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[摘 要]近年来，随着我国社会经济的不断发展，基础设施和土木建筑工程的规模及数量也在不断的增加。碳纤维复合材料作为一种高新技术产品，密度较低、强度较大，并且具有耐高温、耐腐蚀、抗蠕变、耐久性能好、导电性能好、传热及热膨胀系数较小等一系列的优点。它既可作为功能材料发挥相关的作用，又可作为结构材料承载一定的负荷。因此近些年来纤维复合材料的发展速度不断上升，其性能也在不断的完善和提高，并且在航空及航天、化工及能源、汽车及环境工程、土木建筑、交通运输、电子工业、运动器材等许多领域得到了广泛的应用，因此，碳纤维复合材料在基础设施和土木建筑的应用前景是极为广阔的。
[关键词]基础设施 土木建筑 碳纤维复合材料 应用
中图分类号：S969.1 文献标识码：S 文章编号：1009―914X（2013）34―0305―01
引言
碳纤维主要是由碳元素组成的一种特殊纤维材料，其含碳量随种类的不同而不同，一般在百分之九十以上，因此碳纤维复合材料具有一般碳素材料的特性，具有高强度、轻质量、耐辐射及耐紫外线等优点，因此比其他一般的复合材料占据更多的优势，可以获得更好的发展和应用，其最开始仅仅是应用在军事、航空航天及船舶工程等方面，再后来随着其应用范围的不断扩大，也被广泛的应用在了基础设施及土木建筑工程的建设当中，另外在民用工业也获得广泛应用，而且我国现在的研究及应用大多数集中在混凝土修复及片材加固等方面，并且在这方面的理论研究及革新技术上已经相当的成熟。
一、在基础设施和土木建筑中采用碳纤维复合材料的优点
事实证明基础设施和土木建筑中采用碳纤维复合材料可以大大的提高施工的效率和施工的安全性，以下是其具体的一些优点：
（一）强度增加、质量减轻、具有一定的耐腐蚀性
碳纤维复合材料的硬度和强度都比钢材要强得多，而且因为碳纤维复合材料的密度较小，大约是刚才的四分之一左右，因此如果用碳纤维复合材料来取代钢材可以使结构的质量大大的减轻，强度大约可以增加六倍，，并且其以后的维护费用可以减少，而工作寿命和服务年限可以大幅度的增加。近年来，大量的调查表明每年腐蚀给基础设施领域方面带来的损失无法估计，世界现有的桥梁每年都有一定强度的锈蚀损伤，但是如果用碳纤维复合材料来代替传统的钢材将会大大减少由于腐蚀造成的损失，减少国家经济方面的损失，而且为人民提供一个更加稳定安全的生活环境。
（二）抗震能力比较强
使用用碳纤维复合材料制造的外套可以增强的水泥的桥墩和桥柱的抗地震能力，与使用钢筋增强的水泥的桥墩和桥柱相比较而言更加的牢固，另外由于用碳纤维复合材料外套增强的水泥的桥墩和桥柱可以拥有更大程度的允许的弯曲变形，而且用碳纤维复合材料增强的水泥的桥墩和桥柱的压缩允许变形量，会随着增强后的横向或侧面而成数量级地增加，碳纤维复合材料所制造的外套使水泥桥墩和柱子的侧向刚度得到大幅度的提高了，抗剪切应力的能力也有了进一步的提高，因为剪切应力往往主要引发裂纹的发生，因此使用碳纤维复合材料制造的外套可以大幅度的增强桥梁抗震能力。
（三）耐久性好、寿命长
碳纤维复合材料具有极好的耐久性。日本三菱化学公司曾经对用于基础设施的碳纤维复合材料做了相关的实验。研究结果表明了将碳纤维复合材料常年曝露于室外对碳纤维复合材料的拉伸强度和粘结强度没有任何影响。后来又做了更长时间的加速曝露试验，同样结论也表明碳纤维复合材料的拉伸强度和粘结强度没有任何变化。另外碳纤维复合材料具有很长的寿命，主要是因为碳纤维复合材料具有较强的强度、较轻的质量、较强的耐腐蚀性和很强的抗震能力，因此用碳纤维复合材料来代替普通的钢材是很明智的选择。
二、碳纤维复合材料在基础设施和土木建筑中应用
在基础设施和土木建筑中采用复合材料，可以使其质量减轻，但是强度却增强，而且硬度更好，对震荡和振动的吸收能力更好，且使用寿命大大的延长，另外具有抗腐蚀和无磁性，易于现场施工和树脂体系在室温下固化，有利于基础设施和土木建筑的进一步发展。
（一）碳纤维增强混凝土的应用
