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中圖分類號： TV42 文獻標識碼： A
0 引言
增強體在復合材料中起著增加強度、改善性能的作用，對復合材料的開發有著至關重要的影響。纖維作為有效的增強材料已被實踐所證明，碳纖維作為最重要的纖維增強材料，具有高強度、高比模量等優良性能。盡管在價格方面相對較高，但近年經研究改進，提高了沖擊韌性及熱穩定性，價格也有明顯降低，引起了世界各國的高度重視[1]。通過在水泥中摻入纖維來改善水泥力學性能已經發展成為水泥科學的重要領域。水泥中可以摻加鋼纖維、聚丙烯纖維、秸稈纖維等，而碳纖維則以其特殊的優良性能得以脫穎而出。本文就碳纖維增強水泥基復合材料的發展概況、力學性能及增強機理方面做了一些研究和介紹，以便于更好的在工程中大規模推廣使用[2]。
1 碳纖維性質及發展
碳纖維的開發歷史可追溯到19世紀末，1959年美國聯合碳化公司以粘膠纖維為原絲制成纖維素基碳纖維。之后，日本、英國等國家也相繼研究出了新型的碳纖維，并逐漸應用于航空航天等領域。1997年至2000年，碳纖維的需求量隨新應用領域的開發而成倍增長[3]，日本和美國是既是最大的碳纖維生產國也是最大的消費國。目前各國都在降低碳纖維成本、開發配套生產機制及拓展市場方面做努力，今后碳纖維及其復合材料會更加高速穩定發展。但國內的情況卻不容樂觀，當前碳纖維的研制與生產水平還較低，與國外差距甚大，尚須做大量的實驗研究[4]。
人們很早就研究、開發了鋼筋、石棉及合成纖維等增強材料，但是它們都存在各種的缺陷。而碳纖維則具有超高的抗拉強度和彈性模量、化學性質穩定、與水泥基復合材料粘結良好等優點。水泥用碳纖維均勻分散后，在承受負荷時表面不再產生肉眼可見的龜裂，其拉伸強度和彎曲強度、彎曲韌性提高了幾倍，其耐沖擊性也得到了改善[5]。但是碳纖維價格昂貴，最近幾年開發的短切碳纖維已使它們的價格大為下降，但是其價格仍然很高，限制了其應用。
2 力學性能
2.1抗壓強度
碳纖維的摻入在一定程度上增強了水泥基體的抗壓強度，摻量過多時反而使抗壓強度有所下降。可見，碳纖維在水泥基材中的摻量尤其重要。
2.2抗拉強度
水泥基復合材料的抗拉強度的測定一般是通過劈拉法間接得出。任意分布的短切碳纖維在復合材料硬化過程中改善了其內部結構，減少了內部缺陷，提高了材料的連續性。受力過程中碳纖維與基體共同受力變形，碳纖維的牽連作用使基體裂而不斷，進一步承受載荷，可充分保證水泥基材的抗拉強度[6]。
2.3抗裂性
在水泥基復合材料拌合初期，碳纖維構成一種網狀承托體系，產生有效的二級加強效果，從而有效的減少材料的內分層和毛細腔的產生；在硬化過程中，如果碳纖維的拉出抵抗力大于出現第一條裂縫時的荷載，則碳纖維能承受更大的荷載，阻止隱微裂縫發展成宏觀裂縫的可能。宏觀上看，當基體材料受到應力作用產生微裂縫后，碳纖維能夠承擔因基體開裂轉移給它的應力，基體收縮產生的能量被碳纖維所吸收，有效增加了材料的韌性，提高了其初裂強度、延遲了裂縫的產生[7]。
2.4抗滲性
內部孔結構是影響水泥基復合材料抗滲性的主要因素。碳纖維可以有效控制早期干縮微裂紋以及離析裂紋的產生及發展，減少材料的收縮裂縫尤其是連通裂縫的產生。另外，碳纖維起了承托骨料的作用，有效地降低了材料中的孔隙率，避免了連通毛細孔的形成，抗滲性得以提高。
2.5抗沖擊及抗變形能力
碳纖維增強水泥基復合材料受拉（彎）時，即使基材中已出現大量的分散裂縫，但由于增強碳纖維的存在，基體仍可承受一定的載荷并具有假延性，從而使材料的韌性與抗沖擊性得以明顯提高。
2.6抗凍性
碳纖維可以緩解溫度變化而引起的水泥基復合材料內部應力的作用，從而防止水泥固化過程中微裂紋的形成和擴散，提高材料的抗凍性；同時，水泥基復合材料抗滲能力的提高也有利于其抗凍性能的提高。
綜上所述，碳纖維在水泥基復合材料中能很好的改善材料的力學性能，但是需要注意的是碳纖維的性質、種類、摻入方式、摻量、長寬比等都與水泥基材最終的性能息息相關，必須綜合考慮各項因素，優選出最適用的碳纖維[7]。
3 增強機理
傳統水泥基材是典型的脆性材料，拉壓比低，極限延伸率小，在受荷載之前已存在較多的微裂紋、氣孔等缺陷。在受力過程中，裂縫尖端出現應力集中，裂縫急劇擴展，基體的承載能力下降，會發生脆性破壞。碳纖維跨接裂縫，分散應力到裂縫的上、下表面，一定范圍內，隨著纖維摻量的增加，裂縫尖端應力集中程度將趨于緩和，并可能消失。由于碳纖維的阻裂作用，復合材料的斷裂韌性將得到提高，抗拉強度也隨之出現增長。
在受力和初裂之前，碳纖維通過抑制基體的收縮，減少與縮小了裂縫源的數量和尺度；在碳纖維水泥基復合材料受力后達到初裂前，當應變達到普通基體的應變極限時，由于裂紋影響因素的改善，復合材料并不立即斷裂，應變會繼續上升直至基體開裂，從而復合材料的整體強度得到提高；復合材料開裂后，由于碳纖維的存在，還能繼續承受載荷，復合材料強度將還會繼續提高。
水泥砂漿、混凝土等復合材料材料在空氣中因失水會引起收縮。而碳纖維的存在，在材料收縮的過程中發揮了重要的抑制作用，減小了材料的干縮程度，從而也很大程度上避免了因失水導致的收縮應力的產生。隨著碳纖維含量的提高，這種效應將越明顯。如果碳纖維含量相同，碳纖維長度較小，則根數相對較多，碳纖維的抑制作用要強一些[8]。
4 結論與建議
本文介紹了碳纖維的特性及發展歷程，碳纖維由于自身的諸多優良性能，可以大大改善水泥基復合材料的抗拉、抗滲及抗凍等力學性能。碳纖維由于其阻裂作用，復合材料的斷裂韌性、整體強度和抑制收縮能力得以提高。碳纖維及其復合材料的研發具有較高的投資效益，但是目前國內碳纖維的開發利用仍然存在一些問題，如由于國產碳原絲雜質含量較高，造成碳纖維性能不穩定；國產碳纖維目前售價太高，且品種單一，缺乏高性能的碳纖維；碳纖維在水泥基復合材料中的類型及摻量與水泥基材的性能有很大關系，如何合理選擇最佳的碳纖維，最大限度的發揮碳纖維的增強作用是以后研究的重中之重。因此，引進低成本碳纖維生產技術，探索碳纖維的品種與摻量，研制高性能碳纖維，開發性能檢測監控機制，擴大碳纖維的應用范圍等勢在必行。
參考文獻：
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中圖分類號：TQ342+.74 文獻標志碼：A
Current Situation of the Carbon Fiber and Related Composites Industry
Abstract： By discussing the spinning， pre-oxidation， carbonization， compounding and recycling technologies for making carbon fiber and related composites， the paper discussed the present situation of technological development in the field of carbon fiber and related composites； analyzed the market situation of such products and their application prospects in aerospace， national defense， wind turbine， sport and leisure， transportation vehicles， civil-engineering， etc. It also pointed out some problems existing in China’s carbon fiber industry and gave related solutions.
