碳纖維復合材料在裝配式建筑施工中的應用

吳超強，許鵬，吳嬌

（1.浙江廣廈建設職業技術大學，東陽322100 2.上海建工集團工程研究總院，上海201100 3.浙江廣廈建設職業技術大學管理工程學院，東陽322100）

1 前言

我國建筑行業持續發展，逐漸出現較多裝配式建筑，開始擴大建筑規模，并對建筑施工質量提出更高要求。傳統裝配式建筑施工過程中受到部分材料性能缺失的限制，造成建筑整體質量不符合施工要求，不利于提高裝配式建筑施工水平。因此，人們不斷加大新型材料的研發和應用，尤其是碳纖維復合材料集多種優勢，逐漸從航空領域應用到建筑領域，提高了建筑施工質量，加快了施工進度，帶來了更多綜合效益。因此，對裝配式建筑施工中碳纖維復合材料的應用進行研究具有十分重大的現實意義。

2 碳纖維復合材料

碳纖維材料屬于無機高分子纖維材料，含碳量在90%以上，融合了碳材料、紡織纖維的優勢，同時能夠和金屬、樹脂等多種材料進行結合，形成纖維復合材料。人們借助鋪層碳纖維材料束加工形成碳纖維材料，同時能和其他多種纖維材料進行混合，采用相應的加工工藝制作成復合材料。

碳纖維復合材料借助金屬、陶瓷、樹脂等材料，和碳纖維復合形成的新型材料，具有質量輕、強度高、耐腐蝕和高溫等多種優點，在多個領域被廣泛應用。當前碳纖維復合材料主要以樹脂為基體，占據市場份額較大，主要在航空航天、風力發電過程中對該種材料的需求量最大。樹脂基碳纖維復合材料具有低成本、尺寸穩定性強等多重優點，相關生產工藝較為成熟。

3 碳纖維復合材料在裝配式建筑施工中的應用優勢

3.1 抗拉強度好

纖維材料抗拉強度高于鋼筋的2-10 倍，在裝配式建筑施工中發揮十分重要的作用，更加符合建筑行業的相關標準。其通常不會發生塑性變形等現象，能夠有效代替鋼筋材料，提高工程建設質量，符合現代社會發展要求。

3.2 抗震性強

裝配式建筑抗震性能的優越性是綜合判斷建筑質量的重要指標之一。以往的施工材料具有密度大、重量大的特點，在出現地震災害的過程中，容易脫落、開裂，威脅人們的生命財產安全。而碳纖維復合材料抗震性能優越，在實際應用中能夠有效承受外部較大的沖擊力，增強建筑的安全穩固性，逐漸得到人們的認可和關注[1]。

3.3 抗腐蝕性高

材料腐蝕始終是裝配式建筑施工中面臨的關鍵問題，當材料抗腐蝕性不高時，容易造成建筑物受到外部環境的影響出現腐蝕問題，引發一系列安全質量問題，甚至產生較大損失。而碳纖維復合材料抗腐蝕性較高，能夠有效解決建筑腐蝕問題。

3.4 質量輕

混凝土、鋼筋等傳統建筑材料強度和剛度高，但是自重大，在實際應用中給建筑設計和施工帶來一定的局限性，增加了建筑自身的負擔和結構壓力。而碳纖維復合材料質量輕、強度高，更加符合裝配式建筑結構的要求，減輕建筑自重，減少更多建筑結構疲勞，增強建筑耐久性。

3.5 隔熱保溫性能優越

碳纖維復合材料隔熱保溫性能優越，具有良好的節能減排效果，更加滿足現代社會發展需求。裝配式建筑施工中選用混凝土、磚石等材料，導熱系數較高，同時容易出現熱量積累、流失現象，難以有效管控室溫，產生較大能耗。而碳纖維復合材料導熱系數低，隔熱保溫性較佳，并受到相關特殊材料、結構的影響。另外，該材料結構較為均勻，能夠避免熱量傳遞，在建筑墻體、門窗和屋面等多個位置具有較好的適用性，尤其是工業廠房、冷庫等對溫度要求較高，該材料發揮至關重要的作用。

3.6 可塑性強

碳纖維復合材料在應用中便于工作人員結合實際需求，針對性設計多種形狀和尺寸，操作簡便，能夠批量生產，符合裝配式建筑施工要求。碳纖維復合材料通過多種材料、加工工藝，增強結構強度、剛度，在多個方面能夠有效調整，可塑性強，設計自由度高，滿足多種裝配式建筑構件制作的需求。

