引言：
世界上原本沒有建筑，“上古穴居而野處，后世圣人易之心宮室，上棟下宇，以蔽風雨”。秦朝建皇陵“合采金石，冶銅錮其內“；漢代未央宮”以木蘭為棼，文杏為梁柱“；晉初，武帝即位，即營太廟“致荊山之木，采華山之石，鑄銅柱十二”。正是隨著人們對建筑材料的開發與應用，輝煌宏大的種種建筑才成為可能。建筑材料的性能和質量以及品種造價直接影響著建筑結構的形式。
正文：
一、碳纖維具有高強度：
碳纖維是一種力學性能優異的新材料，它的比重不到鋼的1/4，碳纖維樹脂復合材料抗拉強度一般在3500Mpa以上，是鋼的7-9倍，抗拉彈性模量為23000-43000Mpa亦高于鋼。因此CFRP的比強度即材料的強度與其密度之比可達到2000Mpa/(g/cm3)以上，而A3鋼的比強度僅為59Mpa/(g/cm3)左右，其比模量也比鋼高。材料的比強度愈高，則構件自重愈小，比模量愈高，則構件的剛度愈大，從這個意義上已預示了碳纖維在工程的廣闊應用前景，綜觀多種新興的復合材料(如高分子復合材料、金屬基復合材料、陶瓷基復合材料)的優異性能， 不少人預料，人類在材料應用上正從鋼鐵時代進入到一個復合材料廣泛應用的時代。
碳纖維為極細纖維，其單位強度高但直徑極小，藉山環氧樹脂結合成一體后在纖維方向上具有高抗拉強度，初期應用于航空太空產品上，后來大量應用于釣魚桿、網球拍、羽毛球拍、高爾夫球桿及高級自行車等輕量而高強度的物品上，其特性除強度外，抗腐蝕性佳，并且沒有疲勞老化現象，自問世以后已有三十余年的使用經驗，但在鋼筋混凝土的加固上則約在十年左右。
在構造物的加固設計上，一般原則上避免兩種性質差異過大的材料結合在一起，而碳纖維的強度雖然甚高，但是其彈性系數卻與鋼筋相差不多，由鋼筋混凝土的使用經驗研判，碳纖維用于鋼筋混凝土的加固上下會有搭配問題，因此可以用于彌補鋼筋混凝土內鋼筋的抗拉不足部分。而就如鋼筋與混凝土間的握裹力一般，碳纖維需借助膠粘劑與混凝土的結合，兩者之間的結合必須大于混凝土本身的抗剪強度，這種膠粘劑涂抹于平整的混凝土表面，一般稱之為底層樹脂，其粘度通常較低，易于滲入混凝土內與混凝土結合而成類似樹脂混凝土，可以加強混凝土強度，并與碳纖維密切結合，有效傳遞剪力，而使碳纖維與混凝土結合成一體，達到補強的效果。
二、碳纖維的發展應用：
1850年，就有碳纖維的研制和應用，碳素燈絲就是最好的例證，此后的研究應用一直處于停滯狀態，到上世紀五十年代隨著工業技術的發展和軍事工業的要求，碳纖維的研制和生產，相繼解決了原絲的選擇和高溫碳化的工業生產工藝，使碳纖維應用才進入到一個新階段。首先是在航空航天等軍事領域的應用，逐步擴展到高級民用工業，而真正用于建筑工程結構加固也就只有近十多來年的歷史。
碳纖維和石墨纖維一般統稱為碳纖維，含碳量都在95%以上，但碳元素只有在高溫高壓下才能熔融，不可能直接從碳元素制取碳纖維，理論上任何有機纖維經碳化后均可制成碳纖維，實際上目前具有工業意義的原絲僅有聚丙烯腈纖維(PAN)和中間相瀝青，各國生產碳纖維主要是以聚丙烯腈纖維為原料，經過高溫碳化等特殊工藝加工成極細的纖維絲(直徑5-10μm)，提高單絲強度，使一定量纖維的表面積增大很多，更利于加強與樹脂膠的結合。
過去制約碳纖維加固技術應用的因素之一是原絲和成品的價格，剛研制成功時每公斤的碳纖維原絲價在1000美元以上，當前已降至30美元以下；碳纖原絲產量最高的國家仍是日本和美國，而以碳纖布商品進入中國大陸市場的則有日本、法國、瑞士和臺灣等地的產品，用進口原絲加工編織的國產碳纖布亦開始進入市場，市場競爭日趨激烈，價格正在逐漸下降。
