些问题，其相比于传统的建筑材料具有材质轻、刚度好、比强度高、比模量高、耐高温、抗疲劳性能好的优点。因此相关的管理部门应对碳纤维复合材料CFRP的应用进行大力推广，进而对土木工程的建设质量进行有效地提高。
一、CFRP的技术特点
与传统加固技术相比，CFRP技术具有以下优势。第一，其强度高、质地轻。碳纤维复合材料的密度虽然只有钢材的五分之一左右，但是其强度却是钢材的八到十倍，而且由于碳纤维布质量轻且厚度薄，所以使用其对损坏的构件进行加固修复，基本上不增加结构的重量，而且建筑物的使用空间也不会受到影响；第二，其具有良好的耐久性。碳纤维复合材料作为良好的绝缘材料，其自身具有良好抗腐蚀的能力，因此这种特性就会使得结构的耐久性得到有效地提高；第三，其具备良好的耐疲劳性能。大部分金属的耐疲劳强度通常只有其拉伸强度的40％～50％，而CFRP材料的疲劳强度为其拉伸强度的70％～80％，因此其耐疲劳强度远强于金属；第四，其减震性能也远强于其他建筑材料，相比较而言CFRP自振频率较高，因此就可以有效地避免早期共振情况得出现，同时由于其内阻较大，就算是发生激振，也会发生快速地衰减；第五，相比于其他加固技术，CFRP技术的适用面广、便于施工[1]。
二、CFRP增强塑料在土木工程中的应用现状
2.1CFRP增强塑料在国外应用现状
将短切碳纤维运用到新型混凝土材料的研制中，进而制成碳纤维混凝土，运用碳纤维长丝制成棒材，在新型混凝土中代替钢筋用于新建结构；将碳纤维加工成束状或绳状，如何将其用于大型土木工程的拉索或悬索结构仍然是目前阶段急需解决的课题；在新建结构中与混凝土做成预制混凝土板或大跨梁、架等，相比于其特材料建造的，其将会具有更高强度、更强耐腐蚀性及更优良的耐久性能；将CFRP增强塑料应用于各种公路路面工程中，将可以对公路的质量及耐久性进行有效地提高；将碳纤维做成布织物或织物，用于结构加固修补有大量的工程应用萁技术已基本成熟。美、日等发达国家在上世纪80年代就已经开始对CFRP在混凝土结构加固修补中的应用进行研究，20世纪80年代末及20世纪90年代初，日本的众多大学、科研机构材料生产厂家相继大量进行了CFRP用于结构加固修补的研究。由于CFRP具备优异的力学性能以及良好的耐腐蚀性和耐久性，而且施工工艺简单，所以很快就受到相关技术公司的认同。目前阶段，国外的发达国家不仅将碳纤维材料成功地应用于新建的土木工程领域，建筑业的各个领域也都有运用。不仅CFRP增强塑料用于非预应力状态，而且也将其用于预应力状态。根据国外的相关调查资料显示，由于世界各大碳纤维厂商相继大力推进CFRP在土木工程中的应用，今后数年碳纤维材料在土木工程中运用的年增长率将达到20％以上。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
2.2CFRP增强塑料在国内应用现状
目前阶段，CFRP加固修补混凝土结构技术在我国土木工程中的相关应用，还仅仅只是加固修补混凝土结构技术的研究。其在我国的发展呈现不断上升的趋势，虽然最初阶段仅有国家工业建筑诊断与工程技术研究中心对其进行相关的研究，但是，时至今日，清华大学、同济大学、天津大学、东南大学、大连理工大学等十余家高等学校和科研设计单位也已经投入到相应的研究中，国产和进口碳纤维织物通常大都是用来加固混凝土构件，主要包括板、梁、柱等的模型实验、加固施工工艺。目前阶段我国相应的研究已经取得了实质性成果，而且已经在工业与民用建筑、桥梁与隧道以及公路工程中得到具体的应用，且收到了良好的效果。而且该课题也已经列入到建设部研究开发课题及国家科技部“九五”重点攻关课题虽然现阶段这项工作还只是处于起步阶段。但是自1997年5月，国家工程中心已经相继进行了大量的实验，并取得了大量有价值的实验数据，进行了多项工程的试点与推广[2]。
三、目前存在的问题
3．1力学研究方面的问题
CFRP加固混凝土结构的技术的相关研究开发虽然已经有了很大的进展，但是，截止目前阶段，其仍然还存在一些问题有待解决。尽管相关的技术人员已经对加固结构的力学性能进行了一定的研究，但是在系统的理论分析和数值计算方面的研究却很有限。而这些理论对于加固技术的进一步发展是必不可缺。CFRP加强混凝土结构的破坏模式，钢筋屈服一CFRP断裂破坏、钢筋屈服一混凝土压碎、混凝土受压破坏和CFRP板于混凝土面的黏结破坏等各类破坏特比尚需深入研究。虽然目前阶段相关的工作人员已经对CFRP加强构件的弯曲、剪切延性、刚度能力等几方面性能进行了相应的研究，但是有关它们的综合因素对加固材料的登记、数量以及施工工艺的影响的研究尚欠缺。
3．2尚待解决的技术关键：
