CFRP材料在土木工程中的應用探析

李東洋

摘要：CFRP材料是碳纖維復合材料的簡稱，是一種具備超高性能的復合型材料，在土木工程的建設中，CFRP材料在建筑物的加強固定方面具有相當明顯的優勢。在我國，加固技術早已受到土木工程領域的密切關注，目前針對建筑物的加固有一些結構方法，但是結構性的方法耗費材料較多、后期的維護費用較高、難以保證質量。而CFRP材料是通過碳纖維進行結構的粘連，CFRP材料的運用可以克服結構型加固技術的弊端，因此，CFRP材料開始得到土木工程行業的廣泛應用。本文主要針對CFRP材料在土木工程的應用進行探究分析。

關鍵詞：CFRP材料 土木工程 應用

一、CFRP材料的特點

CFRP材料的耐久性比較強，是一種非常好的絕緣性材料，而且，CFRP材料對于一些化學介質的腐蝕，有非常良好的抵抗作用。正是由于CFRP材料有這樣的優勢，因此，在將CFRP材料應用于加固技術中時才會體現出難以取代的優勢。

CFRP材料具有非常強的耐疲勞性能，一般情況下，普通的金屬可以拉伸到百分之四十到百分之五十之間，但是碳纖維復合材料可以拉伸到百分之七十到百分之八十之間。

CFRP材料的強度高，但是質地卻非常的輕，與鋼制材料相比，鋼制材料的密度是碳纖維復合材料的五倍之多，雖然碳纖維復合材料的密度低，但是其強度卻是鋼制材料強度的十倍左右。在建筑材料時，使用CFRP材料可以節省空間、減輕自身的重量。

CFRP材料的適用范圍非常的廣泛，而且便于施工，因為CFRP材料裁剪起來比較方便，因此CFRP材料可以用于各種形狀、結構、類型建筑物的建造。也正是由于CFRP材料便于裁剪，因此在進行施工時，不容易使結構的形狀、外觀等改變。

二、CFRP材料在土木工程中的應用現狀

（一）在鋼結構材料的加固方面

對于鋼制材料結構的加固，傳統的加固方法主要是焊接，但是，該方法會增加自身的重量，還會增大自身的寬度，不僅如此，在進行施工時還需要一些固定的設備。但是如果采用碳纖維復合材料對鋼制材料進行加固就會方便很多，因為碳纖維復合材料不僅具有耐腐蝕性、絕緣性，還便于操作。如果采用傳統的焊接方法，在潮濕的環境中，鋼制材料可能會出現生銹的情況，但是如果用碳纖維復合材料對鋼制材料進行加固，不僅不會被腐蝕，還可以節省空間、減輕自身的重量。根據相關的研究可以發現，采用碳纖維復合材料對鋼制結構的建筑進行加固可以增加鋼結構的壽命、在原有的鋼結構支撐基礎上提高支撐強度、使自身結構裂紋的擴展得到延緩等。

（二）在混凝土材料的加固方面

在現階段的土木工程建設中，遇到最多的加固問題就是對混凝土結構的建筑物進行加固，因此，在目前的土木工程建筑行業中，對混凝土材料的加固、抗性研究比較多。當混凝土材料的結構發生彎曲時，可以利用碳纖維復合材料進行加固和調整，具體的操作方法就是將碳纖維復合材料黏貼在混凝土材料的受力面，使碳纖維復合材料分擔混凝土材料受到的拉力，從而加固混凝土的抗彎曲能力；當混凝土材料出現裂紋時，可以利用碳纖維復合材料進行適當的加固和調整，具體的操作方法就是裁剪出適當大小的碳纖維復合材料，將其粘連在出現裂紋的混凝土材料處，這樣一來，碳纖維復合材料就像是膠水一樣，將分裂開的兩部分粘連起來，避免混凝土裂縫繼續開裂；當混凝土材料受到的壓力過強時，可以將碳纖維復合材料纏繞在受壓結構上，以此增強其結構的受壓能力；最后就是對混凝土材料的抗疲勞性加固，將碳纖維復合材料覆蓋于原混凝土材料表面，既可以增加耐性，又可以延長建筑物的使用壽命。

（三）在砌體和混凝土材料加固方面

在我國，一些墻體的建造大多是砌體和混凝土材料共同構成的，社會各界對該混合結構的加固與修復非常重視。根據國際可靠研究，我們了解到將碳纖維復合材料應用于砌體和混凝土材料結構的加固方面，是非常可靠的，但是由于經濟、一些材料力學的因素，選擇碳纖維復合材料的使用量還有待研究

三、CFRP材料的研究方向

由于CFRP材料的受力性非常好，使用壽命較其他材料的使用壽命更長，因此，使用CFRP材料進行加固、建造都是非常可取的。其他材料在需要加固時，大部分是粘連結構受到破壞，破壞的原因比較復雜，因此，加強對破壞原因的研究是非常必要的，研究出破壞的原因，繼而研究出應對的方法。

雖然目前我國關于碳纖維復合材料的研究成果已經有很多了，但是，材料研究的相關過程和規范還不夠完善，這也對我國該技術的發展做出來很大的限制，因此，國家必須針對這一技術完善相關的法律法規。

目前我國土木建筑行業的加固技術大多數是短期內的加固，對于長期的加固材料和加固手段，國內的相關領域還沒有研究出結構，因此，加強對碳纖維復合材料的加固耐久性進行研究也是非常必要的。

在傳統的土木工程中，建筑團隊使用的材料大多數是鋼筋水泥和混凝土，但是鋼筋具有磁性，而且耐腐蝕性比較差，而碳纖維復合性材料的性能就相對更加優越，比如更加的耐腐蝕，如果碳纖維復合材料可以代替傳統建筑材料的弊端，就可以對提高建筑物質量起到積極的促進作用，因此，相關部門應該加緊對碳纖維復合材料是否可以代替鋼筋等傳統建筑材料。

雖然碳纖維復合材料的性能非常優越，但是當碳纖維復合材料處于相對特殊的環境中時，碳纖維復合材料的性能就可能會被威脅。雖然碳纖維復合材料的性能相比于其他的材料而言很優越，但是其防火性比較差，因此，相關的研究部門應該對碳纖維復合材料在一些相對特殊的環境中性能的研究，比如低溫度、高溫度、沖擊性的荷載、潮濕的、重復性荷載等特殊的環境。

四、結語

結合本國土木工程行業的發展，碳纖維復合材料在土木工程領域的運用越來越廣泛，但是，在一些耐久性、規范標準方面的研究還不夠完善，因此加速相關法律法規的制定、加速對碳纖維復合材料的研究是很重要的。

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（作者單位：東北大學）