Key words： polyacrylonitrile； carbon fiber； composites
碳纖維分為PAN基碳纖維、粘膠基碳纖維和瀝青基碳纖維，其中PAN基碳纖維市場占有率超過90%，其生產流程包括纖維紡絲，預氧化、碳化，復合成型和回收利用等流程。
1 碳纖維及復合材料生產技術現狀
1.1 原絲生產技術現狀
原絲的高純化、高強化、致密化以及表面光潔是制備高性能碳纖維的首要條件。在PAN基碳纖維生產中，原絲約占總成本的50% ～ 60%，原絲質量既影響碳纖維的質量，又制約其生產成本。
原絲生產包括聚合和紡絲。原絲聚合是丙烯腈和第二單體、第三單體在引發劑作用下進行共聚反應，生成PAN紡絲液。日本東麗采用AIBN（偶氮二異丁腈）作引發劑，二甲基亞砜（DMSO）作溶劑，DMSO+AIBN體系憑借其操作安全和高質量產品，成為碳纖維丙烯腈聚合的主流方法。PAN基碳纖維原絲通過濕法和干噴濕紡紡絲工藝制造。濕法紡絲是碳纖維生產普遍采用的方法，其技術成熟，易工程化，所得原絲纖度均勻且纖維表面溝槽結構易于后道復合加工；干噴濕紡是將干法和濕法結合的新方法，可實現高品質原絲的細纖化和均質化，紡絲速度是濕法紡絲的 5 ～ 10倍，是高性能原絲生產最好方法之一。東麗、三菱麗陽，美國赫氏和韓國曉星都擁有干噴濕紡紡絲技術，中國中復神鷹、中油吉化等少數企業掌握干噴濕紡T700級碳纖維原絲生產技術，但產品的穩定性有待提高。
1.2 碳纖維的生產技術現狀
原絲經預氧化、碳化和后處理等工藝制得碳纖維。預氧化是纖維組織結構轉變的過渡階段，在保證絲條均質化的前提下，縮短預氧化時間，可以降低生產成本。碳化是纖維亂層石墨結構的成形階段，可使纖維強度大幅提升，碳化條件控制不當會造成纖維結構中有空隙、裂紋等缺陷，影響碳纖維性能。石墨化即高溫下牽伸，使纖維由亂層石墨結構向三維石墨結構轉化，提高碳纖維彈性模量。
碳化爐是制造碳纖維的關鍵設備，國產碳化爐發熱體最高耐熱溫度1 400 ℃，而國外大規模高溫碳化爐對我國實行出口限制，中等規模碳化爐價格又很高，提高了國內碳纖維的建設成本，導致國產碳纖維市場競爭力不足，研發高強級碳纖維生產線的國產設備迫在眉睫。
1.3 碳纖維增強復合材料技術現狀
碳纖維增強復合材料是以碳纖維及織物為增強體、樹脂為基體制成，其代表是以三維編織物為增強體，采用樹脂傳遞模塑工藝（RTM）進行浸膠固化而成的三維編織復合材料。三維編織技術具有較強的仿形編織能力，可以實現復雜結構的整體編織，常用編織工藝有四步法、二步法及多層聯鎖編織工藝。四步法操作靈活性強，編織物整體結構好，但編織速度較慢，對設備要求較高；二步法織造簡單，易實現自動化，適合編織較厚制件，但其執行機構以間斷的離散方式運動；多層聯鎖編織工藝編織的織物機械性能好，設備可平穩連續工作，但不易實現自動化生產。目前可滿足大而厚預制件編織需求的大型三維編織機不多，設計與研發高水平的三維編織機仍是努力的方向。
三維編織實現了增強材料的整體成型，而RTM工藝正是適于整體成型的工藝方法。RTM工藝是將液態樹脂注入閉合模具中浸潤增強材料并固化成型的工藝方法，是接近最終形狀部件的生產方法，基本無需后續加工。由于其效率高、能耗低、工藝適應性強等優點，適宜多品種、高質量的先進復合材料加工。RTM-三維編織復合材料是完全整體結構，與傳統復合材料相比，具有較高的損傷容限、強度和模量，為復合材料應用于承力結構件，特別是應用于航天航空等領域提供了廣闊前景。
1.4 碳纖維增強復合材料回收利用現狀
回收利用碳纖維可降低能耗、節約能源，主要方法有高溫熱解法、流化床分解法和超/亞臨界流體法。高溫熱解法是在高溫下使復合材料降解，回收的碳纖維力學性能降低幅度較大，影響碳纖維再利用，是目前唯一商業化運營的回收方法；流化床熱分解法采用高溫空氣熱流對復合材料進行高溫熱分解，通常用旋風分離器來獲得表面干凈的碳纖維，由于受高溫、砂粒磨損的影響，碳纖維長度變短、力學性能下降，影響回收碳纖維的應用范圍；超/亞臨界法是利用液體在臨界點附近具有高活性和高溶解性等性能來分解復合材料，最大限度地保留碳纖維的原始性能，由于其獨特的優越性，受到產業界高度重視，將可能成為碳纖維主要回收方法之一，目前多數回收技術仍停留在實驗階段，商業化道路漫長。
2 碳纖維及復合材料市場現狀分析
2.1 碳纖維市場現狀分析
碳纖維分為大絲束碳纖維（>24K）和小絲束碳纖維（
2.2 碳纖維復合材料市場現狀
2013年碳纖維復合材料總產值147億美元，其中CFRP產值94億美元，約占64%。碳纖維復合材料的需求7.2萬t，2020年需求將達14.6萬t（表 2），2010 ― 2020年復合年均增長率超過11%。
碳纖維復合材料主要應用到國防航空、交通工具、風力發電、運動休閑、土木建筑等領域，各領域產值見表 3。
（1）國防航空
2013年碳纖維增強復合材料在國防航空領域產值達41.2億美元，其中民用航空24.7億美元，占60%，軍用飛機占16%，商業飛機占8%。在航空領域，碳纖維復合材料占空客A380結構材料的20%以上，波音787結構材料中近50%使用碳纖維復合材料和玻璃纖維增強塑料。碳纖維復合材料取代金屬結構材料，減輕機身質量，節約燃油，在航空領域應用不斷拓展。在國防領域，碳纖維復合材料已用于隱形機、戰斗機、導彈等開發。美國研制出世界上最小無人機，主體由碳纖維制成，僅重106 mg，用于搜索和救援行動，美國F-22和F-35戰斗機，歐洲A400M大型軍用運輸機，日本M-5火箭等都在不斷拓展碳纖維復合材料的應用。美國防部在“面向21世紀國防需求的材料研究”報告中強調，“到2020年，只有復合材料才有潛力使裝備獲得20% ～ 25%的性能提升”。
（2）交通工具
2013年碳纖維增強復合材料在交通工具領域產值達22億美元，其中汽車領域10.1億元，占總產值46%，卡車領域占18%，摩托車占15%，客運火車占13%。CFRP具有輕質高強的特點，逐漸成為汽車輕量化首選材料。試驗證明，汽車重量降低1%，油耗可降低0.7%；汽車質量每減少100 kg，百公里油耗可降低0.3 ～ 0.6 L。全球大型汽車制造商積極聯合碳纖維生產企業，旨在突破碳纖維零部件的低成本工業化生產，廣泛應用于普通汽車。
（3）風力發電
2013年碳纖維增強復合材料在風力發電領域產值達17.6億美元，消耗碳纖維約6 700 t。1985年風輪平均直徑僅15 m，單位產出低于 1 MW，到2013年風輪平均直徑達100 m，平均產出為2.5 MW。當風輪葉片長度在40 ～ 50 m時，碳纖維是唯一能用于制造葉片的材料，隨著風電裝機容量的增加，也必然會促進碳纖維在這領域快速發展。風力發電主要集中在3 個國家，2013年中國達91 GW，占全球30%，其次是美國和德國，分別達62G W和34 GW。
（4）運動休閑
2013年碳纖維增強復合材料在運動休閑領域產值達14.7億美元，其中高爾夫桿等產品產值5.6億美元，占38%，網球和羽毛球球拍占21%，自行車占14%。運動休閑用碳纖維消耗量最大在亞洲，特別是中國，高爾夫球桿、網球拍、釣魚竿、自行車架、船槳、公路賽車等都用到碳纖維。由于成本問題，制約碳纖維在該領域的快速發展，預計2015年全球運動休閑領域對碳纖維需求增長依然保持在4%左右。
（5）土木建筑
2013年碳纖維增強復合材料在建筑工程領域產值達5.9億美元，消耗碳纖維約2 300 t。隨著碳纖維成本降低與復合材料加工技術的發展，土木建筑領域將成為碳纖維復合材料應用新市場。碳纖維復合材料層板加固或修復橋梁及建筑物，碳纖維增強混凝土等都將會有很大發展。在美國約有30萬座橋有潛在維修需求，德國在2030年前將投入160億歐元，用于修復橋梁和路面。預計未來 5 年，碳纖維復合材料在土木建筑領域將以6%左右速度增長。
3 中國碳纖維發展之路
2013年我國碳纖維產能達1.8萬t，實際產量約3 000 t，全為小絲束。碳纖維指標達到東麗公司T300水平，但質量穩定性還需提高；干噴濕法紡絲T700級碳纖維實現工業化生產，但產品質量有待穩定；T800、M40J、M50J等高品質碳纖維仍在中試或攻關階段。國際上碳纖維高端技術和產品對中國實行封鎖，并利用高性能碳纖維盈利來彌補通用級碳纖維的虧損，對中國碳纖維市場進行降價打壓，企圖遏制中國碳纖維產業的發展。受國外低價傾銷和惡意競銷行為影響，國內碳纖維企業基本處于全線虧損境地。
中國碳纖維發展需重點關注以下幾個方面：一是組織技術攻關。重點解決T300級等中低端碳纖維產品穩定性和成本控制問題，加快T700級等中高端碳纖維產品產業化及高模量碳纖維研發，加強高品質油劑、上漿劑、樹脂等輔助材料配套能力，加快預氧化爐和多段寬口碳化爐等設備研發。二是加強應用牽引。建立產學研用產業技術創新聯盟，以應用需求為牽引，深化碳纖維生產與應用企業合作，實現優勢互補。三是深化軍民融合。加大滿足國防發展需求的高端碳纖維及復合材料的研發力度，打破體制機制束縛，引導優勢民企進入軍品領域，加快提升碳纖維行業軍民融合水平。四是推動標準體系建設。建立適合我國產業發展特點并與國際接軌的碳纖維標準體系，解決限制我國碳纖維下游應用瓶頸的標準和應用設計規范問題，逐步擴大國產碳纖維對進口碳纖維的替代。五是加強人才培養。培養一批高端生產和應用技術人才，推動“產學研用”產業鏈一體化發展。
參考文獻
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1 概述