首先是材料的国产化问题方面的研究。尽管目前阶段国外已有多种定型的碳纤维材料产，但是我国相关的开发应用不能只依靠进口产品。从降低加工成本及发展民族工业方面来讲，材料国产化是必须的条件，目前国内的PAN基碳纤维强度一般在2000～3000Mpa之间，弹性模量在2．1x105Mpa左右，其性能基本上能够满足相关的加固要求，但是在预浸料的生产和加工成品的质量方面仍有较大的欠缺均匀性也较差；其次则是CFRP加固修补睫用的技术方面的研究，这主要体现在国内相应标准与规程的制定上，尽管国外—些国家已有了较完善的标准和规程，但是其并不能满足我国现阶段CFRP加固技术的发展。因此我国相关的管理部门应及早制定出自己符合我国现阶段发展的相关标准[3]。
四、相应的解决措施
无论是什么行业想要发展，首先必须具备优秀的人才，因此相关的管理部门应加大对CFRP技术人才的培养力度，对相关的工作人员进行定期的培训，进而对其综合业务素质进行地提高。除此之外，国家方面还可以出台一些相应的奖励政策，吸引更多的人才从事这个行业；其次相关的财务管理部门应增加CFRP技术研发的相关费用，进而确保相应的科学研究都能够得到充足的财力支持。同时还应派遣相关人士去海外进修，学习海外的有关技术，而且对于成绩优异的人还要给予一定的奖励；再者相关的管理部门还应对土木工程施工建设当中所使用到材料的基本特征进行明确，通常情况，CFRP增强塑料的特点以及力学性能碳纤维是具备优质的物理力学性能的新材料，也是现在性能最好、用途最广的增强纤维[4]。
五、CFRP技术的研究动态
根据大量的研究显示，CFRP加固技术可以对结构的受力性能进行有效地改善，进而其使用寿命也能得到相应的提高，但是为了使这项技术变得更加完善，推广这项技术在工程上的应用，相关的工作人员还需要进行以下几方面的研究：第一，构件被加固后，将只会出现粘结破坏的情况，而且其造成其出现问题的因素也比较复杂，目前阶段，关于这方面问题的研究还较为欠缺，因此，相关的工作人员应加强这方面的技术研究；第二则是技术的标准化工作的完善。虽然目前我国的碳纤维加固技术已经发展的较为完善了，也相继出台了各种管理的规范，但还是存在标准与规程不完善的情况，这将会使得该技术在国内的发展受到严重的影响，因此我国必须尽快拟定该项技术的标准与规程，进而确保材料的生产、使用、检验、加固设计、工程施丁与验收等一系列工作都能有章可循；第三则是预应力CFRP技术的研究应用方面的问题。虽然说CFRP具有较强的抗拉强度，但是其弹性模量却很低，这就会导致其高强的性能不能得到的充分发挥，因此相关的技术人员需要对CFRP在粘贴之前进行预张拉，进而才能解决其弹性模量低的缺点；第四CFRP加固构件的耐久性方面的研究。目前阶段国内外对采用CFRP对构件的加固，大多都还停留在短期加固方面的研究，而对使用CFRP加固构件的长期耐久性的研究却还很欠缺，因此，为了能够更好地运用这项技术，相关的技术人员必须对CFRP加同构件的耐久性进行更加深入的研究；第五，CFRP加固构件在特殊环境中的应用研究。CFRP虽然具备良好的性能，但是其自身也存在一定的限制，如其防火性能较差，因此相关的工作人员CFRP加固结构的耐火极限和防火设计方法以及在特殊环境（高温、低温、冻融、潮湿等）和特殊荷载（冲击荷载、重复荷载等）作用下的性能进行更加深入的了解，进而有效地解决这些问题；第六，碳纤维棒材的使用。其与碳纤维布类似，相对于钢筋其性能更优秀，其耐腐蚀，非磁性更是远远强于钢筋，因此，目前阶段在国外已经有研究机构在研究使用碳纤维棒材代替钢筋在混凝土构件中的应用，这样混凝土结构就不会遇到耐久性的问题[5]。
结束语
随着CFRP加固修复混凝土结构技术的出现，土木建筑领域加固改造技术也随之迎来了重大的变革，相比于传统的技术，采用碳纤维加固修复混凝土结构技术将更优越、更有效率和更方便经济，其不仅可以有效地解决传统的加固方法中存在的技术问题，还能给相关企业带来更高的经济效益。CFRP加固修复混凝土结构技术研究开发成功之后，不仅为碳纤维材料及其它高性能纤维材料应用于建筑行业打下良好的基础，而且还会使得我国碳纤维高技术领域得到快速发展，促进行业技术进步，也为土木工程拓宽了领域，同时也会对我国经济的发展起到良好的促进作用。
参考文献
[1]曹植.探析预应力CFRP技术在土木工程中的应用[J].智能城市，2016（9）.
[2]韩庆华，芦燕，等.CFRP 在土木工程中的应用研究[J].结构工程师，2014（5）.
[3]金春花，徐小丽.CFRP加固土木工程结构的现状及分析[J].科技信息，2012（13）：30-30.
[4]程立峰.CPRP复合材料在土木工程中的应用问题及对策分析[J].门窗，2014（9）：73-73.
[5]刘益，赵金.浅析碳纤维复合材料（CFRP）在土木工程加固中的应用[J].中国西部科技，2012，11（4）：49-50.
论文作者:鲁煜轩
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第35期
论文发表时间:2018/5/10
标签：碳纤维论文; 土木工程论文; 技术论文; 耐久性论文; 阶段论文; 构件论文; 混凝土论文; 《建筑学研究前沿》2017年第35期论文;