碳纖維加固技術(shù)對(duì)橋梁、隧道、涵洞的受力狀態(tài)的改變和完善構(gòu)架的使用性能都有著顯著的作用。而對(duì)于碳纖維的應(yīng)用也隨著碳纖維加固技術(shù)的發(fā)展不斷的推陳出新。利用碳纖維材料優(yōu)異的抗拉強(qiáng)度，達(dá)到增強(qiáng)架構(gòu)承受能力和剛度的目的。碳纖維加固技術(shù)可直接用于橋梁、隧道等工程的混凝土結(jié)構(gòu)抗彎、抗剪加固，同時(shí)也可以廣泛的用于各行各業(yè)的建筑和構(gòu)造中，增強(qiáng)建筑物防腐、防震的效果。
1碳纖維加固的原理
碳纖維在橋梁工程的使用方面最為廣泛，其加固方法的基本原理就是將抗拉強(qiáng)度極高的碳纖維用環(huán)氧樹脂預(yù)浸成為復(fù)合增強(qiáng)材料，用環(huán)氧樹脂粘合劑沿著受力方向或垂直于裂縫方向粘貼在要不強(qiáng)的結(jié)構(gòu)上，形成一個(gè)新的復(fù)合體，從而讓增強(qiáng)材料與原有構(gòu)架共同受力，增大建筑架構(gòu)的抗裂能力，從而提高結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、延展性和抗裂性等。
1.2 碳纖維加固的特點(diǎn)
碳纖維的材質(zhì)決定了碳纖維的用途，碳纖維所獨(dú)有的自重決定了施工的方便快捷，同時(shí)碳纖維基本上不會(huì)增加結(jié)構(gòu)的載重負(fù)荷，碳纖維的強(qiáng)度較高，可以用于抗裂加固、封閉箍等，碳纖維的柔韌性也是它的特點(diǎn)之一，碳纖維不受結(jié)構(gòu)外形的限制，耐久性相對(duì)大于其他材料，并且抗腐蝕和對(duì)抗惡劣天氣的能力較強(qiáng)，所以在混凝土構(gòu)件、鋼結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。
1.3 碳纖維加固受力特點(diǎn)分析
①碳纖維布有單向纖維布、單項(xiàng)碳纖維交織布、雙向碳纖維交織布等多種，可以根據(jù)結(jié)構(gòu)具體的受力情況及部位的不同選擇相應(yīng)的碳纖維布進(jìn)行加固；②沿著建筑物的主要拉力方向或垂直于裂縫的方向使用碳纖維布，把碳纖維布的兩端分別用錨固定，可以有效的防止裂縫進(jìn)一步擴(kuò)大，提高架構(gòu)的抗彎度，有效的減少架構(gòu)裂縫的受力，明顯的改善建筑物的受力狀況；③碳纖維布加固后的建筑架構(gòu)破壞形式變成了脆性破壞，其極限承載能力的狀態(tài)要按照碳纖維抗拉強(qiáng)度的2/3 進(jìn)行抗彎承載力計(jì)算。
2碳纖維應(yīng)用
碳纖維對(duì)傳統(tǒng)的鋼鐵、鋁材等材料都有著很大程度的取代空間，也是碳纖維現(xiàn)階段發(fā)展的主要?jiǎng)恿χ�，由于碳纖維材料有著優(yōu)異的抗腐蝕、耐高溫以及自重較輕等性能，碳纖維材料的市場(chǎng)前景可以說是非常廣闊，所使用的領(lǐng)域也包括大到航天航空，小到體育商品及生活家居等。
碳纖維具有優(yōu)異的性能，其質(zhì)量不到鋼鐵的四分之一，但抗拉強(qiáng)度卻是鋼材的九倍之多，并且具有良好的柔韌性、延展性和耐高溫、抗腐蝕的優(yōu)點(diǎn)。進(jìn)入21 世紀(jì)以來，碳纖維在汽車、建材、體育用品上的使用顯著增多，汽車和航天器在輕量化上取得的進(jìn)步很大程度上都依賴于對(duì)碳纖維的使用，在汽車輕量化的同時(shí)也保護(hù)了環(huán)境、減低了能源損耗。