近年來，我國汽車工業得到了快速的發展，汽車產銷量位居世界第一，汽車工業已成為我國經濟發展的支柱產業。汽車給我們的出行帶來了便利，但也造成了環境污染等問題。在全球溫室效應、能源危機和環境污染等日益嚴重的情況下，節能與環保成為擺在世界各國面前最重要的命題[1]。目前，汽車行業面臨的挑戰是，為了汽車工業的可持續發展，必須減少環境污染、節約資源。為應對挑戰各國都開始研究和開發新能源汽車，就現階段技術而言，汽車輕量化是實現降低油耗和減少排放的有效途徑。有試驗表明，汽車總體重量減輕10%，可提高6%-8%的燃油效率。降低1%汽車重量可降低0.7%的油耗[2]。由此可見汽車輕量化對于節能與環保有顯著效果，使其成為我國汽車行業大力發展的趨勢。對于乘用車來說，車身占整車質量的40%-60%[3]，對于汽車油耗來說，約70%的油耗是用在了車身質量上，因而車身的輕量化對于整車的節能、減排具有更為顯著的作用。
2 碳纖維復合材料汽車B柱模型建立
文章采用等代設計方法建立碳纖維復合材料汽車B柱模型，通過Hypermesh對B柱模型完成幾何清理并采用四面體單元劃分網格，網格大小10mm。將畫好網格的B柱導入ABAQUS進行碰撞分析。
碳纖維復合材料B柱鋪層方式為[0/45/90/-45]，鋪層層數為18層，每層厚度0.33mm。復合材料單向層合板的力學性能如表1所示。其中p為密度，E1、E2分別為單向層合板的縱向、橫向彈性模量，u12為泊松比，G12為剪切模量，Xt、Xc為縱向拉伸、壓縮強度，Yt、Yc為橫向拉伸、壓縮強度，S為剪切強度。
3 碳纖維復合材料汽車B柱性能分析
以碳纖維復合材料汽車B柱的質量、入侵量、吸能為響應分析碳纖維復合材料汽B柱的綜合性能。并與金屬材料汽車B對比分析，與金屬材料汽車B柱相比碳纖維復合材料汽車B柱重量降低約33%，最大入侵量比金屬材料汽車B柱小12%，吸能效果也比金屬材料汽車B柱好。
參考文獻
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中圖分類號：TB文獻標識碼：A文章編號：1672-3198（2012）06-0187-01
0 緒論
碳纖維/樹脂復合材料作為一種先進的復合材料，具有重量輕、模量高、比強度大、熱膨脹系數低、耐腐蝕、吸振性好等一系列優點，在航空航天、汽車等領域已有廣泛的應用，隨著航空、航天及軍事裝備技術的快速發展，對碳纖維復合材料構件的要求日益嚴格，碳纖維復合材料的機械加工中的熱問題已成為影響其性能的重要因素。另外，隨著碳纖維復合材料性能的不斷提高，材料的切削加工性能越來越差，熱量堆積導致砂輪刀具磨損加劇，影響加工精度和加工效率，難以降低加工成本。在碳纖維增強復合材料的零件與其他零部件裝配連接時，不可避免的要進行大量的機械加工，特別是磨削加工與孔加工。因此，碳纖維復合材料磨削熱分析研究，已成為目前復合材料研究和應用所面臨的一項亟待解決的難題。
1 磨削測溫實驗
本試驗以碳纖維/樹脂復合材料板為試驗材料，進行磨削測溫試驗。該碳纖維增強復合材料的增強體是T300型碳纖維，基體材料是AG-80型樹脂，在預浸處理后鋪層預置而成。材料如圖1所示。
圖3是GC60J砂輪磨削碳纖維/樹脂復合材料的試驗結果，在砂輪線速度Vs=15.7m/s的條件下，改變工件進給速度和磨削深度得到的曲線。由圖3可以看出，增大磨削深度ap，工件表面磨削溫度升高。主要是由于磨削過程中，增大磨削深度由于切削變形力和摩擦力均增大，因而使磨削溫度升高。圖3 磨削深度對磨削溫度的影響圖4是GC60J磨削碳纖維/樹脂復合材料的試驗結果，在工件進給速度Vw=14m/min的條件下，改變磨削深度和砂輪線速度得到的幾組曲線。由圖4可以看出，增大砂輪轉速Vs，工件表面磨削溫度升高。增大砂輪轉速，由于單位時間內工作的磨粒數增多，磨削厚度變薄，切削變形能增大，同時，產生劃擦和耕犁的磨粒數增多，是摩擦加劇，因而導致磨削溫度升高。
圖5是GC60J磨削碳纖維/樹脂復合材料的試驗結果，在砂輪線速度Vs=11.8m/s的條件下，改變磨削深度和進給速度得到的幾組曲線。由圖4可以看出，增大進給速度Vw，工件表面磨削溫度升高。增大工件進給速度，使得每顆磨粒的切削厚度增大，因此使得磨削阻力增大，熱源強度增大，因而導致磨削溫度升高。
3 結論
通過以上試驗和分析我們得到如下結論：
（1）增大砂輪轉速，由于單位時間內工作的磨粒數增多，磨削厚度變薄，切削變形能增大，產生劃擦和耕犁的磨粒數增多，摩擦加劇，因而導致磨削溫度升高。
（2）增大磨削深度由于切削變形力和摩擦力均增大，因而使磨削溫度升高。
（3）增大工件進給速度，使得每顆磨粒的切削厚度增大，因此使得磨削阻力增大，熱源強度增大，因而導致磨削溫度升高。
（4）為了保證溫度在200以下，并考慮加工效率，工藝參數選擇為：磨削深度0.02～0.04mm，砂輪速度取13～17m/s，進給速度取12～16m/min。
參考文獻
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1、碳纖維復合材料加固原理
碳纖維加固混凝土結構是一種新型的混凝土結構加固方法，其研究始于20世紀80年代，自1996年引入我國，立即受到了工程界的關注，成為了研究和應用的熱點。碳纖維加固修復混凝土結構是將碳纖維材料粘貼于混凝土結構表面，通過其與結構或構件的協同工作，達到對結構構件補強加固及改善受力性能的目的。
2、碳纖維復合材料
混凝土結構構件加固修復所用碳纖維材料主要有兩種：碳纖維材料和配套樹脂。碳纖維材料具有高強度、高彈性模量、重量輕及耐腐蝕性好等特點，其抗拉強度是普通鋼筋的十倍左右，彈性模量略高于普通鋼筋的彈性模量；配套樹指則包括底層樹脂、找平樹脂及粘結樹脂，前兩者的作用是為了提高碳纖維的粘結質量，而后者的作用則是使碳纖維與混凝土能夠形成一個復合材料體，并且共同工作，提高結構構件的抗彎、抗剪承載能力，達到對結構構件進行加固、補強的目的。
2.1碳纖維布
碳纖維布按碳纖維原絲不同主要可以分為:PAN基碳纖維布；黏膠基碳纖維布；瀝青基碳纖維布。
碳纖維布按碳纖維規格不同主要可以分為:1K碳纖維布、3K碳纖維布、6K碳纖維布、12K碳纖維布、24K及以上大絲束碳纖維布。 碳纖維布按碳纖維炭化不同主要可以分為:石墨化碳纖維布、碳纖維布、預氧化碳纖維布。 碳纖維布按織造方式的不同主要可以分為:機織碳纖維布、針織碳纖維布、編織碳纖維布、碳纖維預浸布等等。
碳纖維布加固依據結構施工圖、構件的腐蝕情況、結構或構件的實際檢測強度、《混凝土結構加固技術規程》等資料，考慮提高結構或構件的抗彎（抗壓、抗拉）強度等級，對結構或構件進行加固設計。
2.2加固粘結材料
碳纖維片材加固膠粘材料一般包括三種膠，按用途分它們各自的作用分別是：1、底涂膠（又稱底層樹脂）：涂刷于混凝土基層上，強化混凝土表面強度，從而使混凝土與碳纖維之間的粘結性得到提高。2、修補膠（又稱整平材料或膩子）：整平混凝土表面，便于碳纖維片材的粘貼。3、浸漬樹脂（又稱浸漬樹脂）：將碳纖維片材結合在一起，使之呈板狀硬化物；同時將碳纖維與混凝土粘接在一起，也形成一個復合整體，共抵抗外力。三種膠粘劑之中，浸漬樹脂最為重要，它的性能直接決定碳纖維片材能否有效地加固補強混凝土結構。
3、碳纖維復合材料加固混凝土結構的優良性能
（1）高強度高彈性模量。碳纖維的強度高，極限抗拉強度約為鋼材的10 倍，彈性模量和鋼材相近。
（2）抗腐蝕能力強、耐久性好。碳纖維材料化學性質穩定，不與酸、堿、鹽等化學物質發生反應，因而碳纖維加固后的鋼筋混凝土結構具有良好的抗腐蝕性和耐久性。
（3）熱膨脹系數小。碳纖維材料的熱膨脹系數非常小，其在纖維方向的熱膨脹系數幾乎等于零。
（4）施工簡便，工作效率高。碳纖維布加固不需要大型施工機械和重型設備，施工占用場地少，無濕作業，碳纖維布柔性好，可以任意裁剪，操作簡單，施工速度快。
（5）施工質量易于保證。碳纖維布是柔性材料，即使被加固構件的表面不是非常平整，經過修補后，有效粘貼率可達到95%以上。
（6）對結構影響小。碳纖維材料重量輕，厚度薄，經加固修補后的構件，基本上不增加原結構的自重及尺寸，不影響結構的使用空間。
（7）適用范圍廣。可用于不同結構類型、不同結構形狀、不同材料的構件加固，也可用于構件的不同部位及不同薄弱因素的加固。
4、碳纖維復合材料加固混凝土結構的應用
在實際工程中，用來加固的碳纖維材料主要是碳纖維布。碳纖維布加固技術在混凝土結構中的應用已較成熟，主要集中在以下幾個方面。
（1）提高受剪承載力
碳纖維布對構件抗剪的貢獻類似于箍筋的作用，與混凝同承受剪力。另外，碳纖維布具有對核心混凝土的約束作用，并能承擔拉應力，防止主筋過早屈服，抑制剪切裂縫的出現和發展。因此，碳纖維布可以明顯提高鋼筋混凝土構件的受剪承載力，增強構件的變形能力。
（2）提高受彎承載力
由于碳纖維布具有抗拉強度高的特性，可以將碳纖維布粘貼在構件的受拉表層，使之與混凝同承擔拉應力，以提高構件的受彎承載力，達到加固補強的目的。粘貼碳纖維布后，受彎構件的受彎承載能力明顯提高，有效的抑制了裂縫的開展，構件的變形能力和延性性能得到顯著改善。
（3）提高抗震能力
由于碳纖維布能夠約束構件的開裂，提高構件的剛度和抵抗變形的能力，當需要提高構件的抗震能力時，亦可用碳纖維布進行增強和增韌。尤其對于鋼筋混凝土梁柱節點和受軸向力作用的鋼筋混凝土柱，往往要求進行構件的抗震設計。采用碳纖維布粘貼于梁柱節點范圍，或對鋼筋混凝土柱進行包裹，可以明顯改善結構中混凝土構件的延性，增加耗能能力，具有良好的抗震加固效果。
