碳纤维材料是一种比铝更轻、比头发丝更细、强度超过合金钢的材料，具有抗腐蚀、耐磨和韧性等优异特性，被认为是目前最优秀的建造材料之一。甚至有人提出了大胆的设想，使用碳纤维材料构建一条从宇宙到地表的"天梯"。
太空轨道电梯
碳纤维具有高刚度、高拉伸强度、高耐化学性、耐高温和低热膨胀等多种性能。因此，在土木工程中，碳纤维成为备受欢迎和广泛使用的材料之一，有人将其称为材料界的"超级英雄"。
一、碳纤维的“纤细与广大”
碳纤维是一种重要的无机高性能纤维碳材料，在化工材料领域占据重要地位。它由聚丙烯腈、黏合纤维、沥青纤维等有机纤维在高温下碳化制得，碳含量超过95%，本质上是碳的同素异形体。
碳纤维布近距离特写
通常情况下，碳纤维的直径约为10微米，需要将7至8根碳纤维排列在一起才与一根头发丝的粗细相当。其拉伸强度可达到4800兆帕，是钢材强度的7至9倍，但密度仅为钢的四分之一。在高温下，其他纤维已经化为灰烬，而碳纤维却完全不受影响。
碳纤维板
事实上，看似普通的碳纤维在新材料领域被誉为一匹"黑马"，应用领域极其广泛。碳纤维首个市场化应用可以追溯到1972年，当时推出了碳纤维增强树脂钓鱼竿。此后，碳纤维迅速应用于高端工业制造和尖端科技领域。小束直径的碳纤维主要用于国防军工、航空航天、卫星导弹和休闲体育用品领域，而大束直径的碳纤维主要用于工业和民用领域。
目前，碳纤维在导弹、空间平台和运载火箭、先进舰船、轨道交通车辆、电动汽车、燃料电池、电力电缆、特种管筒、公共基础设施、医疗和工业设备、体育休闲产品以及时尚生活用品等诸多领域都有实际和潜在的应用。
预应力碳板桥梁加固
因此，尽管碳纤维外表看起来柔软，但实际上它是一种内部坚硬的真正强大的材料，在国防军工和民用领域等多个方面都是重要的材料或战略物资。由于其材料特性、产业技术复杂性、应用领域的重要性和市场规模等因素的影响，碳纤维被誉为"黑色黄金"或"材料之王"。
二、碳纤维在建筑结构修复中应用
碳纤维在建筑结构修复中的应用方面，一种新的修复技术涉及使用外部粘结纤维增强塑料（FRP）层压板。类似于钢板粘结，FRP层压板粘结技术包括使用热固性树脂将薄型柔性纤维板粘结到混凝土表面。这种技术可用于提高梁和板的抗剪和抗弯能力，以及增加柱的约束。该系统不会给结构增加显著的恒载，耐腐蚀性较好，并可在相对较短的时间内安装。
碳纤维板
此外，碳纤维材料也常应用于建筑的加固和维修。目前，修缮和修复建筑的趋势强调了为现有结构提供额外强度的必要性。对于那些面临使用变更、退化问题或设计/施工缺陷的结构，通常需要进行一定程度的加固，碳纤维材料无疑是加固施工的优选材料之一。
碳纤维布建筑加固
三、碳纤维在预制混凝土中的应用
碳纤维在预制混凝土中的应用是一个相对较新但快速发展的领域。从2003年开始，碳纤维在预制混凝土中得到广泛应用。在北美地区，碳纤维格栅已成为常见的预制构件材料。碳纤维格栅可用于替代钢筋网，并作为混凝土墙内外部分的机械连接。无腐蚀性的碳纤维格栅加固了墙板表面，减少了混凝土的使用量，从而减轻了重量和原材料的使用。碳纤维格栅加固的墙板比传统预制板轻约40%。
碳纤维格栅
碳纤维在房屋结构中也有应用。当龙卷风袭击美国中西部时，传统的木质、钢制和混凝土建筑构件无法抵御其破坏力。对于那些正在寻找新起点的人们来说，新型材料可能为百年历史的房屋提供抵御气象灾害的能力。
碳纤维布古建筑加固
碳纤维是纤维混凝土中钢丝材料的优秀替代品。用于纤维混凝土的纤维通常是低成本的纤维素或PAN基碳纤维，与钢相比导热性更低，搭配混凝土一起使用时也具有不错的粘结性。此解决方案适用于高负荷地板和道路。在纤维水泥中，碳纤维也可以代替石棉，碳纤维材料不会引起任何人体吸入问题。
