【专业讲堂】碳纤维在建筑工程中的应用
在过去的几十年里，建筑领域正按照一种普通人无法解释的方式在发展。这是因为有了新的发现和新的技术，科学家们能够发明出从未想过的新型材料。碳纤维就是这样一种用途广泛的材料。在这篇文章中，我们将讨论碳纤维如何促进世界建筑业发展。
为何碳纤维能够取得如此高效的应用，我们首先就要确定哪些因素有助于碳纤维获得广泛应用。碳纤维具有高刚度、高拉伸强度、高耐化学性、耐高温、低热膨胀等多种性能。这使它们成为土木工程中最受欢迎和使用的材料之一，其强度是钢的五倍，但重量更轻，我们不妨将其称之为材料界的“超级英雄”。
碳纤维具有很高的拉伸强度，并且其尺寸非常坚固。事实上，碳纤维是最坚固的材料。与玻璃纤维相比，碳纤维具有较高的弹性模量和疲劳强度，是建筑业的理想材料。考虑到使用寿命，有人认为碳纤维增强聚合物比芳纶纤维和玻璃纤维具有更大的潜力。碳纤维增强聚合物还具有高度的耐化学性和耐高温、低膨胀和耐腐蚀性。现在让我们看看碳纤维是如何在建筑中使用的。
碳纤维在建筑结构修复中应用
对于钢筋混凝土或预应力混凝土结构，一种新的修复技术涉及使用外部粘结FRP（纤维增强塑料）层压板。与钢板粘合类似，FRP层压板粘合包括用热固性树脂将薄的柔性纤维板粘合到混凝土表面。这项技术可用来提高梁和板的抗剪和抗弯能力以及增加柱的约束。该系统不会给结构增加显著的恒载，受腐蚀较小，可在相对较短的时间内安装。
近表面贴装FRP筋的应用是提高抗弯和抗剪强度的另一项有前途的新技术。与表面粘贴的FRP层压板相比，使用近表面安装的FRP杆的好处是可以将杆锚固到相邻的构件中，并且安装时间更少。这种方法的另一个好处是，对于板和桥面负弯矩区域的弯曲加固特别有吸引力，因为在这些区域，外部加固将受到机械和环境损害，需要保护层，这可能会干扰地板饰面的存在。
上述技术也可用于桥梁维修。目前修缮和修复的建筑趋势强调了为这些现有结构提供额外强度的必要性。对于一些遇到使用变化或降级问题或设计/构造缺陷的结构通常需要一定程度的加固。
碳纤维在预制混凝土中的应用
这一领域相对较新但发展迅速。从2003年开始，预制混凝土中的碳纤维大量生产。现在在北美它是一种非常常见的预制构件材料。碳纤维格栅用于面板表面，以代替钢筋网，并作为与混凝土墙内外部分的机械连接。无腐蚀性的碳纤维格栅加强了墙板表面，减少了混凝土的使用，从而减少了重量和原材料的使用。碳纤维格栅加筋墙板比传统预制板轻40%左右。
它被用作一个剪切网格来连接夹芯墙板的内外混凝土，形成一个完全结构复合的、热效率高的单元。双T形板采用碳纤维格栅作为补强材料，取代传统的钢筋网。用碳纤维网格代替焊接网格可以减轻板的重量，减少对化学品的保护。
碳纤维在桥梁施工中的应用