（4）提高抗疲勞能力
用碳纖維布進行鋼筋混凝土梁和預應力鋼筋混凝土梁的加固，經200 萬次重復荷載作用后，加固構件的強度和剛度不會降低，也不會發生剝落和脆斷現象。如果采用預應力碳纖維布加固的形式，預應力碳纖維布的存在，使構件中縱筋的應力幅值有所降低，減少了發生疲勞破壞的可能。而始終處于高應力狀態的碳纖維布具有良好的抗疲勞性能。其綜合效應使所加固構件的疲勞壽命大大提高，疲勞變形有所減小，構件的疲勞抗裂性能得到較大提高，從而延長構件的使用壽命。
5、碳纖維復合材料加固混凝土結構的不足
（1）碳纖維是一種線彈性脆性材料，只有當構件發生較大變形時，才能充分發揮其高強高彈模的性能。而混凝土結構對變形有比較嚴格的控制，在一定程度上限制了碳纖維復合材料能力的發揮。
（2）碳纖維布加固混凝土結構后，容易發生粘貼剝離破壞，使加固后混凝土結構呈現明顯的脆性破壞形態，對結構的可靠度水平有所影響。
（3）目前對碳纖維復合材料加固混凝土結構在長期荷載、沖擊荷載作用下受力性能的研究較少，在類似方面應用時缺少專門研究。
（4）對于碳纖維材料加固混凝土梁、柱的抗剪及抗彎加固機理和計算方法已有了成熟的研究和應用成果，但對碳纖維材料加固剪力墻等方面的研究理論還較缺乏。
總之，碳纖維材料加固技術具有良好的經濟效益、社會效益和環境效益，隨著碳纖維材料的發展、生產成本的降低及國內外碳纖維材料加固技術研究的不斷深入，該項技術在混凝土結構加固領域中的應用會越來越廣泛，具有廣闊的發展前景。
參考文獻：
[1].《混凝土結構加固技術規范》 CECS25：90
[2].《建筑抗震加固技術規程》 JGJ116-98
1、材料的基本特性
碳纖維增強復合材料補強加固所采用的基本材料是高強度或高彈性模量的連續碳纖維，單向排列成束，用環氧樹脂浸漬固化的碳纖維板或未經樹脂浸漬固化的碳纖維布，統稱碳纖維片材。將片材用專門配制的粘貼樹脂或浸漬樹脂粘貼在橋梁混凝土構件需補強加固部位表面，樹脂固化后與原構件形成新的受力復合體，共同工作。
碳纖維片材：
片材碳纖維材料的拉伸強度在（2400～3400）MPa之間，與普通碳素鋼板拉伸強度為240MPa相比，片材的拉伸強度很高。片材碳纖維材料的彈性模量依片材力學性能不同，碳纖維片材依力學性能分成高模量、高強度和中等模量三類。高模量碳纖維片材的彈性模量較高，但其伸長率較低。
相比之下，碳纖維片材的單位重比鋼材低許多，說明碳纖維片材較輕。碳纖維的化學結構穩定，本身不會受酸堿鹽及各類化學介質的腐蝕，有良好的耐寒和耐熱性。
配套樹脂類粘結材料；
混凝土結構加固修補配套樹脂系統包括底層涂料，用于滲透過混凝土表面，促進粘結并形成長期持久界面的基礎；油灰，用于填充整個表面空隙并形成平整表面以便使用碳纖維片材；浸漬樹脂或粘結樹脂，前者用于碳纖維布粘貼，后者用于碳纖維板粘貼。
浸漬樹脂或粘貼樹脂是將碳纖維片粘附于混凝土構件表面并與之緊密地結合在一起形成整體共同工作的關鍵，因此，樹脂同混凝土的粘貼強度大于混凝土的拉伸強度和剪切強度。
就混凝土結構用碳纖維片材加固技術而言，環氧樹脂在不同施工環境溫度下固化性能有十分重要的意義，因為這涉及到粘貼工作質量與如何盡量減少構件正常使用中斷時間緊密相關。采用專配的環氧樹脂材料，在混凝土施工表面溫度（10～40）攝氏度時，粘貼環氧樹脂固化時間約15小時以上，但粘貼后就可以使用的時間為45分鐘以上，專配的環氧樹脂材料的這一性能是完全適合混凝土構件的加固工作。
2、碳纖維片材加固混凝土構件的形式
碳纖維片材主要用于混凝土的基本構件和節點的加固補強，其加固的效果主要是提高構件的抗彎承載力、抗剪承載力以及受壓構件的軸向抗壓承載力；提高構件的剛度以及延性。除此之外，許多室內及現場試驗證明，碳纖維片材加固的混凝土構件裂縫寬度發展可以得到控制。
由于碳纖維片材，特別是碳纖維布質量輕且厚度薄，具有一定柔度，在混凝土構件的有關部位加固較靈活。碳纖維片材因碳纖維排列方向不同而使各方向拉伸強度不相同，碳纖維片材的纖維向與受力向相同時，其拉伸強度最高，反之，纖維方向與受力方向垂直時，其強度最低。因此，在采用碳纖維片材進行加固設計中，必須正確掌握纖維的布置方向。根據混凝土構件加固計算，可以采用連續式粘貼或條帶間隔粘貼碳纖維片材的方式。研究表明，分條加固的效果要優于整條布的加固效果。
3、粘貼碳纖維片材加固施工技術
面層處理；
混凝土表面的劣化層（例如風化、游離石灰、脫模劑、剝離的砂漿、粉刷層、污物等）必須用砂輪機去除并研磨。用空氣噴嘴、砂輪機與毛刷將待補強區的粉塵及松動物質會除，用水洗凈后，必須使其充分干燥。
斷面修復；
將混凝土面層的不良部分（例如剝落、孔隙、蜂窩、腐蝕等）清除。若有鋼筋外露情形，必須先做好防蝕處理，再以強度相等或大于混凝土的環氧樹脂砂漿材料修補。裂縫以環氧樹脂灌注。裂縫或打除部分若有漏水情形時，應先做好止水、導水處理。
表面修正；
表面平整度凸出部分（小突起等）以切割機或砂輪機將其鏟除并使其平滑。凹陷部分（打除部分）以環氧樹脂或樹脂砂漿填補。轉角處需研磨至凸角R=20毫米（R一曲率半徑）以上，凹角則以樹脂砂漿填補。
底層涂料；
氣溫在5攝氏度以下，雨天或RH>95%時，不可施工。施工范圍的溫度、濕度確認后，選用適當的底層涂料。施工現場空氣應十分流通，嚴禁煙火。施工時必須要穿帶保護裝備（口罩、護目鏡及橡皮手套）。
碳纖維片材的粘貼；
纖維貼片預先以剪刀、刀子依所設計的尺寸大小裁好。依使用量剪裁尺寸、長度在2米以內最適當。為防止保管期間的破損，裁剪數量只裁所需使用的數量。施工面底漆的干燥程度可以指觸確認。底漆施工超過1星期以上時，應以砂輪機磨平。
將環氧樹脂的主劑（A劑）和硬化劑（B劑）依所規定的配比放置于拌合桶中，使用電動攪拌機，使其均勻的混合（約2分鐘）。一次的拌合量為在可使用時間的施工量，超過可使用時間的材料，不可使用。
環氧樹脂用毛刷滾輪平均涂布（涂布底漆上）。涂布量隨施工面的表面粗糙程度會有所變化，轉角部分要多涂。強化纖維粘貼于樹脂涂布面后，以毛刷滾輪和橡皮刮刀順著纖維方向用力推平，使樹脂浸透并去除氣泡，纖維（長向）方向的搭接長度至少要留10厘米，短向則不用留。粘貼后放置30分鐘，若纖維有浮出或脫線情形發生時，以滾輪或橡皮刮刀壓平修正。
兩層以上的強化纖維相疊貼時，重復步驟。施工現場空氣應十分流通，嚴禁煙火。施工時必須要穿戴保護裝備（口罩、護目鏡及橡皮手套）。
4、有關混凝土橋梁技術應用問題
粘貼碳纖維片材加固混凝土結構技術在歐洲、美國、加拿大和日本已經廣泛應用，并且進行了深入的研究。我國在這方面的工程實踐也是在二十世紀九十年代中期才開始，就我國公路混凝土橋梁有關粘貼碳纖維片材加固新技術應用推廣的問題做如下討論。
粘貼碳纖維片材加固混凝土橋梁是一項新技術，使得粘貼加固法成為公路橋梁快速加固方法，適合公路橋梁加固期間盡量不影響橋梁正常營運的要求。碳纖維片材輕、現場粘貼無需重型設備、施工便利，便于橋下的高空作業，可在公路橋梁上推廣應用。
對于公路舊混凝土橋梁的加固方法，在工程上應用效果較好的是綜合法，即以某種加固方法為主，輔以其它方法，這必須依照橋梁現場的外觀檢查和技術狀況評定，加固設計要求而定。目前，粘貼碳纖維片材加固方法往往輔以裂縫灌漿、裂縫封閉等方法。
我國目前在工程中采用的碳纖維片材材料及配套樹脂類粘結材料，是以國外進口材料為主，國產產品較少，且產品的勻質性及低樹脂含量等技術指標上還有差距。這樣，進口的材料單價就顯高，這往往影響技術的經濟決策。因此，除了應盡快采取先進技術及措施使國產產品提高質量外，在碳纖維片材加固技術應用中，應當更多從加固效果，耐久方面來考慮橋梁加固后正常運營效益與經濟性。
在國外先進國家的科學研究工程實踐基礎上，結合我國公路舊橋的加固維修特點與經驗，盡快編制碳纖維片材加固技術的指南，以指導工程應用。？碳纖維片材加固補強公路混凝土橋梁是粘貼加固新技術，需要結合我國的工程特點進行深入研究和不斷提高，使我國公路舊橋加固維修技術達到新的水平。
中圖分類號：TQ342+.74 文獻標志碼：A
Latest Market Development of Carbon Fiber and Its Composite Materials
Abstract： The global production capacity of carbon fiber is anticipated to exceed 140 000 tons in 2020， and most of the leading companies of this industry have made plans to expand their capacities， including Toray， Mitsubishi， Toho Tena， Zoltek， etc. Besides the latest market development of carbon fiber， the application status-quo and development potential of carbon fiber and its composite materials in the fields such as wind power blade， civil structure， high pressure cylinder， electronic industry were also introduced in this article.
