揭秘碳纤维筋的超能力（图）

  可铺路、可建桥，能固城、能筑堤，上得了高原、下得了海洋
  [中国石化报 2024-07-04]
  碳纤维筋，顾名思义，就是由“新材料之王”碳纤维，经过特殊拉挤工艺，与树脂结合制成的新型结构材料。这种碳纤维复合材料密度只有钢材的1/7至1/5，自身强度却达钢筋的10至15倍以上。这种形似钢筋、性能又胜过钢筋的碳纤维筋，凭借其质量轻、耐腐蚀、抗疲劳等优势，广泛应用于土木工程、海洋工程、桥梁工程等领域。它可以吊起一座大桥，也可以用来加固城墙；适用于高原地区，也适用于海洋环境……碳纤维筋是如何拥有如此“超能力”的？本版专题为您揭秘。本版文字、图片、图表由王佳麟陈丛磊黄胜德提供
  产品名片
  碳纤维如何制成碳纤维筋？
  碳纤维筋是以连续碳纤维作为增强材料，与树脂基体采用适当的成型工艺所形成的棒状碳纤维增强复合材料。其中，碳纤维是主要承载部分，碳纤维的拉伸强度及拉伸模量对碳筋的强度、挠度有决定性影响。而树脂基体的作用是将碳纤维复丝粘接成束共同受力，对筋的纵向拉伸及压缩性能起一定作用，并决定了产品的耐湿热性能。
  碳纤维筋具有什么特性？
  碳纤维筋具有高强度、轻质量、耐腐蚀、抗疲劳等优点，抗拉强度最高逾3000兆帕，相对密度仅为钢筋的1/5，耐疲劳性能显著优于钢筋；在酸、碱、盐和潮湿等恶劣环境中耐化学腐蚀性优异；纤维筋振动衰减特性优于钢材，吸能减震效果更好。
  碳纤维筋主要应用在哪里？
  碳纤维筋除了应用于传统的建筑物加固，因其质量轻、耐腐蚀、抗疲劳性能好，有望成为恶劣环境下传统钢制体外预应力筋的替代品。在高层建筑、大跨度桥梁和港口码头及海底隧道等基础设施中，传统的普通钢筋混凝土结构在耐久性、腐蚀性及自身强度方面的劣势明显，碳纤维筋替代传统钢筋，可使混凝土在特殊结构或恶劣环境下仍能发挥作用。
  将数十根甚至数百根较细的碳纤维筋集结成拉索，可应用于大跨度桥梁。这得益于碳纤维筋较高的比强度和比模量，将其作为悬索桥主缆，可提高桥梁的承载效率和跨径，以及桥梁的抗风雨振动性能，并从根本上解决钢丝缆索的腐蚀和疲劳问题，实现具有轻量化、长寿命特征的高性能桥梁结构。
  从碳纤维到碳纤维筋
  碳纤维筋一般由拉挤工艺成型。拉挤成型是指生产具有恒定横截面连续长度的纤维增强聚合物制造工艺，其工序为将碳纤维从纱架中引出，由导纱板按模口形状将纤维收集成束，并将其引导到胶槽树脂浴中。碳纤维有规律地通过胶槽，胶槽中的树脂充分浸润增强纤维，并通过胶槽内部部件将纤维表面浸润的树脂挤压均匀，而后进入成型区，即模具。
  模具前一般配有预成型模，在预成型模处多余的树脂被挤出，之后进入加热的成型模具。在加热的模具中，树脂逐步升温固化，并按模具形状形成直径一致的圆形棒材。模具后一般配有加温的后固化箱，可提高碳纤维筋的固化度和综合性能。
  固化后的碳纤维筋由牵引装置引出并切割成所需的长度或卷绕成盘。
  碳纤维筋的分类
  碳纤维筋按表面状态划分，主要有光筋（光面筋）、螺纹筋（带肋筋）两种。根据实际应用场景，还有其他种类。
  ·光筋（光面筋）
  表面光滑，通常制成碳纤维复材拉索替代钢拉索，用于斜拉桥、悬索桥、大跨结构。
  ·螺纹筋（带肋筋）
  表面有凹槽，可以增加与混凝土的结合性能，通常作为预应力筋替代钢筋。
  客户反馈
  “过去数年，我们与上海石化在碳纤维复合材料的土木工程应用研究领域深入合作、协同攻关，为我们拓展国产碳纤维复合材料在土木工程领域的应用提供了强有力的支撑和保障。合作的工程打造了中建八局在土木工程行业创新应用碳纤维复合材料的亮丽名片。我们由衷感谢上海石化的支持和帮助，希望在今后的合作中一起抓住机遇，共同拓展国产碳纤维复合材料在土木工程领域的应用，继续谱写行业发展新篇章。”