4 裝配式建筑施工中碳纖維復合材料的具體應用

4.1 在混凝土構件加工中的應用

碳纖維復合材料在混凝土結構加固修復中應用，主要借助建筑結構膠，通常是環氧樹脂，將碳纖維布有效粘貼在具有損壞問題的混凝土構件上，增強其加固性能，在一定程度上提高其剛度、強度、耐久性等。在混凝土構件加固中應用該材料時，需要工作人員做好充足的準備工作，和設計人員進行交流，明確設計思想和要求，并詳細分析裝配式建筑混凝土構件的實際情況，制定科學合理的施工計劃和方案。同時，施工人員要結合設計標準，采購相適應的施工材料，確保建筑結構膠和碳纖維復合材料的質量達標。當混凝土構件表面出現受損現象，需要施工人員進行針對性處理，全面清除脫落、腐蝕和空鼓等現象，確保其干凈整潔，有利于粘結劑和混凝土構件表面進行更加有效的結合[2]。當混凝土構件的受損范圍相對較大時，在鑿除清理之后，需要合理選用環氧砂漿進行全面修復平整。施工人員在實踐操作過程中，采用混凝土角磨機、砂紙等相關設備，清除混凝土構件表面的各項雜質，保持基面光潔，同時選擇脫脂棉蘸取丙酮對混凝土構件表面進行全面擦拭。在這個過程中，如果出現漏水等問題，需要及時進行止水、導水操作，避免影響處理效果。

施工人員需結合設計標準，合理進行灌縫處理，提高修復層結合的牢固性。通常需要對混凝土構件表面進行修復鑿毛處理，并選用鋼絲刷或者毛刷進行修復，清理構件和縫隙表面，并以樹脂砂漿修補縫隙。部分裂縫較深的情況下，可以選擇設備將環氧樹脂材料灌入裂縫內部，或者應用間斷打注膠孔等多種方式，提高裂縫深度修復效果。另外，施工人員在混凝土構件表面均勻涂抹砂底層樹脂，保持底膠拌合量始終，確保其質量合格，避免出現浪費現象。底膠配置的過程中，保持底膠和固化劑為1:3，準備容器，先放置主劑，后放置固化劑，做好計量工作，并選擇電動攪拌器進行充分攪拌。結合裝配式建筑施工現場的溫度，控制用量，調整使用時間，普遍保持在20-50 分鐘用完。施工人員按照裝配式構件明確碳纖維布的具體尺寸進行裁剪，并將預先配置好的環氧樹脂，在需要粘貼構件上均勻涂抹，保持碳纖維布沿著一定方向按照相應順序，依次粘貼在構件上，并用刷子進行反復壓實，避免出現氣泡現象，將環氧樹脂全面融入到碳纖維布內。

4.2 在裝配式建筑剪力墻板中的應用

裝配式建筑剪力墻板施工過程中，施工人員合理選擇碳纖維水泥基復合灌漿料，采用攪拌棒將其從一側注入剪力墻板內，充分發揮碳纖維材料的應用優勢和價值，提高剪力墻板的整體強度。并應用丙酮溶液、細砂紙等相關材料，對其表層做好拋光處理工作。

施工人員在實際操作中，對剪力墻板膠結位置選用粗砂紙進行打磨處理，全部打磨掉該位置的氧化層和相關雜質，確保其表面粗糙，提高膠結效果。同時，施工人員選用丙酮溶液，擦洗復合碳纖維布的油脂之后進行晾曬，并根據裝配式建筑施工要求，按照合適的比例，配置膠結劑，與環氧樹脂材料進行均勻混合，并將碳纖維布全部放入到膠結劑內，等待最終膠結，進一步保障建筑的節能環保性[3]。另外，施工人員按照等比例混合的膠結劑，在打磨完成的裝配式剪力墻板上均勻涂刷膠結劑，同時將浸潤之后的碳纖維布平整地膠結在剪力墻板，并做好固定工作，實現裝配式剪力墻板更加有效的固化施工。

施工人員應用碳纖維復合漿料的過程中，在裝配式建筑施工現場進行澆筑，借助鋼絲網片有效隔離預制剪力墻，保持其和碳纖維布進行膠結固化之后，清除鋼絲網片，從而將其和花紋鋼板進行有效膠結。施工人員在進行花紋鋼板膠結之前，全面檢查其外觀，確保其無損壞、斷裂等現象，確保充分膠結，并采用細砂紙全面打磨膠結位置，借助刮板多次壓實，清除多余的膠結劑，避免出現氣泡，促進花紋鋼板和裝配式剪力墻完美結合。