Key words： carbon fiber； carbon fiber composite； application field； market potential
目前聚丙烯腈基碳纖維（PAN-CF）開始邁入快速發展而激烈競爭的時代。根據預測，世界碳纖維市場需求將由2012年的4.1萬t左右發展到2020年的約14萬t，其中增長最快的是產業用途，預計2020年比2012年將增長 4 倍以上，即11萬t以上。新一代飛機、大型風電葉片、土木建筑材料、高壓容器、海洋工程和電子產業等是新市場的主力軍，而2015年后汽車及軌道交通等將逐步成長為大型市場。
表 2 為2005 — 2012年一季度日本三大碳纖維公司的銷售額及盈利情況，其中2013年三菱麗陽下滑最嚴重，為此自2012年秋至今大規模收購海內外預浸料及復合材料制品等下游企業，形成從丙烯腈原料至復合材料制品的完整產業鏈，以提高市場競爭力和擴大應用領域。
2020年，東麗的產能將達到 5 萬t/a，而ZOLTEK則為3.95萬t/a。預計2013年底，我國碳纖維生產廠將達到33家左右，產能從20 ～ 6 000 t/a不等，總設計產能約22 500 t/a，但2012年據統計總產量僅為2 400 t左右。由于國外公司向我國輸出的碳纖維售價低于我國企業的生產成本，因此除 4 ～5 家供應軍工的企業外全部虧損。
2.2 風能和潮能
根據世界風能協會的統計，2011年全球新設的風電能力為42 GW，比2010年增長20%，其中美國增長28%，而英國目前正在運行的風電裝置有4 510個，將再建1 183個，德國2012年和2013年預計各增長1 415和3 200 MW裝機容量。我國2011年風電的發電量僅占總電力生產的1%，計劃到2050年將增至17%。
目前重點發展近海風電場，據報道英國到2020年洋上風電將新增29 GW。圖 9 所示為英國威爾士North Hoyle正在運行的Vesta V80-2.0MW洋上風電場。
今后將朝著深海浮動式風電裝置發展。圖10和11分別為美國緬因大學先進結構與復材中心所研發的高20 m、葉片直徑達130 m的 6 MW浮動式洋上風電裝置的水下和水上圖。
據悉，到2013年，僅緬因州80 km長的海岸線上就將擁有156 GW的洋上風電產能，到2030年還將部署 5 GW的新裝置，并吸引2 000萬美元的私人投資，創造數千人就業。
西門子是全球最大的洋上風電葉片生產商，目前約占全球 7 成的市場份額，其每臺 6 MW的大型設備已實用化，其葉片皆采用碳纖維增強塑料（CFRP）。
潮力發電是今后的重要發展趨勢和CFRP的新市場，其能量轉變效率為40%以上，而一般風電為20% ～ 25%。2008年北愛爾蘭率先研發并投產1.2 MW的潮力發電設備，如圖12所示，到2015年在英國威爾士將設置 5 臺 2 MW的裝置。
2.3 土木建筑
CFRP用于建筑結構物的代鋼筋材料和補強材料，不僅可提高抗震能力，還可起到電磁波屏蔽作用，這對軍事設施是很重要的。
據報道，目前和今后較長時期內，全球都將處于第五期地震活躍期。據我國國家地震局的報告，我國可能發生 7級以上大地震的省會城市多達22個，可能發生7.5級以上特大地震的省會城市16個，因此碳纖維片材、CFRP板材和代鋼筋材料的需求量將逐年遞增。2012年我國碳纖維補強材料的需求量已超過1 000 t。
需要引起注意的是，我國補強用碳纖維的標準是采用T700級PAN-CF，這是不科學的，應該根據不同部位的要求選用不同質量和性能指標的PAN-CF，如表 4 所示。
由于全球車輛大增，許多原設計的橋梁底床逐漸發生疲勞劣化，有些隧道發生裂口而剝落，許多橋梁的橋墩已老化，一些高速公路的重要路面和飛機場跑道為防止因地震而發生龜裂都需要進行補強，僅日本每年的PAN-CF用量就多達90萬m2。
碳纖維補強材料的施工方法主要包括：①東麗碳纖維片材（圖13）或CFRP施工法，圖14為防止橋底的鋼筋凹陷和提高耐疲勞性的施工圖；②東麗碳纖維層壓材料（圖15）施工法，圖16為其煙囪耐震補強圖；③S-層壓材料施工法，主要用于鋼板表面通過環氧樹脂粘合劑的碳纖維補強法；④SR-CF施工法，這是清水建設公司所開發的方法，如圖17所示，采用碳纖維地腳螺栓（圖18）錨固。
帝人公司利用2012年12月建成的CFRTP（碳纖維增強熱塑性塑料）中試廠，與GM（通用汽車）等汽車公司合作，提供可“一分鐘成型”的技術與汽車結構部件等，目標是2015年應用于月產 1 萬輛的車種上，以期到2020年達到1 500億 ～2 000億日元的銷售額。
東麗通過參股歐洲的ACE、Diamler（EACC）和美國PCC汽車公司，收購泰國童夢復合材料（泰國）公司（賽車廠），在深圳投資 2 億日元成立東麗塑料（深圳）有限公司（TPSZ），新建2 500 t/a的CFRTP母粒廠，擴大CFRP汽車部件生產，以及與美國三大頂級汽車公司通用、福特和克萊斯勒等合作開發CFRP汽車部件，大力開拓歐亞太地區的汽車市場。
水菱塑料公司最近開發了碳纖維增強聚丙烯（CFRPP）汽車擋泥板，其剛性比以往的防撞器材可高出 5 倍以上。
東洋塑料精工公司開發了碳纖維增強尼龍和PPS汽車部件系列產品（圖 22），進一步擴大了在汽車、飛機和電子等方面的應用。
Axon汽車公司利用東麗的碳纖維開發了全CFRP汽車，比普通車減重50%以上。其一次結構材料采用3D碳纖維織物與聚乙烯（PE）泡沫塑料通過VARTM成型技術制成。
Motorsport公司生產了用碳纖維和Kevlar？（對位芳香族聚酰胺纖維）織物混合增強丙烯酸尿烷酯的賽車（圖23）部件（圖24），使車體減重56 kg，獲得了2013歐洲Rallycross錦標賽冠軍。
2.5 高壓容器
由于北美和英國的油頁巖氣突然興旺，作為壓縮天然氣罐和天然氣汽車燃料瓶的需求不斷擴大，推動了碳纖維纏繞氣瓶需求的猛增。為此三菱麗陽率先改造其在美國的碳纖維生產線，改產強度和模量兼優的小絲束PAN-CF，滿足該需求。
圖26為PAN-CF纏繞氣瓶的生產圖，圖27為該氣瓶的內部剖面圖，而圖28為裝有該天然氣瓶的英國新能源公共汽車。
碳纖維及其復合材料可謂朝陽產業，但競爭異常激烈。目前，我國的PAN-CF生產廠家正處于“百花齊放”的初級產業化階段，所采用的技術路線也多種多樣。今后 5 年將是我國碳纖維產業發展的關鍵時期，預計這一時期內我國PAN-CF部分廠家將出現停產、兼并、聯合、優勝劣汰及上、下游產業聯手合作的局面，但仍會保留10 ～ 20家能維持生產的企業。相信目前較為艱難的處境終將過去，前景光明。
參考文獻
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尼龍66本身雖是性能優異的工程塑料，但吸濕性大，制品尺寸穩定性差，強度與硬度也遠遠不如金屬，為了克服這些缺點，早在七十年代以前，人們就采用碳纖維或其它品種的纖維進行增強以改善其性能。用碳纖維增強尼龍材料近年來發展很快，因為尼龍和碳纖維都是工程塑料領域性能優異的材料，二者復合綜合體現了各自的優點，強度與剛性比未增強的尼龍高很多，蠕變小，尺寸精度好，熱穩定性顯著提高，耐磨，阻尼性優良，與玻纖增強相比有更好的性能[1，2]。
碳纖維增強尼龍66復合材料制備的傳統工藝一般都是將經過處理的碳纖維與尼龍66原生粒經螺桿進行擠出造粒，然后再通過二次加工型（注塑成型、層壓成型等）制得所需產品[3]。傳統工藝中的造粒過程都是采用分批進料（尼龍66粒子和碳纖維），批次差異無法克服，直接導致產品質量不均勻，物性指標低；又因傳統工程塑料改性加工技術的原料為顆粒狀，改性生產必須經過將固態轉化為熔融態的再熔融過程，能耗及生產成本相對較高，同時再熔融過程為高溫降解過程，產品理化性能必然會受到影響，降低產品質量。而本生產工藝是在尼龍66聚合的過程中加入碳纖維，有效降低尼龍66在二次熔融的過程高溫氧化的風險，生產工序簡潔，能耗少，成本低。
一、實驗部分
1.實驗儀器與試劑
尼龍66鹽溶液，為工業級，自制；抗氧化劑，分析純，科萊恩化工；光穩定劑，分析純，科萊恩化工；碳纖維，工業級，上海英嘉特種纖維材料有限公司。
真空干燥箱，DZX-3型（6020B）， 上海福瑪試驗設備有限公司；萬能試驗機，CMT4204型，美特斯工業系統（中國）有限公司；萬能制樣機，WZY—240，承德科承試驗機公司；塑料擺錘沖擊試驗機，ZBC1251-B型，美特斯工業系統（中國）有限公司。
2.工藝流程
在尼龍66連續聚合生產過程中，將經過真空干燥除水后的碳纖維經上料裝置，連續送入螺桿擠出機喂料口，然后經造粒系統造粒，得到碳纖維增強尼龍66粒子，最后再經干燥除水，通過注塑機制備出所需樣條。
3.力學性能測試
拉伸性能的測試標準按GB/T1040.2-2006進行，環境溫度為23±2℃、相對濕度為50±5%，樣品為啞鈴狀，采用電子式萬能試驗機檢測拉伸強度，拉伸速率為5mm/min，采樣5次進行測試，結果取平均值。
沖擊強度的測試標準按ISO179進行，環境溫度為23±2℃、相對濕度為50±5%，采用塑料擺錘沖擊試驗機進行缺口懸臂梁抗沖擊測試，采樣5次進行測試，結果取平均值。
彎曲性能的測試標準按GB/T9341-2000進行，測試環境溫度為23±2℃、相對濕度為50±5%，采用萬能試驗機檢測彎曲強度，采樣5次進行測試，結果取平均值。
二、結果與討論
三、結論
本文通過新工藝制得碳纖維增強尼龍66復合材料的力學性能達到傳統工藝制得復合材料的力學性能，并且與傳統工藝相比，此工藝簡單，能耗低、生產效率高，成本低，裝置運行穩定可靠，一次造粒最大限度的保持了尼龍66樹脂的新鮮度。
參考文獻
[1] 張淑芳. 增強增韌尼龍材料[J]. 工程塑料應用， 1991， 2：51.
