关于碳纤维复合材料在建筑结构加固工程中应用优势的研究_开题报告

一、国内研究进展

随着科学技术的不断创新，碳纤维复合材料应运而生，并且逐渐在建筑结构加固领域被广泛使用。综合近期我国有关的研究文献来看，对碳纤维复合材料在建筑加固行业的应用及优势主要得出以下观点：

碳纤维复合材料是由有机纤维经过一系列热处理转化而成，含碳量高于90%的无机高性能纤维，是一种力学性能优异的新材料，具有碳材料的固有本性特征，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维，属于高新技术产品。其具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电系数小、传热系数小、热膨胀系数小等一系列优点。其中比如高强度、轻量级、化学性质稳定、热膨胀系数小等诸多优点使其逐渐被发掘并应用于建筑加固行业，与其他传统加固方式相比，运用碳纤维复合材料进行加固具有很大的优势，并且在土木工程领域有很好的应用与发展前景。

复合材料3D打印技术的应用，使得碳纤维复合材料加固技术在加固工程中的实践具有极大想象空间，在工程实践中发挥极大优势。

碳纤维材料经多年研发及产业化建设，国内已建立具有自主研发能力的碳纤维技术体系，已初步形产业化，正处于产能扩张阶段。实现自给自足，打破了国外生产商（如日本、美国生产商）的垄断。国产碳纤维在技术发展中已实现技术突破。

目前，碳纤维加固材料的研发在我国多所高校、研究院所的实验室中，小试以及中试中的成果，都有非常明显的进步。据前瞻产业研究院发布的《中国碳纤维行业深度调研与投资战略规划分析报告》中指出，国内生产的T300级碳纤维材料性能已达到国际水平。建筑结构加固工程中常用的碳纤维复合材料为T200或T300级，属于建筑行业内的新型加固补强材料，将碳纤维材料应用在结构加固改造中有着广阔的应用市场。

但因碳纤维复合材料具有强度高、超轻、耐高温高压等特点，这导致碳纤维的回收再利用非常困难，不符合我国绿色发展的理念。为攻克这一难题，上海交通大学化学化工学院的王新灵教授及其研究团队经过5年的技术攻关，开发了国内第一项拥有完全自主知识产权的、规模化的新型裂解回收技术和装备。这套技术对碳纤维复合材料废弃物的年处理能力超过200吨，其先进的处理技术工序简单，还保持了再生碳纤维材料的长度，大大提高了碳纤维材料再利用的价值。得益于这一研究成果，使得碳纤维材料生产成本下降，材料处理手段日益完善，碳纤维复合材料正逐渐成为建筑结构加固工程领域中必不可少的加固材料。

刘士伟在《碳纤维加固技术在砌体危房加固中的应用》一文中提出：为实现脱贫攻坚任务，国内农村危房加固工作量大、时间紧迫，如何高效快捷并且科学的进行危房加固提出了高要求，而碳纤维复合材料及加固技术的应用使得砌体结构加固这一难题有望得到解决。碳纤维加固技术应用前景十分广阔，在加固过程中有很大优势，故而研究该技术的应用及其优势对加固工程实践具有重要意义。

二、国外研究进展

碳纤维复合材料在国外的发展，最早的碳纤维是1880年由美国发明家爱迪生研制的。20世纪50年代初，许多工业发达国家开始重视碳纤维的研究工作。1962年日本研发出了聚丙烯腈基碳纤维并成立工业生产线。研制出了M30、M40、T1000等性能更优越的碳纤维，产量也从原来的2t增长到6000t，到21世纪初期，年产量已超过30000t。