4.3 在承載結構中的應用

碳纖維復合材料在裝配式建筑承載結構中發揮十分重要的作用，主要由于其具有較強的可塑性，在應用過程中便于施工人員結合需求，制作多種形態和尺寸的承載結構，更加符合建筑承重折板、樓板等多種需求。一般情況下，在裝配式建筑承載結構中應用碳纖維復合材料，主要當作外墻板、防腐樓板，提高建筑的耐久性，延長其使用年限。該材料在一定程度上可有效代替鋼筋、混凝土，提高工程質量，同時有效制作門窗、隔熱板，并按照相關要求在現場進行安裝，施工便捷、效率高、質量佳，獲得理想的施工效果[4]。

4.4 在涂層織物中的應用

涂層織物在裝配式建筑中是十分關鍵的構成部分，具有良好的骨架作用。新時期裝配式建筑施工中，對涂層織物提出更高要求，為了提高整個工程質量，需要具有較強的承載力、抗張力，并保持尺寸穩定性較好。碳纖維復合材料能夠滿足該要求，借助其顯著的性能優勢，有效保護涂層織物，改善其性能，提高其美觀性。如，棉織物在現代建筑領域中被大范圍應用，具有一定的保護功能，但是在實際應用中容易受到外部環境因素的影響，出現腐蝕，甚至霉變的問題，不利于延長建筑的使用壽命，而將碳纖維復合材料均勻涂抹在涂層織物上，能夠解決其易腐蝕的問題，為工程建設提供更加有力的保障。

4.5 在混凝土質量增強中的應用

建筑施工過程中離不開混凝土的支撐，混凝土是十分關鍵的材料，對建筑質量具有較大影響。為了提高建筑整體質量，確?；炷列阅軆炘?，施工人員可以在混凝土質量增強上合理應用碳纖維復合材料，提高其抗腐蝕性、耐久性。如，在鋼筋混凝土中應用碳纖維復合材料，充分發揮其抗腐蝕性能，提高鋼筋的加固性能，避免發生腐蝕現象，同時能夠增強混凝土抗震性能、拉伸強度等，使得混凝土具有更高的應用價值[5]。另外，碳纖維復合材料在耐火性、抗沖擊性方面具有顯著的優勢，從而在混凝土增強中應用，能有效節約成本，保障建筑安全和質量，獲得更多綜合效益。

4.6 在結構補強材料中的應用

裝配式建筑施工中，結構構件進行橫向、縱向連接的過程中，會產生預留縫，尤其是預制內、外剪力墻，水平縫寬度不同，對建筑物的綜合承載能力具有較大影響。因此，施工人員需要詳細分析裝配式建筑構件吊裝工作特點和問題，測量定位墻體邊線和鋼筋，做好墻面找平工作，同時在內頁兩側全面封堵水平縫，確定水平縫灌漿位置。同時，施工人員在水平、垂直縫中間合理設計排水孔和防水卷材，提高建筑防水效果，并在結構補強材料中應用碳纖維復合材料，補強水平縫。

施工人員在裝配式建筑剪力墻施工過程中，如果出現豎向接縫，在后澆段要合理配置縱向鋼筋，清理結合面，吊裝剪力墻板，設計臨時支撐，校正預制墻板，同時在水平縫中注入碳纖維復合水泥基漿料，依次使用碳纖維復合補強劑、修補劑和粘結劑，注漿封堵。另外，如果剪力墻吊裝完成之后出現預留板縫，要將該位置全部浸濕，將橡膠棉條布置其中，封堵板縫，增強水平縫密封性。并在完成灌漿操作之后，封堵預留接縫控制，確保裝配式建筑剪力墻水平縫補強質量符合建筑要求。

5 結論

在裝配式建筑發展過程中，合理應用碳纖維復合材料，可以提高建筑施工質量，延長其使用壽命，為人們帶來更加安全、高質量的建筑服務。碳纖維復合材料具有較多應用優點，施工人員將其合理應用到混凝土構件加工、裝配式建筑剪力墻施工和水平縫補強、建筑承載結構等多個方面，有效保障了裝配式建筑的安全穩固性。