浅谈碳纤维加固技术与碳纤维发展前景
时间：2020-12-09 20:00:59 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘 要：自1997年我国引入碳纤维加固技术以来，碳纤维加固技术马上就成为了工程界关注的热点，桥梁、隧道、涵洞等各项建筑物都随着碳纤维加固技术的发展不管的提升质量，碳纤维加固技术可以有效的提高已有构件的强度和刚度，并且基本上不会增加已有构件的尺寸和自重，而其耐腐性和施工过程的简易程度也是传统技术所不具备的。从2013年全国首条绞合碳纤维芯铝绞线建设成功以后，我国开辟了碳纤维又一个重要的实际应用领域，中国化学纤维工业协会会长端小平表示“近年来碳纤维在众多工业领域得到了成功应用，说明碳纤维应用有广阔的市场空间。”
关键词：碳纤维；碳纤维加固技术；碳纤维应用
碳纤维加固技术对桥梁、隧道、涵洞的受力状态的改变和完善构架的使用性能都有着显著的作用。而对于碳纤维的应用也随着碳纤维加固技术的发展不断的推陈出新。利碳纤维材料优异的抗拉强度，达到增强架构承受能力和刚度的目的。碳纤维加固技术可直接用于桥梁、隧道等工程的混凝土结构抗弯、抗剪加固，同时也可以广泛的用于各行各业的建筑和构造中，增强建筑物防腐、防震的效果。
1 碳纤维加固技术
1.1 碳纤维加固的原理
碳纤维在桥梁工程的使用方面最为广泛，其加固方法的基本原理就是将抗拉强度极高的碳纤维用环氧树脂预浸成为复合增强材料，用环氧树脂粘合剂沿着受力方向或垂直于裂缝方向粘贴在要不强的结构上，形成一个新的复合体，从而让增强材料与原有构架共同受力，增大建筑架构的抗裂能力，从而提高结构的强度、延展性和抗裂性等。
1.2 碳纤维加固的特点
碳纤维的材质决定了碳纤维的用途，碳纤维所独有的自重决定了施工的方便快捷，同时碳纤维基本上不会增加结构的载重负荷，碳纤维的强度较高，可以用于抗裂加固、封闭箍等，碳纤维的柔韧性也是它的特点之一，碳纤维不受结构外形的限制，耐久性相對大于其他材料，并且抗腐蚀和对抗恶劣天气的能力较强，所以在混凝土构件、钢结构等领域应用广泛。
1.3 碳纤维加固受力特点分析
①碳纤维布有单向纤维布、单项碳纤维交织布、双向碳纤维交织布等多种，可以根据结构具体的受力情况及部位的不同选择相应的碳纤维布进行加固；②沿着建筑物的主要拉力方向或垂直于裂缝的方向使用碳纤维布，把碳纤维布的两端分别用锚固定，可以有效的防止裂缝进一步扩大，提高架构的抗弯度，有效的减少架构裂缝的受力，明显的改善建筑物的受力状况；③碳纤维布加固后的建筑架构破坏形式变成了脆性破坏，其极限承载能力的状态要按照碳纤维抗拉强度的2/3进行抗弯承载力计算。
2 碳纤维应用
碳纤维对传统的钢铁、铝材等材料都有着很大程度的取代空间，也是碳纤维现阶段发展的主要动力之一，由于碳纤维材料有着优异的抗腐蚀、耐高温以及自重较轻等性能，碳纤维材料的市场前景可以说是非常广阔，所使用的领域也包括大到航天航空，小到体育商品及生活家居等。
碳纤维被誉为21世纪的“新材料之王”，具有优异的性能，其质量不到钢铁的四分之一，但抗拉强度却是钢材的九倍之多，并且具有良好的柔韧性、延展性和耐高温、抗腐蚀的优点。进入21世纪以来，碳纤维在汽车、建材、体育用品上的使用显著增多，汽车和航天器在轻量化上取得的进步很大程度上都依赖于对碳纤维的使用，在汽车轻量化的同时也保护了环境、减低了能源损耗。据调查，在成本对等的情况下，一般用户更愿意选择性能更好的碳纤维产品，所以碳纤维发展的优势就在于相对于传统材料来说，具有更低的成本。2008年我国实现了T300碳纤维的量产化，2012年更是成功实现了T700级碳纤维的量产实验，这也让我国成为了世界领先的碳纤维研发国家，极大的降低了碳纤维的产出成本。同时伴随着成本降低出现的趋势就是在汽车、航天器材、大型机械设备和日常体育用品中，碳纤维的应用越来越广泛，预计到2020年全球碳纤维的刚需达到13万吨/年。虽然我国的碳纤维研发一直处于世界一流水平，但是许多对于碳纤维生产和使用方面还处于空白，碳纤维的应用领域也需要很大的填充，与国际一流的生产、使用水平还存在一定的差距，这也导致了我国国产的碳纤维产品除去高端行业，在日常生活用品中的市场规模占比较小。因此，提高碳纤维产品的品质和碳纤维产品的日常化是现阶段必要的工作之一。在十九大之后国际大力提倡发展自主品牌，鼓励企业掌握核心科技，随着我国核心技术的发展，未来国产碳纤维将逐渐的替代进口碳纤维产品，正在的实现自给自足。随着世界范围内碳纤维产品的使用量飞速增长和产品价格的持续下降，预计到2020年，我国工业领域的碳纤维使用量将达到碳纤维需求量的75%。特别是大丝束碳纤维的大规模量产，碳纤维大丝束价格不断的降低。发达国家的碳纤维在航天航空和工业化的应用占比达到了22%和61%。而我国碳纤维所占比重则更多的倾向于体育休闲产品的生产和应用。消费的主要商品大多集中在价格相对较低的产业中，中国工程院院士将士成先生曾表示“要真正分享碳纤维产业这块大‘蛋糕’，应该着力加强产学研用结合，以企业为主体，联合高校和科研院所共同进行研发、创新，加强产业链开发。”
综上所述，虽然我国碳纤维材料的研发和碳纤维加固技术的起步时间较晚，但是传入我国的时机刚好，在我国的发展趋势较为迅猛。尤其是在目前我国很多建筑中存在老化严重、架构抗震、抗裂能力较低等问题，这些问题都极大的提高了碳纤维和碳纤维加固技术的发展。所以碳纤维市场和碳纤维加固技术还有很大的发展空间，并且将成为我国高端产品行业的新动力。
参考文献：
[1]赵彤，刘明国，张景明.抗震加固方法在国外的若干新发现[J].建筑结构，2001，31（3）.
[2]周朝阳，贺学军.连续纤维加固结构技术及其发展中的若干问题[J].施工技术，2003.
