碳纤维复合材料在装配式建筑施工中的应用

吴超强，许鹏，吴娇

（1.浙江广厦建设职业技术大学，东阳322100 2.上海建工集团工程研究总院，上海201100 3.浙江广厦建设职业技术大学管理工程学院，东阳322100）

1 前言

我国建筑行业持续发展，逐渐出现较多装配式建筑，开始扩大建筑规模，并对建筑施工质量提出更高要求。传统装配式建筑施工过程中受到部分材料性能缺失的限制，造成建筑整体质量不符合施工要求，不利于提高装配式建筑施工水平。因此，人们不断加大新型材料的研发和应用，尤其是碳纤维复合材料集多种优势，逐渐从航空领域应用到建筑领域，提高了建筑施工质量，加快了施工进度，带来了更多综合效益。因此，对装配式建筑施工中碳纤维复合材料的应用进行研究具有十分重大的现实意义。

2 碳纤维复合材料

碳纤维材料属于无机高分子纤维材料，含碳量在90%以上，融合了碳材料、纺织纤维的优势，同时能够和金属、树脂等多种材料进行结合，形成纤维复合材料。人们借助铺层碳纤维材料束加工形成碳纤维材料，同时能和其他多种纤维材料进行混合，采用相应的加工工艺制作成复合材料。

碳纤维复合材料借助金属、陶瓷、树脂等材料，和碳纤维复合形成的新型材料，具有质量轻、强度高、耐腐蚀和高温等多种优点，在多个领域被广泛应用。当前碳纤维复合材料主要以树脂为基体，占据市场份额较大，主要在航空航天、风力发电过程中对该种材料的需求量最大。树脂基碳纤维复合材料具有低成本、尺寸稳定性强等多重优点，相关生产工艺较为成熟。

3 碳纤维复合材料在装配式建筑施工中的应用优势

3.1 抗拉强度好

纤维材料抗拉强度高于钢筋的2-10 倍，在装配式建筑施工中发挥十分重要的作用，更加符合建筑行业的相关标准。其通常不会发生塑性变形等现象，能够有效代替钢筋材料，提高工程建设质量，符合现代社会发展要求。

3.2 抗震性强

装配式建筑抗震性能的优越性是综合判断建筑质量的重要指标之一。以往的施工材料具有密度大、重量大的特点，在出现地震灾害的过程中，容易脱落、开裂，威胁人们的生命财产安全。而碳纤维复合材料抗震性能优越，在实际应用中能够有效承受外部较大的冲击力，增强建筑的安全稳固性，逐渐得到人们的认可和关注[1]。

3.3 抗腐蚀性高

材料腐蚀始终是装配式建筑施工中面临的关键问题，当材料抗腐蚀性不高时，容易造成建筑物受到外部环境的影响出现腐蚀问题，引发一系列安全质量问题，甚至产生较大损失。而碳纤维复合材料抗腐蚀性较高，能够有效解决建筑腐蚀问题。

3.4 质量轻

混凝土、钢筋等传统建筑材料强度和刚度高，但是自重大，在实际应用中给建筑设计和施工带来一定的局限性，增加了建筑自身的负担和结构压力。而碳纤维复合材料质量轻、强度高，更加符合装配式建筑结构的要求，减轻建筑自重，减少更多建筑结构疲劳，增强建筑耐久性。

3.5 隔热保温性能优越

碳纤维复合材料隔热保温性能优越，具有良好的节能减排效果，更加满足现代社会发展需求。装配式建筑施工中选用混凝土、砖石等材料，导热系数较高，同时容易出现热量积累、流失现象，难以有效管控室温，产生较大能耗。而碳纤维复合材料导热系数低，隔热保温性较佳，并受到相关特殊材料、结构的影响。另外，该材料结构较为均匀，能够避免热量传递，在建筑墙体、门窗和屋面等多个位置具有较好的适用性，尤其是工业厂房、冷库等对温度要求较高，该材料发挥至关重要的作用。

3.6 可塑性强

碳纤维复合材料在应用中便于工作人员结合实际需求，针对性设计多种形状和尺寸，操作简便，能够批量生产，符合装配式建筑施工要求。碳纤维复合材料通过多种材料、加工工艺，增强结构强度、刚度，在多个方面能够有效调整，可塑性强，设计自由度高，满足多种装配式建筑构件制作的需求。