橋梁加固工程需要尋找高性能、重量輕、具有長時間的耐久性的加固材料。碳纖維增強復合材具有這樣的功能，是一種具有發展潛力的復合材料。
1 橋梁加固方式
1.1 粘貼鋼板加固法。粘貼鋼板加固法是一種傳統的加固方法，如果橋梁的承載能力不足或者主鋼筋出現嚴重腐蝕的現象，主梁就會產生橫向的裂縫，這就需要采用錨栓及粘結劑，把鋼板錨固定在混凝土結構中承受拉力很弱的地方，把鋼板和橋梁結構粘合在一起，形成一個統一的結構，達到共同受力的目標，增強橋梁的承載能力。
1.2 增大截面加固方法。增大界面的加固方法也是一種傳統的加固方法，主要應用在梁柱的強度、剛度、穩定性和抗裂性的性能不足的情況，需要增加構建的截面增加鋼筋的配備，提高鋼筋的利用效率，這種方法能夠加大鋼筋混凝土截面增加的了配主筋，柱的截面也同樣能夠增大，柱子的承載力也都相應的增加。這種方式應用的非常廣泛。
1.3 體外預應力加固法。體外預應力的加固方式，是針對鋼筋混凝土或預應力混凝土梁或板出現預應力不足的情況下，采用的一種體外預加力的方式進行加固，采用這種方式能夠消除一部分的橋梁的自重力，起到直接卸載的作用，提高了橋梁的承載力度。這種加固的方式具有一定的優點。首先在橋梁的自重力很小的情況下，能夠改善原始結構的受力狀態，提高的結構的剛度和承重性能。其次在橋梁的承重能力比較小的情況，節省了墩臺及基礎的加固施工。最后，對于那些預應力的加固的方法，可以做為橋梁的臨時加固的手段，能夠提高橋的的承載力。
2 碳纖維加固技術分析
碳纖維是一種高性能的復合材料，采用這種方式進行加工，是把碳纖維片材浸含在樹脂系粘貼劑中，粘貼在混凝土構件的表面，表面的拉力變大，混凝土本身的承載力也達到了要求，實現了結構和承載力的加強。
2.1 碳纖維的性能。對碳纖維進行分析，按照力學的性能進行分析，包括：高模量（I型）碳纖維，這種材料的拉伸模量很高，同時具有很長的伸縮效率。高強度（II型）碳纖維這種材料的拉伸強度能夠達到3000MPa，可以拉伸到4000MPa以上。中等模量（III）材料能夠在200-300GPa之間，極限伸長率在1.5%-2.0%，在橋梁加固中是一種常用的材料。此外，按照材料進行分類，包括：碳纖維（CFRP），玻璃纖維（GFRP），芳綸纖維（AFRP），這三種。還可以按照排列的方式進行分類，包括：單向纖維片材和雙向纖維片材。
2.2 加固用碳纖維的力學性能指標。對橋梁加固中應用的碳纖維片材需要按照國家的指標進行測定，各種性能需要滿足下表的力學性指標。
表1 碳纖維片材主要力學性能指標
很多碳纖維的性能不同，但是采用的纖維復合材料的應力關系式相容的，受到拉力的性能呈現一種上升的趨勢，這是這種材料具有的重要性能。各種纖維材料的性能見圖1。
在圖1中，能夠看出，很多纖維復合材料都屬于復合型的材料，鋼筋本身也是一種延性材料，對鋼筋混凝土進行加固的時候，要考慮到脆性對建筑的影響。主要表現在以下兩個方面：（1）纖維復合材不具有延性，具有脆性，這種性能會限制混凝土橋梁的加固施工。（2）FRP材料的脆性性能夠限制應力的分布，這些因素影響了外貼的FRP材料的加固設計，不能夠采用鋼筋進行替換，要研究FRP材料的脆性性能，采用正確的方式進行施工。
圖1 各種纖維材料應力一應變關系圖
2.3 粘結劑等粘結材料的性能。碳纖維加固橋梁的時候，采用的粘結材料主要包括了底層樹脂、整平材料及浸漬或粘貼樹脂。這些材料的性能必須要滿足要，關于底層樹脂的作用是增強混凝土表面層，提高混凝土與材料的粘合程度，關于浸漬樹脂是粘貼碳纖維布的主要粘結材料，主要作用是使碳纖維絲束之間和混凝土充分粘結，以便到共同承載的效果。另外，樹脂是一種FRP復合材料，也是和混凝土進行粘合的材料，是非常值得關注的。
3 碳纖維復合材料加固的施工工藝
采用碳纖維復合材料對橋梁進行加固，施工的工藝是非常重重要的，施工的環節需要仔細。因為施工的質量直接關系到加固的效果，體現出材料的參數是否能夠達到標準，纖維復合材料跟混凝土表面是否粘結牢固，變形是否協調，邊界條件的差異大小，對加固的效果影響非常大。一般施工工藝流程如下：（1）關于施工準備階段，需要認真的閱讀施工的土質，按照要求和混凝土的實際情況，設計出施工方案，做好碳纖維和樹脂材料施工前期的準備。（2）對橋梁表面進行處理，清除橋梁表面疏松、蜂窩、腐蝕物質，露出橋梁表面的混凝土構造層，并把這個構造層修復平整，按照要求對橋梁產生的裂縫進行封閉的處理，其中被粘貼的混凝土都需要除去表面的浮漿、油污等，完全凝結之后才能夠進行施工。（3）涂刷底層樹脂及找平處理，在這方面需要按照規定配置樹脂，采用滾筒刷把樹脂均勻的涂抹在底部，待干燥以后才能夠進行下一道工序的施工。對于混凝土表面的那些凹凸位置要進行抹平的操作。（4）粘貼碳纖維布材，需要按照尺寸進行裁剪，按照要求配置相關的樹脂，在橋梁包面涂抹均勻才能夠進行粘貼。粘貼的時候，需要把碳纖維布用手輕壓貼于需粘貼的位置，用滾筒進行滾壓，擠除氣泡，注意纖維布不能夠損壞。粘貼結束后，要在表面涂抹浸漬樹脂，要求必須要均勻。（5）進行表面防護，需要按照相關的規定進行表面防護處理，保證各個部分都要全部黏貼。
4 施工工藝注意問題
中圖分類號： TP319 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）16?0087?05
Matlab?based algorithm for B reference value of carbon fiber reinforced polymer
DONG Ben?zheng1， LI Wei1， GAO Li?hong2， GUO Chao?long1， ZHA Meng2， JI Ai?hong1， DAI Zhen?dong1
（1. Institute of Bio?inspired Structure and Surface Engineering， NUAA， Nanjing 210016， China； 2. The First Aircraft Institute， AVIC， Xi’an 710089， China）
Abstract： B reference value is an important parameter to evaluate carbon fiber reinforced polymer （CRFRP）， thus the efficient and accurate computation for B reference value of CFRP is helpful to evaluate its properties. According to the aviation industry standard of HB7618?2009， the B reference value algorithm based on Matlab GUI module is developed， which can realize the functions of specimen inspection， abnormal data check， statistical distribution test， discrete coefficient correction and test， B reference value calculation. The calculated result of B reference value is exported in the Word format. In comparison with calculation results from the Aviation Industry Standard of HB7618?2009， the algorithm is accurate and reliable. It improved the calculation efficient of B reference value significantly.
