碳纖維加固技術在室內裝修中的應用研究

趙冬花，楊子涵

（周口市建設工程質量技術服務站，河南周口 466000）

在當前全球變暖的大背景下，世界各國都在進行以低排放、低污染為目標的“低碳革命”。為打贏這場低碳經濟爭奪戰，搶占市場最高點，我國早在2010年，發改委便制定了在5省8市進行試點的低碳產業建設工作，成立了專門機構指導低碳經濟，并將低碳經濟納入公務員政績考核系統。為了早日實現“碳達峰”和“碳中和”的重大戰略目標，我們需要大力發展低碳產業，而在工程應用中，推行綠色建筑是必然途徑，使用環保材料又是實行綠色建筑中重要措施。碳纖維增強材料作為典型的環保功能材料，在室內裝修中使用碳纖維對提高裝修質量具有重要意義。碳纖維增強材料有“黑色黃金”之稱［1］，逐漸受到社會各界的關注，歷經40年的技術開發，我國碳纖維技術形成了自身的技術體系，被廣泛應用于各行各業。因此，有必要對碳纖維增強材料以及碳纖維加固技術進行研究，結合碳纖維增強材料的性能優勢以及加固技術的特點，探討其在室內裝修中的應用。

1 碳纖維加固技術原理

碳纖維是有機纖維在惰性體系下經過高溫碳化而成的纖維狀化合物，其含碳量高達90%以上。由于碳纖維分子結構具有高模量的特點，被廣泛用于復合增強材料的制備。相比于傳統材料，碳纖維復合增強材料強度更高，一些碳纖維材料的強度甚至在鋼的5倍以上。此外，碳纖維材料還擁有耐高溫、耐腐蝕、耐摩擦以及低密度的特點，這些特點使碳纖維在航空航天、機械、化工以及電子行業得到廣泛應用，甚至被人們認為是高新技術材料的代表，在國民經濟中所占比例越加重要［2］。

碳纖維增強塑料是目前碳纖維應用最多的領域，將含碳的有機纖維，如腈綸絲、瀝青纖維等主要原料，與樹脂等基質置于惰性氣體保護下的高溫中進行碳化，便成為碳纖維增強塑料（CFRP）。由于碳纖維增強塑料密度小、質地輕、耐浸透性強，因而成為室內裝修中效果較好的應用功能材料。在室內裝修中，我們可以充分利用碳纖維增強塑料優越的物理性能，多使用碳纖維片材。裝修中的碳纖維片材種類主要有以下四種，分別為單向片、單向預浸片、單向織布以及雙向織布。

2 基于碳纖維加固技術的室內裝修應用

2.1 裝修簾墻板的制作

應用碳纖維加固技術制作非承重墻的簾墻板，充分發揮了碳纖維材料優良的耐老化性能。碳纖維加固技術在幾乎不增加自身重量的情況下，使得簾墻板擁有更強的承重能力以及抗機械壓力的能力，尤其適用于地震高發地區。在一些超高層建筑、大型倉儲建筑以及容易受到腐蝕的特殊建筑，使用碳纖維加固技術制作的簾墻板可以提高房屋安全性。

在室內裝修的墻板應用方面，苑金生［3］利用耐綸高纖維網格布、普通硅酸鹽水泥、膨脹珍珠巖以及高分子聚合物等為原料，開發了耐綸纖維增強水泥復合輕質墻板的生產和施工工藝。該工藝具有原料來源廣泛、產品性能穩定以及變廢為寶的特點，對于生產和使用單位都有巨大的經濟價值，有著廣闊的應用前景。加賀秀治等［4］利用碳纖維與硅灰水泥進行復合，極大地增強了砂漿的建筑性能，即使使用普通攪拌機也可以生產出高致密砂漿和混凝土墻板。經過工程實踐驗證，該材料在尺寸穩定性、耐火性能方面都有極大的優勢。吳超強等［5］通過對CFRP和鋼以三種不同連接方式的混凝土夾芯墻板的四點彎曲實驗，探究了其抗彎性能。實驗結果證明，如果連接件結構和直徑相同，碳纖維混凝土墻板比鋼筋豎向連接件墻板承載力高8%左右。而如果采用桁架聯接，可以大幅度減少因滑移現象產生的抗彎剛度折減。

2.2 室內墻體門洞加固

隨著生活水平的提高，人們對居住環境有了更高的要求，部分人會在毛坯房的墻上打出門洞，提高居住的方便程度和舒適度。但是，如果在墻上打出門洞，很可能導致墻體原有的承重結構遭到破壞，從而增大發生安全風險的隱患。如果利用碳纖維布進行粘貼，可以有效提高門洞的安全性能［6］。

在碳纖維布的門洞加固的應用研究方面，田水等［7］基于帶門洞的粘土磚墻試驗案例，研究了碳纖維布進行加固的抗震效果，分析碳纖維布加固后墻體的受力與變形情況，結果表明加固是可靠有效的，并進一步探究了碳纖維布的加固機理，為促進其在室內裝修的加固應用提供了理論基礎。武瑋等［8］研究了以堿玻纖網布為增強材料，配以氯氧鎂水泥以及粉煤灰等助劑，經過一系列工藝合成的ASA輕質隔墻板對門洞進行加固。該材質重量輕、平整度極好、安裝極為方便，目前在市場上己經得到普及。如果在墻上掛重物等，都可以采取該類措施進行加固處理。