碳纤维复合材料增强混凝土主要指的是利用短纤维或长纤维增强的混凝土材料，它主要用作高层建筑的外墙的墙板，或者用于海洋工程、大跨度桥梁及需要电磁透过的工程结构或者结构需要加固的场合，碳纤维增强混凝土具有在土木建材领域用量最大的水泥所不具备的优良的机械性能，例如耐自然温差的性能、防水渗透的性能、甚至是尺寸的稳定性和持久的机械强度，碳纤维增强混凝土还可以有效实现对混凝土结构件的在线检测 和安全监控，从而实现对土木建筑的智能化管理。因此碳纤维增强混凝土一定会有更好的发展前景。
（二）碳纤维加固材料的应用
事实证明采用碳纤维材料加固混凝土结构技术是一种耐腐蚀性能优异，操作简单，工艺性能好的新型高效的混凝土结构加固技术，不但可以取得比于钢板的更好的加固效果，而且结构重量没有增加，外表也更加的轻巧美观，具有良好的耐久性，不会生锈，并且具有耐酸、碱和大气环境腐蚀等抗化学作用，碳纤维加固一般可以采用手工制作，可以加快施工的进度，有形状各异的不规则形，例如方形、矩形、六角形等，而且加固后均可保持物体原来的形状，并不影响表面进行装饰，因此使用的更加广泛。
（三）碳纤维复合材料棒材的应用
近年来，钢材和中碳钢增强混凝土是土木建筑中最广泛使用的结构材料，但是钢材的容易腐蚀会很大程度的破坏建筑，而碳纤维基复合材料棒材将会是替代建筑材料使用钢材的一种新型的高性能建材的重要品种，碳纤维复合材料棒材重量只有钢材的四分之一，而且不腐蚀、不导电，热膨胀系数与钢材相比也更加接近混凝土，另外碳纤维复合材料棒材與中碳元钢相比较，增强强度和弯曲强度都有很大程度上的增加，最重要的是粘结强度要比元钢和水泥的高大约百分之五十左右，但价格要比钢材高一些。因此碳纤维复合材料棒材主要用桥梁建筑、高速公路、化工厂等一些大型建筑中。
总结
碳纤维复合材料在基础设施和土木建筑中的应用为我国的工业发展开辟了一个新的时代，在桥梁和建筑的修复与补强上具有十分重大实用价值和经济意义，在基础设施和土木建筑等方面一也定会有广阔应用前景，另外世界各国在基础设施和土木建筑中采用碳纤维复合材料方面已有较成熟的经验，我们应该好好好地借鉴，我国现在在碳纤维复合材料的应用方面才刚刚起步，在质量控制、顶层设计、开发计划、研究规划、和标准制订等方面都有待进一步建立、加强与完善，相信在我们的共同努力下，碳纤维复合材料的发展前景一定会更好。
参考文献
[1]碳纤维复合材料在基础设施和土木建筑中的应用 [期刊论文] 《玻璃钢/复合材料》 ISTIC PKU -2004年1期-赵稼祥
[2]碳纤维复合材料在基础设施和土木建筑上的应用 [期刊论文] 《高科技纤维与应用》 -2003年5期-赵稼祥
[3]CFRP材料在桥梁加固工程中的应用 [期刊论文] 《桥梁建设》 ISTIC PKU -2001年1期陈开利
[关键词]基础设施 土木建筑 碳纤维复合材料 应用
中图分类号：S969.1 文献标识码：S 文章编号：1009―914X（2013）34―0305―01
引言
碳纤维主要是由碳元素组成的一种特殊纤维材料，其含碳量随种类的不同而不同，一般在百分之九十以上，因此碳纤维复合材料具有一般碳素材料的特性，具有高强度、轻质量、耐辐射及耐紫外线等优点，因此比其他一般的复合材料占据更多的优势，可以获得更好的发展和应用，其最开始仅仅是应用在军事、航空航天及船舶工程等方面，再后来随着其应用范围的不断扩大，也被广泛的应用在了基础设施及土木建筑工程的建设当中，另外在民用工业也获得广泛应用，而且我国现在的研究及应用大多数集中在混凝土修复及片材加固等方面，并且在这方面的理论研究及革新技术上已经相当的成熟。
一、在基础设施和土木建筑中采用碳纤维复合材料的优点
事实证明基础设施和土木建筑中采用碳纤维复合材料可以大大的提高施工的效率和施工的安全性，以下是其具体的一些优点：
（一）强度增加、质量减轻、具有一定的耐腐蚀性
碳纤维复合材料的硬度和强度都比钢材要强得多，而且因为碳纤维复合材料的密度较小，大约是刚才的四分之一左右，因此如果用碳纤维复合材料来取代钢材可以使结构的质量大大的减轻，强度大约可以增加六倍，，并且其以后的维护费用可以减少，而工作寿命和服务年限可以大幅度的增加。近年来，大量的调查表明每年腐蚀给基础设施领域方面带来的损失无法估计，世界现有的桥梁每年都有一定强度的锈蚀损伤，但是如果用碳纤维复合材料来代替传统的钢材将会大大减少由于腐蚀造成的损失，减少国家经济方面的损失，而且为人民提供一个更加稳定安全的生活环境。
（二）抗震能力比较强