Keywords： carbon fiber reinforced polymer； B reference value； statistical analysis； Matlab
0 引 言
碳纖維復合材料（Carbon Fiber Reinforced Polymer，CFRP）是以樹脂為基體，碳纖維為增強體的復合材料，作為一種先進的復合材料具有高比強度、高比模量、抗疲勞性等優點，正是這些獨特的特性使CFRP成為與鋁合金、鈦合金、鋼合金并列的四大航空材料之一[1?3]。飛機在服役的過程中會遇到各種各樣極端情況，例如低溫、高溫、潮濕環境，這都會影響CFRP的性能[4?6]。航空工業一般采用B基準值來評價CFRP的性能。為了得到CFRP在這些環境下的B基準值，就需要進行大量的實驗；根據航空工業標準HB7618?2009《聚合基復合材料性能數據表達準則》提供的計算步驟 [7]， B基準值的計算方法比較繁瑣。因而面對大量的實驗數據如何高效準確地計算B基準值對于實驗人員來說是急需解決的問題。現在對于B基準值計算方法仍然是借助Excel的手動計算為主，這種方式無疑計算耗時長，并且容易出錯，無法滿足快速處理大量實驗數據的要求。為了提高B基準值的計算效率，本文根據Matlab在矩陣運算、圖像處理和數值處理效率方面的優勢[8]，將B基準值的計算和Matlab相結合，利用其GUI（Graphical User Interface）模塊開發B基準值計算算法。
1 基準值計算原理
1.1 B基準值
為了保證材料的結構的可靠性和安全性，就需要用到一些高級的統計學方法來確定其合理的設計許用值，一般采用B基準值[7]。B基準值是建立在統計學上的衡量材料性能的參數，在95%的置信度下，90%性能數值群的值高于此值[9]。航空工業標準HB7618?2009關于B基準值的流程復雜，本文將著重從批次相容性檢驗、檢查異常數據、分布函數檢驗、離散系數修正與檢驗、B基準值計算及導出結果幾方面進行說明。
1.2 主要計算步驟
（1） 檢驗不同批次的實驗數據是否來自同一母體；檢驗方法是K樣本的Anderson ?Darling檢驗， 其統計公式如下[7]：
[ADK=n-1n2（k-1）i=1k1nij=1lhjnFij-njHjHj（n-Hj）-nhj4] （1）
如果ADK小于錯判臨界值ADC（5%錯判風險），則不同批次的實驗數據來自不同母體。如果相容性檢驗不通過的，為了增加樣本數據來自同一母體的可能性，采用1%錯判風險繼續判斷是否來自同一母體。
（1） 檢查異常數據。采用最大賦范殘差的方法定量的檢查異常數據：
[MNR=maxxi-xs] （2）
（2） 分布函數檢驗。根據經驗威布爾計算的B基值過于保守，因此優先檢驗樣本數據是否符合正態分布，如果不符合正態分布，再依次檢驗樣本數據是否服從威布爾分布和對數正態分布。
（3） 離散系數修正與檢驗：當離散系數低于4%時，容易忽略材料差異、實驗方法等方面的實際差異性，因此要對離散系數進行修正[10]，修正方法為：
[x*i=xi-α（xi）Δ] （3）
離散系數修正結束后，對不同環境下的樣本數據進行離散系數檢驗，離散系數的檢驗公式為：
[F=i=1k（wi-w）（k-1）i=1kj=1niwij-wi（n-k）] （4）
（4） 將不同環境下的數據歸一化，根據歸一化后的實驗數據的平均值和標準差計算B基準值。求出對應的折減系數，再與不同環境下樣本的平均值相乘，從而得到B基準值，折減系數的公式為：
[Bj=x-（kj）*s] （5）
2 程序實現
2.1 基準值算法的漸進流程圖和程序界面
圖1是根據航標HB7618?2009給出的計算步驟編制的程序流程圖，該程序流程圖包括了批次相容性檢驗、檢查異常數據、分布函數檢驗、離散系數修正與檢驗、B基準值計算及導出結果等功能。
圖1 B基準值算法的漸進流程圖
2.2 變量傳遞
B基準值的算法程序包含幾個不同的模塊（見圖1），而每一個模塊又包含了多個程序和子程序。為了實現變量在不同模塊和函數間進行傳遞，本文采用handles結構體和guidata函數來實現這個功能。在B基準值的算法程序界面中的所有控件使用同一個handles結構體，handles結構體中不僅保存了圖形窗口中所有對象的句柄，而且還可以獲取或設置某個對象的屬性。在程序的計算過程中需要將每一個模塊計算后的結果賦給handles結構體，以便于將這個變量傳遞到下一個計算模塊。而每次handles結構體添加了新的元素，guidata函數便會更新handles結構體，使handle結構體中的新添加元素可以傳遞到下一個模塊。guidata函數用法guidata（hObject，handles），其中，hObject是執行回調的控件對象的句柄，handle為結構體。handles結構體和guidata函數的用法如下所示：
function pushbutton13_Bvalue_Callback（hObject， eventdata， handles）
…
handles.Bvalue（j）=roundn（mean（nn_data（：））*Bj（j），?3）；
…
guidata（hObject，handles）
2.3 設置實驗環境
B基準值的算法界面程序首先要檢驗相同環境下不同批次的樣本數據是否來自同一母體。程序界面中包括四種實驗環境：低溫干態（CTD）、常溫干態（RTD）、高溫干態（ETD）、高溫濕態（ETW）， 為了避免母體檢驗的過程中不同環境下的樣本數據相互干擾，需要對程序界面中代表著不同實驗環境的復選框（Check Box）進行設置。當其中的一種環境的復選框處于選中狀態時，其他的三種環境的復選框需要設置成未選中狀態，這樣就可以避免相互干擾。下面是當CTD處于選中狀態，其他的三種實驗環境處于未選中狀態時的代碼：
if get（handles.checkbox1_CTD，′Value′）
set（handles.checkbox2_RTD，′value′，0）；
set（handles.checkbox3_ETD，′value′，0）；
set（handles.checkbox4_ETW，′value′，0）；
set（handles.checkbox5_hebing，′value′，0）；
end
當復選框處于選中狀態時，其Value值等于1；當復選框處于未選中狀態時，其Value值等于0。
2.4 分布函數檢驗
對于樣本數據的分布函數檢驗，本文采用Matlab本身的內置函數normplot（）和weibplot（）函數進行判斷。若樣本數據服從正態分布和威布爾分布，樣本數據點分布成一條直線，否則成一條曲線。至于樣本數據的對數正態分布檢驗，程序首先對樣本數據取對數將對數分布轉化為正態分布后，再用normplot（）函數檢驗是否服從正態分布。
在B基準值的計算過程中首先檢驗的是正態分布，可見樣本數據的正態分布對于B基準值計算的重要性。為了增加正態分布檢驗的準確性，本文除了采用normplot（）函數對樣本數據進行直觀的目視正態分布檢驗外，還借助函數H=jbtest（）對樣本數據進行進一步的正態分布檢驗。若H=0，則認X服從正態分布；若H=1，則否定X服從正態分布。對CTD環境下樣本數據進行正態分布檢驗的程序代碼如下，檢測結果如圖2所示。
…
normplot（handles.tdata（：））； %正態分布概率圖
handles.H=jbtest（handles.tdata（：））； %擬合優度檢驗
…
圖2 CTD環境下樣本數據進行正態分布檢驗圖
圖2中CTD環境下的樣本數據點分布大致成一條直線，并且檢驗結果H=0，表示接受正態分布假設。可見CTD樣本數據服從正態分布。
2.5 生成實驗報告
面對大量的實驗數據，書寫報告往往是重復性勞動工作，此時可以利用Matlab生成一表格模板，每次自動導入數據生成報告，這就可以節約大量的時間。Matlab作為一種面向對象的語言，它支持COM技術，利用它的COM編譯器可以把Matlab開發的程序轉換成方便使用的COM組件。而ActiveX控件技術是建立在COM技術之上，由微軟公司推出的共享程序數據和功能的技術。因此，Matlab可以利用ActiveX控件技術，在Matlab中調用Microsoft Word 程序插入表格，此時的Word是組件，是服務程序，而Matlab是控制器程序。下面是生成報告的部分程序代碼：
…
try
Word = actxGetRunningServer（′Word.Application′）；
%若Word服務器已經打開，返回其句柄Word
catch
Word = actxserver（′Word.Application′）；
%創建一個Microsoft Word服務器，返回句柄Word
…
Tables=Document.Tables.Add（Selection.Range，21，5）；
%插入一個21行5列的表格
…
Document.Save %保存文檔3 計算實例
本文根據航標HB7618?2009提供的范例數據來詳細說明B基準值的計算流程，并驗證程序界面計算的可靠性，如圖3所示。范例包含了所有實驗環境下的樣本數據，見表1。
圖3 B基準值程序界面