2.3 建筑結構改造補強

某些二手房或老舊房屋混凝土結構容易發生蜂窩、孔洞、麻面以及裂縫等建筑質量通病，在裝修時采用碳纖維加固技術，不僅加固強度高、施工速度快，而且適用于各種環境和工況下的加固工作。基于此，梁龐等［9］使用碳纖維片材作為加固補強材料，將CFRP加固技術應用于混凝土結構的補強中。經過表面處理、涂刷底層樹脂（CFP）、找平處理以及粘貼碳纖維布等一些列工藝流程，實踐證明，使用碳纖維片做補強材料，不僅可以在不增加梁的橫截面積的前提下，保證施工的工程質量，而且還能夠在成本幾乎不變的情況下，保證工期、耐久性以及經濟效益，越是較為復雜的結構應用該技術進行補強效益越好。

黎海航［10］在桂林朝輝大廈改造工程中巧妙地應用了碳纖維加固技術，使用德國進口的碳纖維布（C200）以及國產JGN型建筑結構膠，總結了一整套碳纖維片應用的施工流程和注意事項。加固后結構的整體性能有了極大地提升，全程沒有濕作業，施工簡便易于操作，工期較短。

2.4 防水房頂涂層

房頂防水一直是建筑中最為重要的一項工作，如何做好防水處理，關系到建筑物的結構壽命。將碳纖維加固技術應用于屋頂防水［11］，不僅可以大幅度提高房頂的防水性能，而且其防水耐久性以及耐風化性都強于其它防水材料。

Weiter等［12］以高性能玻璃纖維和聚酯纖維骨架材料制作的防水材料為骨架材料，代替目前的碎布氈，表現出了非常高的穩定性，不易被刺穿，降低了工作量和投資成本。該材料也不用添加劑和其他助劑，生產方便，生產效率高。董永平［13］對屋頂滲漏原因進行了詳細分析，從建設屋頂花園的角度對屋頂防水技術進行了研究。屋頂花園與一般屋頂不同，其細節較多，除了檐口、天溝、過水孔、陰陽角等容易滲水的位置外，還有蓄水池底面、擋墻以及出屋面管道等地方都是容易滲水的薄弱之處。使用普通瀝青防水卷材很難達到防滲漏的目的，而且瀝青卷材外觀和氣味都較差，且不耐踩踏，成品保護困難。通過使用碳纖維聚脲防水材料，則可以完全避免普通瀝青卷材的問題，而且其耐久性和耐穿刺性更強，有著很好的使用效果。

2.5 耐磨地板修復

在現代化的室內裝修中，為更適合居住體驗感，一般使用瓷磚或木質地板。這些材料耐磨性能較差，木質地板遇水容易起皮，極大地影響了使用效果。將碳纖維加固技術應用于地板的生產之中，可以極大地提高地板的耐磨性能［14］。碳纖維加固技術也可以用于地板裂痕和空鼓等的修復，還可以用于踢腳線的制作等。而且由于碳纖維片較為輕便，施工周期短，可以大幅度降低裝修工期，減少人力資源損耗，社會效益和環境效益較好。

3 碳纖維加固技術在室內裝修中的問題及發展趨勢

當前，碳纖維加固技術雖然在室內裝修中己經得到較為廣泛的應用，也產生了較大的經濟價值以及使用價值，但仍然存在以下幾方面的問題［15］。

（1）價格較為昂貴，碳纖維加固技術需要用到碳纖維增強塑料，雖然安裝和施工成本較低，但原料價格昂貴，還沒有在個人自建房中得到普及。

（2）碳纖維增強材料缺乏規范標準。由于碳纖維增強材料發展時間不長，對于其制備方法以及產品檢驗方法還沒有形成一整套行之有效的標準規范，各個廠家生產的產品質量也不盡相同，市場上的產品也是良莠不齊。

（3）制備工藝復雜。碳纖維材料需要經過高溫碳化、成型等一系列的流程，目前尚未實現完全自動化生產，生產效率不高也是成本昂貴的主要原因。

隨著對碳纖維加固技術研究的日益增多，這種新型技術在室內裝修中的發展趨勢主要分為三個方向。

（1）偏向于藝術設計的需要。碳纖維加固技術尤其適用于室內藝術設計，碳纖維增強材料質地較輕，美觀而大方，進行合理的藝術化設計有利于改善居住環境。

（2）偏向于框架柱、屋面梁的加固需要。碳纖維遠勝于普通材料的力學強度，使其具有強大的抗機械壓力的能力。隨著碳纖維混凝土復合材料的研究不斷深入，該材料最終將被廣泛應于混凝土主題框架的加固之中，從而延長建筑壽命。

（3）偏向于工程修復的需要。例如墻面粉刷層的修復以及地板修復等，利用碳纖維加固技術可以保質保量、輕松快捷地完成修復工作。

4 結束語

碳纖維增強材料作為“新材料之王”，日益受到世界各國的關注。歷經40年的發展歷程，我國碳纖維技術己突破發達國家的技術封鎖，逐步形成了自身的碳纖維工業，目前己經用于航空航天、電子、建筑以及化工等領域。在建筑裝修方面，碳纖維加固技術更是被廣泛應用，例如在簾墻板的制作、加固門洞、加固混凝土結構、防水房頂涂層以及耐磨地板等方面。通過合理和科學的設計，碳纖維加固技術能夠達到裝修設計的相關要求，提高裝修工程質量，提升人們的生活品質。文章還分析了目前碳纖維加固技術的不足之處，對未來在室內裝修中的發展趨勢進行展望，以期更好地促進其在室內裝修領域的發展和應用。