使用用碳纤维复合材料制造的外套可以增强的水泥的桥墩和桥柱的抗地震能力，与使用钢筋增强的水泥的桥墩和桥柱相比较而言更加的牢固，另外由于用碳纤维复合材料外套增强的水泥的桥墩和桥柱可以拥有更大程度的允许的弯曲变形，而且用碳纤维复合材料增强的水泥的桥墩和桥柱的压缩允许变形量，会随着增强后的横向或侧面而成数量级地增加，碳纤维复合材料所制造的外套使水泥桥墩和柱子的侧向刚度得到大幅度的提高了，抗剪切应力的能力也有了进一步的提高，因为剪切应力往往主要引发裂纹的发生，因此使用碳纤维复合材料制造的外套可以大幅度的增强桥梁抗震能力。
（三）耐久性好、寿命长
碳纤维复合材料具有极好的耐久性。日本三菱化学公司曾经对用于基础设施的碳纤维复合材料做了相关的实验。研究结果表明了将碳纤维复合材料常年曝露于室外对碳纤维复合材料的拉伸强度和粘结强度没有任何影响。后来又做了更长时间的加速曝露试验，同样结论也表明碳纤维复合材料的拉伸强度和粘结强度没有任何变化。另外碳纤维复合材料具有很长的寿命，主要是因为碳纤维复合材料具有较强的强度、较轻的质量、较强的耐腐蚀性和很强的抗震能力，因此用碳纤维复合材料来代替普通的钢材是很明智的选择。
二、碳纤维复合材料在基础设施和土木建筑中应用
在基础设施和土木建筑中采用复合材料，可以使其质量减轻，但是强度却增强，而且硬度更好，对震荡和振动的吸收能力更好，且使用寿命大大的延长，另外具有抗腐蚀和无磁性，易于现场施工和树脂体系在室温下固化，有利于基础设施和土木建筑的进一步发展。
（一）碳纤维增强混凝土的应用
碳纤维复合材料增强混凝土主要指的是利用短纤维或长纤维增强的混凝土材料，它主要用作高层建筑的外墙的墙板，或者用于海洋工程、大跨度桥梁及需要电磁透过的工程结构或者结构需要加固的场合，碳纤维增强混凝土具有在土木建材领域用量最大的水泥所不具备的优良的机械性能，例如耐自然温差的性能、防水渗透的性能、甚至是尺寸的稳定性和持久的机械强度，碳纤维增强混凝土还可以有效实现对混凝土结构件的在线检测 和安全监控，从而实现对土木建筑的智能化管理。因此碳纤维增强混凝土一定会有更好的发展前景。
（二）碳纤维加固材料的应用
事实证明采用碳纤维材料加固混凝土结构技术是一种耐腐蚀性能优异，操作简单，工艺性能好的新型高效的混凝土结构加固技术，不但可以取得比于钢板的更好的加固效果，而且结构重量没有增加，外表也更加的轻巧美观，具有良好的耐久性，不会生锈，并且具有耐酸、碱和大气环境腐蚀等抗化学作用，碳纤维加固一般可以采用手工制作，可以加快施工的进度，有形状各异的不规则形，例如方形、矩形、六角形等，而且加固后均可保持物体原来的形状，并不影响表面进行装饰，因此使用的更加广泛。
（三）碳纤维复合材料棒材的应用
近年来，钢材和中碳钢增强混凝土是土木建筑中最广泛使用的结构材料，但是钢材的容易腐蚀会很大程度的破坏建筑，而碳纤维基复合材料棒材将会是替代建筑材料使用钢材的一种新型的高性能建材的重要品种，碳纤维复合材料棒材重量只有钢材的四分之一，而且不腐蚀、不导电，热膨胀系数与钢材相比也更加接近混凝土，另外碳纤维复合材料棒材與中碳元钢相比较，增强强度和弯曲强度都有很大程度上的增加，最重要的是粘结强度要比元钢和水泥的高大约百分之五十左右，但价格要比钢材高一些。因此碳纤维复合材料棒材主要用桥梁建筑、高速公路、化工厂等一些大型建筑中。
总结
碳纤维复合材料在基础设施和土木建筑中的应用为我国的工业发展开辟了一个新的时代，在桥梁和建筑的修复与补强上具有十分重大实用价值和经济意义，在基础设施和土木建筑等方面一也定会有广阔应用前景，另外世界各国在基础设施和土木建筑中采用碳纤维复合材料方面已有较成熟的经验，我们应该好好好地借鉴，我国现在在碳纤维复合材料的应用方面才刚刚起步，在质量控制、顶层设计、开发计划、研究规划、和标准制订等方面都有待进一步建立、加强与完善，相信在我们的共同努力下，碳纤维复合材料的发展前景一定会更好。
参考文献
[1]碳纤维复合材料在基础设施和土木建筑中的应用 [期刊论文] 《玻璃钢/复合材料》 ISTIC PKU -2004年1期-赵稼祥
[2]碳纤维复合材料在基础设施和土木建筑上的应用 [期刊论文] 《高科技纤维与应用》 -2003年5期-赵稼祥
[3]CFRP材料在桥梁加固工程中的应用 [期刊论文] 《桥梁建设》 ISTIC PKU -2001年1期陈开利