（1） 通過Anderson?Darling方法檢驗不同環境下的不同批次的實驗數據是否來自同一母體（依次勾選對應的實驗環境），檢驗后發現ETW（高溫濕態）環境下的三批樣本數據的ADK大于臨界值（ADK=2.258 2>ADC=1.917 4），可見該環境下三批數據來自不同母體，如圖4（a）所示。如果放大為1%錯判風險下， ADK小于臨界值（ADK=2.258 2
（2） 相容性檢驗檢驗結束后，根據公式（2）計算每一試樣的MNR值（單擊異常數據檢查），如果MNR值大于臨界值，那么就可以判斷該試樣為異常值。對于能夠反映材料、工藝參數和實驗環境的差異性的異常數據需要保留。而當異常數據是由不合格的試樣、實驗設備和夾具的缺陷造成時，異常數據要刪除（單擊刪除異常數據，見圖3），否則就會導致統計結果的失真。
圖4 母體檢驗
（3） 對不同環境下實驗數據進行正態分布假設檢驗，如果不符合正態分布再依次檢驗是否服從威布爾分布和對數正態分布。
（4） 檢驗相同環境下樣本數據的離散系數是否小于4%（單擊離散系數）。由于較低的離散系數容易忽略材料和實驗方法等方面的差異性，因此對于小于4%的情況，程序會根據式（3）將離散系數修正為4%。修正后的數據平均值保持不變，原來小于平均值的數據變得更小，原來大于平均值的數據變得更大（見圖5）。然后，再檢查不同環境下離散系數是否相等，根據公式（4）計算F值小于臨界值（F=2.38
圖5 離散系數修正圖
（5） 合并不同環境下的實驗數據再一次進行正態分布檢驗（勾選合并，見圖3）。在第（3）步中已經驗證每種環境下的實驗數據的是否符合正態分布，如圖6（a）所示，由圖6（b）可見合并后的實驗數據依然符合正態分布。然后，用每種環境下的樣本均值對數據進行歸一化，求出歸一化后合并數據的平均值、標準差和離散系數見表1。
根據公式（5）可以求出相應的環境下的折減系數Bj，并與不同環境下的樣本數據平均值相乘，從而獲得B基準值。
圖6 數據的正態分布檢驗
為了驗證程序的可靠性，采用標準中提供的范例中的計算結果進行對比說明。表2中列出了在四種不同實驗環境下的程序計算結果和航標HB7618?2009提供的結果。從表中的數據對比可以發現誤差在+0.3%以內，誤差主要由容限系數和折減系數的近似計算造成。可見程序計算的結果符合工程精度（誤差±5%）的要求，此外相比于借助Excel的手動計算法方法，效率顯著提高。
4 結 語
本文根據航空工業標準HB7618?2009給出的B基準值的計算步驟，將Matlab的GUI模塊與B基準值的計算相結合開發出B基準值的計算程序。相比于借助Excle的手動計算方法，該程序界面具有以下優點：
（1） 程序可以判斷樣本是否來自同一母體，還具有異常數據處理、統計分布檢驗、離散系數檢驗與修正等功能，最后實驗結果以Word格式導出。
（2） 使用該程序進行B基準值的計算方便快捷、效率高，并且具有良好的人機界面，顯著提高了B基準值的計算效率。
表2 不同環境下計算結果對比
參考文獻
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碳纖維復合材料可簡稱為CFRP，具有高強、輕質、耐輻射及耐紫外線等優點，CFRP由于比其他復合材料更占據優勢，獲得較好的發展及應用，其最初僅應用在軍事、航天及船舶工程里，隨著應用范圍不斷擴大，也被廣泛應用在了基礎設施及土木建筑工程的建設當中，CFRP在我國土木建筑及基礎設施方面研究及應用是比較晚的，大約在1996年左右才開始的，現在研究及應用大多集中在片材加固及混凝土修復方面，并且在這方面的理論及技術上已經比較成熟。
一、CFRP材料在土木建筑及基礎設施里的特點
CFRP材料在基礎設施及土木建筑的應用主要具有下列特點，一是CFRP材料具有可設計性，當纖維復合材料或者CFRP作為結構材料進行應用的時候，因為是增強材料及基體材料組合，不僅能夠保持原來分材料一些特點，在組合之后，還能發揮組合之后的一些新特性，可依據結構的需要來設計，從而滿足單一材料所無法滿足的一些性能要求；二是CFRP具有高強度及輕質特點，其抗拉強度比較高，與普通鋼筋相比，順纖維方向的抗拉強度要大得多，當然其均勻性要比鋼材要稍微差一些，并且各向異性，使得抗剪及抗多軸向力的強度也要低一些，其質量非常的輕，密度僅是鋼材密度的1/5，在施工安裝的時候是比較方便的；三是抗疲勞性及耐腐蝕性能比較好，通常鋼筋等金屬疲勞強度是拉伸強度的50%左右，可纖維復合材料疲勞強度一般是拉伸強度70%以上，具有較好的抗疲勞功能，一般建筑材料，像鋼筋等是不耐腐蝕的，特別是在近海工程里，容易和周圍空氣、化學物質及海水等發生反應，讓基礎設施建設及土木建筑工程無法有效發揮出應有作用，造成較大損失，像CFRP等纖維復合材料具有比較好的耐腐蝕性能，用CFRP材料所制成設備及構件具有較好耐堿、酸及鹽等化學物質侵蝕；四是抗震性能及安全性能比較好，CFRP材料和原有建筑材料相比，自振頻率比較高，不會出現共振情況，并且在加載頻率及速度之下，基本上不會出現由于共振產生快速斷裂的情況，并且在纖維復合材料里，具有較多獨立纖維如果復合材料承載過量也不會馬上發生纖維斷裂，即使有少量的纖維斷裂，也會吧載荷重新分配到其他沒有被損壞纖維上面，從而防止基礎設施及土木建筑工程構件瞬間失去承載能力產生斷裂；五是具有較強美學欣賞可塑性，CFRP材料是比較柔軟的，產品形狀基本上不受限制，能夠任意著色，把結構形式及材料美學進行結合統一。
二、CFRP材料在基礎設施及土木建筑里的應用
1. CFRP能夠增強混凝土應用
在基礎設施及土木建筑里，混凝土均是不可缺少的應用材料，并且使用量非常大，通常使用鋼筋增加強度，可鋼筋自身一般具有容易受到酸堿作用的腐蝕，也會對混凝土造成一定破壞，這就需要尋找新型混凝土產品，在這種情形下，纖維混凝土應運而生，它是對混凝土創新，最早所使用的是玻璃纖維、鋼纖維及維綸來增強混凝土，現在一般是運用CFRP材料來增強混凝土。纖維材料自身具有模量、強度、斷裂長度及空間結構等決定了混凝土性能，運用CFRP材料能夠增強混凝土的拉伸強度、防裂性能及抗彎強度，能夠用作裝飾材料，也可以用作護墻板、墻板及主體建筑物等。原有混凝土結構具有劣化及腐蝕等問題，尤其是鋼材銹蝕是最常見的，并且還會發生安全事故，后來使用了鋼纖維，可鋼纖維具有成本高及容易腐蝕的問題，其應用是比較有限的，后來玻璃纖維拉伸強度要比鋼筋優越的多，并且重量也僅是鋼筋重量的1/4，受到海水及水泥侵蝕程度要遠比鋼筋低得多，可玻璃纖維具有容易折斷及不耐堿的特點，并且應用具有污染性，而碳纖維具有高強度、低密度及高硬度等特點，并且彈性模量及抗拉強度均比較高，還能導磁導電、耐高溫、耐磨損、耐惡劣環境且能和混凝土良好粘結，使得CFRP混凝土得到了較為廣泛應用，當然由于碳纖維具有導磁導電特點，有些建筑是不能應用的，像日本學者就運用纖維氈當作吸附電磁波功能的組分，進行輕質及防震功能幕墻，這種CFRP材料不僅能夠屏蔽電磁波，還能夠運用交通智能系統的應用，CFRP材料諸多優點使得它在土木建筑及基礎設施建設里備受青睞。
2. CFRP在結構補強材料里的應用
CFRP材料主要應用在基礎設施及土木建筑工程結構的補強材料里，原有補強材料主要是鋼板，具有自重大、易老化、耐腐蝕差及施工不方便等缺點，現在所應用補強材料一般是CFRP材料，一般比較適合鋼筋混凝土的結構變更、強度不足、存有裂縫及荷重增加等加固的修補工程里，和原有粘鋼板技術比較，這種CFRP加固技術具有高效高強、維護性能好、施工方便、質量高、適用廣及智能化等優點，其具體表現是CFRP本身具有輕質高強的特點，并且對原來結構影響不大情況下，能夠有效提高加固構件抗剪、抗彎及抗震等性能；而碳纖維的輕質柔性特點，能夠手工纏繞混凝土表面，不需要運用大型的機具，更不需要五十作業及焊接，并且噪聲和灰塵也很小；其防護及維護性能比較好是由于碳纖維具有較好的耐久性能及耐腐蝕性能，能夠抵抗各類堿鹽酸造成結構物腐蝕，并且運用這種加固技術處理之后，不用定期維護，自身就對混凝土內部起到保護作用；其片材柔軟的特點，能夠對各種結構及類型建筑物給予修補，以達到不用改變結構的形式及結構外觀效果情況下完成修補，適用面是非常廣的；并且還能夠實現智能化，CFRP片材做成的加固材料，能夠依據加固修復位置的導電性能情況，來安全檢查及診斷此部位的情況，像瑞士就運用這種復合材料，對跨長39m伊巴赫橋損壞的加固，讓其滿足了需要承載能力要求。
3. CFRP應用存在一些問題
CFRP在基礎設施及土木建筑工程里，得到了較為廣泛應用，可是依然存在一些問題，像CFRP在加固混凝土方面取得了較大成就，可在加固結構力學性能方面還不是很完善，數值計算及理論分析研究比較有限，對于加強混凝土破壞模式方面研究不是很深入，有關加強構建剛度、彎曲及剪切延性等給予了關注研究及應用，可綜合因素所造成加固材料數量、登記及施工工藝方面影響還是有些欠缺的。我國PAN碳纖維強度通常在2000-3000Mpa間，其彈性的模量為2100000Mpa上下，這個性能能夠滿足加固的要求，可預浸料生產及加工的成品質量還存在比較大的欠缺，使其材料國產化是個比較關鍵的問題，并且加固技術方面還缺少較為完善國內標準及規范制度，需要制定自己標準及相關施工指南，讓建筑工程開展更具有規范性及可依靠標準。
結束語：
隨著建筑工程規模及數量不斷增大，CFRP材料應用越來越廣泛，國外雖有較多碳纖維產品，可我國大規模開發及應用不能完全依賴進口，要想降低成本和發展民族工業，就需要加強CFRP材料的國產化，并且不斷加強CFRP材料研究及建筑工程應用，讓CFRP材料真正發揮自身優點，降低建筑工程成本，提高其經濟效益及社會效益。
參考文獻：