據(jù)調(diào)查，在成本對(duì)等的情況下，一般用戶更愿意選擇性能更好的碳纖維產(chǎn)品，所以碳纖維發(fā)展的優(yōu)勢(shì)就在于相對(duì)于傳統(tǒng)材料來說，具有更低的成本。2008 年我國(guó)實(shí)現(xiàn)了T300 碳纖維的量產(chǎn)化，2012 年更是成功實(shí)現(xiàn)了T700 級(jí)碳纖維的量產(chǎn)實(shí)驗(yàn)，這也讓我國(guó)成為了世界領(lǐng)先的碳纖維研發(fā)國(guó)家，極大的降低了碳纖維的產(chǎn)出成本。同時(shí)伴隨著成本降低出現(xiàn)的趨勢(shì)就是在汽車、航天器材、大型機(jī)械設(shè)備和日常體育用品中，碳纖維的應(yīng)用越來越廣泛，預(yù)計(jì)到2020 年全球碳纖維的剛需達(dá)到13 萬噸/ 年。雖然我國(guó)的碳纖維研發(fā)一直處于世界一流水平，但是許多對(duì)于碳纖維生產(chǎn)和使用方面還處于空白，碳纖維的應(yīng)用領(lǐng)域也需要很大的填充，與國(guó)際一流的生產(chǎn)、使用水平還存在一定的差距，這也導(dǎo)致了我國(guó)國(guó)產(chǎn)的碳纖維產(chǎn)品除去高端行業(yè)，在日常生活用品中的市場(chǎng)規(guī)模占比較小。因此，提高碳纖維產(chǎn)品的品質(zhì)和碳纖維產(chǎn)品的日常化是現(xiàn)階段必要的工作之一。
在十九大之后國(guó)際大力提倡發(fā)展自主品牌，鼓勵(lì)企業(yè)掌握核心科技，隨著我國(guó)核心技術(shù)的發(fā)展，未來國(guó)產(chǎn)碳纖維將逐漸的替代進(jìn)口碳纖維產(chǎn)品，正在的實(shí)現(xiàn)自給自足。隨著世界范圍內(nèi)碳纖維產(chǎn)品的使用量飛速增長(zhǎng)和產(chǎn)品價(jià)格的持續(xù)下降，預(yù)計(jì)到2020 年，我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域的碳纖維使用量將達(dá)到碳纖維需求量的75%。
特別是大絲束碳纖維的大規(guī)模量產(chǎn)，碳纖維大絲束價(jià)格不斷的降低。發(fā)達(dá)國(guó)家的碳纖維在航天航空和工業(yè)化的應(yīng)用占比達(dá)到了22% 和61%。而我國(guó)碳纖維所占比重則更多的傾向于體育休閑產(chǎn)品的生產(chǎn)和應(yīng)用。消費(fèi)的主要商品大多集中在價(jià)格相對(duì)較低的產(chǎn)業(yè)中，中國(guó)工程院院士將士成先生曾表示“要真正分享碳纖維產(chǎn)業(yè)這塊大‘蛋糕’，應(yīng)該著力加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研用結(jié)合，以企業(yè)為主體，聯(lián)合高校和科研院所共同進(jìn)行研發(fā)、創(chuàng)新，加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)鏈開發(fā)。”綜上所述，雖然我國(guó)碳纖維材料的研發(fā)和碳纖維加固技術(shù)的起步時(shí)間較晚，但是傳入我國(guó)的時(shí)機(jī)剛好，在我國(guó)的發(fā)展趨勢(shì)較為迅猛。尤其是在目前我國(guó)很多建筑中存在老化嚴(yán)重、架構(gòu)抗震、抗裂能力較低等問題，這些問題都極大的提高了碳纖維和碳纖維加固技術(shù)的發(fā)展。所以碳纖維市場(chǎng)和碳纖維加固技術(shù)還有很大的發(fā)展空間，并且將成為我國(guó)高端產(chǎn)品行業(yè)的新動(dòng)力。