碳纖維成品在土木工程中應用主要有纖維布、纖維板、棒材、型材、短纖維等，各有不同的使用范圍，而當前加固工程中用量最大和最普遍的還是碳纖維布(片)，碳纖維布常用的規格是200g/m2和300g/m2，厚度分別是0.111mm和0.167mm；碳纖維復合板厚度一般為1.2-1.4mm，由3-4層碳纖布經過樹脂浸漬固化而成，主要用于梁、板的加固，用纖維板加固的結構，外形規整，施工簡便，但原材單價較高，國內使用尚不普及。
高性能碳纖維布的最主要指標仍是其強度、彈性模量和斷裂伸長．一般抗拉強度都在3500 Mpa 以上，彈模在230000 Mpa 以上, 伸長率在1.4%以上，結構加固主要是利用碳纖維的高抗拉性能，廣泛用于鋼筋混凝土結構的梁、板、柱和構架的節點加固，也很適合用于古建筑物或砌體結構的維修加固，恢復和提高結構的承載能力和抗裂性能，國內外成功的應用實例已不勝枚舉。1995年日本板神大地震和臺灣大地震后之后，碳纖維作為耐震補強材料和技術的地位得到了進一步的發展和確定。
近年來在國內不少高等院校、科研部門、和各大設計院參與到對碳纖維的應用和研究，目前國家還沒有頒布正式的設計和施工規范，在建設部確定的研究項目中,已包括有“纖維增強復合材料(FRP)用于城市橋梁的加固與修補研究”、“碳纖維材料加固混凝土結構新技術”等課題，碳纖維的應用研究已得到國家的重視。
三、碳纖維在施工中應注意的事項：
構造：對于受彎構件碳纖布是粘貼于受拉區，以補充鋼筋的不足，粘于梁的兩側，以提高梁的抗剪能力，纏繞于混凝土柱外側約束了混凝土的側向變形，可以高柱的承載能力和柱的軸壓比，纏繞于桁架的節點可使節點得到整體的加固。碳纖布的層數可通過計算確定，考慮到各層的共同工作系數，抗疲勞的能力和避免脆性破壞，一般建議不宜超過5層；從受力性能角度，單層優于多層，窄幅優于寬幅；必要時縱向可以搭接，搭接長度不得少于100mm，要保證碳纖維端部有可靠的錨固，除滿足計算要求外，還應有必要的構造措施。
粘貼：粘結劑的性能和粘貼工藝是使被加固構件與碳纖維布共同受力的保證，要求粘結劑對被粘貼界面和碳纖布有高的粘結力和強度，抗拉、抗壓、特別是粘貼抗剪強度應遠高于混凝土相應的強度，粘結劑對界面和碳纖維布都要有良好的滲透性和相容性，具有抗沖擊、耐疲勞、抗老化等優異性能，因此應該采用專用的粘結劑。
完善的施工工藝是加固效果的重要因素，主要的要求是：清理、修復、整平被粘貼面，被粘貼面應干燥、防潮；采用專用的工具，涂布粘度較大的粘結劑，對碳纖布經過適度的輾壓，使粘結劑充分浸漬于單絲中；消除氣泡，不允許出現離殼、亂絲、鄒折、扭曲的現象；完善的工藝和訓練有素的工人，可以做到有效的粘貼面積在99%以上，使碳纖維的性能真正得以發揮。
四、碳纖維的缺點：
碳纖維整體上無疑是一種輕質高強性能優異的新興建材，但也有其自身的特點或缺點，碳纖維的抗剪強度很低，延伸率小，還不到一般鋼材的1/10，應力應變關系曲線近乎直線，沒有塑性平臺，從這個意義上，碳纖維是一種脆性材料，在設計和構造上應予注意；用于普通鋼筋混凝土結構受彎構件中，受極限應變0.01的限制，實際可采用的設計強度還不到其極限強度的70%，頗有大材小用之感，或者用作預應力筋或斜拉橋的拉索，才能充分發揮碳纖維的抗拉性能，但這已是另外一個的應用領域了。
結論：
回顧建筑材料的歷史，我們得知材料對建筑業的影響之大。每一時期新出現的建筑都促進了新的結構形式并帶動了建筑行業的發展，而新型材料的出現則使規模更大，結構更復雜的建筑成為可能。我們應當對新材料的開發給予足夠的重視，并充分利用新材料，這樣才能更好的造福人類。碳纖維正是這些新型材料中的一種，雖然它有一些缺點，但這遮掩不了它的長處，相信在不久的將來它將會得到廣泛的應用。
：余翰林
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