美国早在2000年就已颁发了针对碳纤维进口的相关规定。规定本国国防与工业生产方面所需的碳纤维材料必须自己生产，促进本国在纤维复合材料领域的技术发展。

虽然碳纤维材料在许多领域应用广泛，而真正将碳纤维复合材料用于混凝土建筑的修复补强是在20世纪末。比如日本在发生地震灾害以后，根据建筑物实际情况选择碳纤维材料进行修复补强，发现其能够有效修复建筑物受损部位，增加建筑物整体稳定性，取得了良好的修补加固效果。碳纤维修复补强技术在日本地震中得到应用以后，其他国家也相继开始碳纤维复合材的研发，并得到有效推广和应用。苗杰在《碳纤维修复补强技术在防灾减灾中的应用》中提出，碳纤维修复补强技术的应用范围也得到不断扩大，部分国家和地区将碳纤维修复补强技术应用到机场跑道的建设上来，从而有效增强跑道的整体强度，为飞机的顺利起飞和降落提供支持，起到良好的实际应用效果。

将碳纤维修复补强技术运用到混凝土建筑的加固技术在国外已经非常成熟，这种技术不仅能够达到良好的稳定、加固作用，而且可以实现良好的社会效益和经济效益。

   因碳纤维复合材料的应用优势，国外专家学者一直致力于碳纤维复合材料的创新研究。如采用电泳沉积法在温和条件下制备碳纳米管/碳纤维复合材料。通过对混合纤维的微观形貌观察，研究了影响纳米炭排列的因素，包括纳米炭的直径、溶剂类型、沉积电压、沉积时间和分散中纳米炭的浓度，并对界面增强机理进行了详细的探讨。在第二十一届国际复合材料大会中，Estelle Cohen 等人员共同探讨了使用排列的碳纳米管对碳纤维复合材料进行层状增强，探讨研发更先进的复合材料。Mitsubishi Chemical研制了碳纤维胶片来修补和加固混凝土结构。2018年日本材料厂商东丽开发出了强度比以往产品提高30%的新型碳纤维。应用这种新型碳纤维时,即使减少碳纤维的使用量,也能维持成型材料的性能,同时减轻质量。

B. ^范文提纲

引言：概述碳纤维复合材料的应用优势和前景

一、我国建筑行业建筑结构加固需求现状

（一）我国建筑行业现状

（二）建筑结构加固需求

（三）加固公司现状

二、建筑结构加固工程分类

（一）分类

1. 混凝土构件增大截面工程

2. 局部置换构件混凝土工程

3. 混凝土构件绕丝工程

4. 混凝土构件外加预应力工程

5. 外粘或外包型钢工程

6. 外粘纤维复合材工程

7. 外粘钢板工程

8. 钢丝绳网片外加聚合物砂浆面层工程

9. 砌体或混凝土构件外加钢筋网-砂浆面层工程

10. 砌体柱外加预应力撑杆工程

11.钢构件增大截面工程

12.钢构件焊缝补强工程

13.钢结构裂纹修复工程

14.混凝土及砌体裂缝修补工程

15.植筋工程

16.锚栓工程

17.灌浆工程

（二）建筑物、房屋加固工程中常见的加固方法

1. 混凝土构件增大截面加固

2. 局部置换构件混凝土加固

3. 外粘或外包型钢加固

4. 外粘纤维复合材加固

5. 外粘钢板加固

6. 钢丝绳网片外加聚合物砂浆面层加固

7. 砌体或混凝土构件外加钢筋网-砂浆面层加固

8. 钢构件焊缝补强加固

9. 混凝土及砌体裂缝修补加固

10. 植筋加固

11. 灌浆加固

（三）外粘纤维复合材工程适用加固部位

三、建筑材料定义及组成

（一）定义

（二）组成

四、碳纤维加固材料组成及制备技术

（一）材料组成

（二）制备技术

五、碳纤维加固材料特性

（一）材料本身特性

（二）材料在建筑结构加固中的特性

六、碳纤维加固材料在建筑工程中的应用领域

（一）市政建设加固工程中的应用

（二）房屋加固工程中的应用

（三）防灾减灾中的应用

七、碳纤维加固材料与其他加固材料比较优缺点

（一）优点

（二）缺点

八、研究结果讨论与展望

C. 参考文献

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