4 装配式建筑施工中碳纤维复合材料的具体应用

4.1 在混凝土构件加工中的应用

碳纤维复合材料在混凝土结构加固修复中应用，主要借助建筑结构胶，通常是环氧树脂，将碳纤维布有效粘贴在具有损坏问题的混凝土构件上，增强其加固性能，在一定程度上提高其刚度、强度、耐久性等。在混凝土构件加固中应用该材料时，需要工作人员做好充足的准备工作，和设计人员进行交流，明确设计思想和要求，并详细分析装配式建筑混凝土构件的实际情况，制定科学合理的施工计划和方案。同时，施工人员要结合设计标准，采购相适应的施工材料，确保建筑结构胶和碳纤维复合材料的质量达标。当混凝土构件表面出现受损现象，需要施工人员进行针对性处理，全面清除脱落、腐蚀和空鼓等现象，确保其干净整洁，有利于粘结剂和混凝土构件表面进行更加有效的结合[2]。当混凝土构件的受损范围相对较大时，在凿除清理之后，需要合理选用环氧砂浆进行全面修复平整。施工人员在实践操作过程中，采用混凝土角磨机、砂纸等相关设备，清除混凝土构件表面的各项杂质，保持基面光洁，同时选择脱脂棉蘸取丙酮对混凝土构件表面进行全面擦拭。在这个过程中，如果出现漏水等问题，需要及时进行止水、导水操作，避免影响处理效果。

施工人员需结合设计标准，合理进行灌缝处理，提高修复层结合的牢固性。通常需要对混凝土构件表面进行修复凿毛处理，并选用钢丝刷或者毛刷进行修复，清理构件和缝隙表面，并以树脂砂浆修补缝隙。部分裂缝较深的情况下，可以选择设备将环氧树脂材料灌入裂缝内部，或者应用间断打注胶孔等多种方式，提高裂缝深度修复效果。另外，施工人员在混凝土构件表面均匀涂抹砂底层树脂，保持底胶拌合量始终，确保其质量合格，避免出现浪费现象。底胶配置的过程中，保持底胶和固化剂为1:3，准备容器，先放置主剂，后放置固化剂，做好计量工作，并选择电动搅拌器进行充分搅拌。结合装配式建筑施工现场的温度，控制用量，调整使用时间，普遍保持在20-50 分钟用完。施工人员按照装配式构件明确碳纤维布的具体尺寸进行裁剪，并将预先配置好的环氧树脂，在需要粘贴构件上均匀涂抹，保持碳纤维布沿着一定方向按照相应顺序，依次粘贴在构件上，并用刷子进行反复压实，避免出现气泡现象，将环氧树脂全面融入到碳纤维布内。

4.2 在装配式建筑剪力墙板中的应用

装配式建筑剪力墙板施工过程中，施工人员合理选择碳纤维水泥基复合灌浆料，采用搅拌棒将其从一侧注入剪力墙板内，充分发挥碳纤维材料的应用优势和价值，提高剪力墙板的整体强度。并应用丙酮溶液、细砂纸等相关材料，对其表层做好抛光处理工作。

施工人员在实际操作中，对剪力墙板胶结位置选用粗砂纸进行打磨处理，全部打磨掉该位置的氧化层和相关杂质，确保其表面粗糙，提高胶结效果。同时，施工人员选用丙酮溶液，擦洗复合碳纤维布的油脂之后进行晾晒，并根据装配式建筑施工要求，按照合适的比例，配置胶结剂，与环氧树脂材料进行均匀混合，并将碳纤维布全部放入到胶结剂内，等待最终胶结，进一步保障建筑的节能环保性[3]。另外，施工人员按照等比例混合的胶结剂，在打磨完成的装配式剪力墙板上均匀涂刷胶结剂，同时将浸润之后的碳纤维布平整地胶结在剪力墙板，并做好固定工作，实现装配式剪力墙板更加有效的固化施工。

施工人员应用碳纤维复合浆料的过程中，在装配式建筑施工现场进行浇筑，借助钢丝网片有效隔离预制剪力墙，保持其和碳纤维布进行胶结固化之后，清除钢丝网片，从而将其和花纹钢板进行有效胶结。施工人员在进行花纹钢板胶结之前，全面检查其外观，确保其无损坏、断裂等现象，确保充分胶结，并采用细砂纸全面打磨胶结位置，借助刮板多次压实，清除多余的胶结剂，避免出现气泡，促进花纹钢板和装配式剪力墙完美结合。

4.3 在承载结构中的应用

碳纤维复合材料在装配式建筑承载结构中发挥十分重要的作用，主要由于其具有较强的可塑性，在应用过程中便于施工人员结合需求，制作多种形态和尺寸的承载结构，更加符合建筑承重折板、楼板等多种需求。一般情况下，在装配式建筑承载结构中应用碳纤维复合材料，主要当作外墙板、防腐楼板，提高建筑的耐久性，延长其使用年限。该材料在一定程度上可有效代替钢筋、混凝土，提高工程质量，同时有效制作门窗、隔热板，并按照相关要求在现场进行安装，施工便捷、效率高、质量佳，获得理想的施工效果[4]。

4.4 在涂层织物中的应用

涂层织物在装配式建筑中是十分关键的构成部分，具有良好的骨架作用。新时期装配式建筑施工中，对涂层织物提出更高要求，为了提高整个工程质量，需要具有较强的承载力、抗张力，并保持尺寸稳定性较好。碳纤维复合材料能够满足该要求，借助其显著的性能优势，有效保护涂层织物，改善其性能，提高其美观性。如，棉织物在现代建筑领域中被大范围应用，具有一定的保护功能，但是在实际应用中容易受到外部环境因素的影响，出现腐蚀，甚至霉变的问题，不利于延长建筑的使用寿命，而将碳纤维复合材料均匀涂抹在涂层织物上，能够解决其易腐蚀的问题，为工程建设提供更加有力的保障。

4.5 在混凝土质量增强中的应用

建筑施工过程中离不开混凝土的支撑，混凝土是十分关键的材料，对建筑质量具有较大影响。为了提高建筑整体质量，确保混凝土性能优越，施工人员可以在混凝土质量增强上合理应用碳纤维复合材料，提高其抗腐蚀性、耐久性。如，在钢筋混凝土中应用碳纤维复合材料，充分发挥其抗腐蚀性能，提高钢筋的加固性能，避免发生腐蚀现象，同时能够增强混凝土抗震性能、拉伸强度等，使得混凝土具有更高的应用价值[5]。另外，碳纤维复合材料在耐火性、抗冲击性方面具有显著的优势，从而在混凝土增强中应用，能有效节约成本，保障建筑安全和质量，获得更多综合效益。

4.6 在结构补强材料中的应用

装配式建筑施工中，结构构件进行横向、纵向连接的过程中，会产生预留缝，尤其是预制内、外剪力墙，水平缝宽度不同，对建筑物的综合承载能力具有较大影响。因此，施工人员需要详细分析装配式建筑构件吊装工作特点和问题，测量定位墙体边线和钢筋，做好墙面找平工作，同时在内页两侧全面封堵水平缝，确定水平缝灌浆位置。同时，施工人员在水平、垂直缝中间合理设计排水孔和防水卷材，提高建筑防水效果，并在结构补强材料中应用碳纤维复合材料，补强水平缝。

施工人员在装配式建筑剪力墙施工过程中，如果出现竖向接缝，在后浇段要合理配置纵向钢筋，清理结合面，吊装剪力墙板，设计临时支撑，校正预制墙板，同时在水平缝中注入碳纤维复合水泥基浆料，依次使用碳纤维复合补强剂、修补剂和粘结剂，注浆封堵。另外，如果剪力墙吊装完成之后出现预留板缝，要将该位置全部浸湿，将橡胶棉条布置其中，封堵板缝，增强水平缝密封性。并在完成灌浆操作之后，封堵预留接缝控制，确保装配式建筑剪力墙水平缝补强质量符合建筑要求。

5 结论

在装配式建筑发展过程中，合理应用碳纤维复合材料，可以提高建筑施工质量，延长其使用寿命，为人们带来更加安全、高质量的建筑服务。碳纤维复合材料具有较多应用优点，施工人员将其合理应用到混凝土构件加工、装配式建筑剪力墙施工和水平缝补强、建筑承载结构等多个方面，有效保障了装配式建筑的安全稳固性。