碳纤维加固技术在室内装修中的应用研究

赵冬花，杨子涵

（周口市建设工程质量技术服务站，河南周口 466000）

在当前全球变暖的大背景下，世界各国都在进行以低排放、低污染为目标的“低碳革命”。为打赢这场低碳经济争夺战，抢占市场最高点，我国早在2010 年，发改委便制定了在5 省8 市进行试点的低碳产业建设工作，成立了专门机构指导低碳经济，并将低碳经济纳入公务员政绩考核系统。为了早日实现“碳达峰”和“碳中和”的重大战略目标，我们需要大力发展低碳产业，而在工程应用中，推行绿色建筑是必然途径，使用环保材料又是实行绿色建筑中重要措施。碳纤维增强材料作为典型的环保功能材料，在室内装修中使用碳纤维对提高装修质量具有重要意义。碳纤维增强材料有“黑色黄金”之称［1］，逐渐受到社会各界的关注，历经40 年的技术开发，我国碳纤维技术形成了自身的技术体系，被广泛应用于各行各业。因此，有必要对碳纤维增强材料以及碳纤维加固技术进行研究，结合碳纤维增强材料的性能优势以及加固技术的特点，探讨其在室内装修中的应用。

1 碳纤维加固技术原理

碳纤维是有机纤维在惰性体系下经过高温碳化而成的纤维状化合物，其含碳量高达90% 以上。由于碳纤维分子结构具有高模量的特点，被广泛用于复合增强材料的制备。相比于传统材料，碳纤维复合增强材料强度更高，一些碳纤维材料的强度甚至在钢的5 倍以上。此外，碳纤维材料还拥有耐高温、耐腐蚀、耐摩擦以及低密度的特点，这些特点使碳纤维在航空航天、机械、化工以及电子行业得到广泛应用，甚至被人们认为是高新技术材料的代表，在国民经济中所占比例越加重要［2］。

碳纤维增强塑料是目前碳纤维应用最多的领域，将含碳的有机纤维，如腈纶丝、沥青纤维等主要原料，与树脂等基质置于惰性气体保护下的高温中进行碳化，便成为碳纤维增强塑料（CFRP）。由于碳纤维增强塑料密度小、质地轻、耐浸透性强，因而成为室内装修中效果较好的应用功能材料。在室内装修中，我们可以充分利用碳纤维增强塑料优越的物理性能，多使用碳纤维片材。装修中的碳纤维片材种类主要有以下四种，分别为单向片、单向预浸片、单向织布以及双向织布。

2 基于碳纤维加固技术的室内装修应用

2.1 装修帘墙板的制作

应用碳纤维加固技术制作非承重墙的帘墙板，充分发挥了碳纤维材料优良的耐老化性能。碳纤维加固技术在几乎不增加自身重量的情况下，使得帘墙板拥有更强的承重能力以及抗机械压力的能力，尤其适用于地震高发地区。在一些超高层建筑、大型仓储建筑以及容易受到腐蚀的特殊建筑，使用碳纤维加固技术制作的帘墙板可以提高房屋安全性。

在室内装修的墙板应用方面，苑金生［3］利用耐纶高纤维网格布、普通硅酸盐水泥、膨胀珍珠岩以及高分子聚合物等为原料，开发了耐纶纤维增强水泥复合轻质墙板的生产和施工工艺。该工艺具有原料来源广泛、产品性能稳定以及变废为宝的特点，对于生产和使用单位都有巨大的经济价值，有着广阔的应用前景。加贺秀治等［4］利用碳纤维与硅灰水泥进行复合，极大地增强了砂浆的建筑性能，即使使用普通搅拌机也可以生产出高致密砂浆和混凝土墙板。经过工程实践验证，该材料在尺寸稳定性、耐火性能方面都有极大的优势。吴超强等［5］通过对CFRP 和钢以三种不同连接方式的混凝土夹芯墙板的四点弯曲实验，探究了其抗弯性能。实验结果证明，如果连接件结构和直径相同，碳纤维混凝土墙板比钢筋竖向连接件墙板承载力高8%左右。而如果采用桁架联接，可以大幅度减少因滑移现象产生的抗弯刚度折减。

2.2 室内墙体门洞加固

随着生活水平的提高，人们对居住环境有了更高的要求，部分人会在毛坯房的墙上打出门洞，提高居住的方便程度和舒适度。但是，如果在墙上打出门洞，很可能导致墙体原有的承重结构遭到破坏，从而增大发生安全风险的隐患。如果利用碳纤维布进行粘贴，可以有效提高门洞的安全性能［6］。

在碳纤维布的门洞加固的应用研究方面，田水等［7］基于带门洞的粘土砖墙试验案例，研究了碳纤维布进行加固的抗震效果，分析碳纤维布加固后墙体的受力与变形情况，结果表明加固是可靠有效的，并进一步探究了碳纤维布的加固机理，为促进其在室内装修的加固应用提供了理论基础。武玮等［8］研究了以碱玻纤网布为增强材料，配以氯氧镁水泥以及粉煤灰等助剂，经过一系列工艺合成的ASA 轻质隔墙板对门洞进行加固。该材质重量轻、平整度极好、安装极为方便，目前在市场上己经得到普及。如果在墙上挂重物等，都可以采取该类措施进行加固处理。

2.3 建筑结构改造补强

某些二手房或老旧房屋混凝土结构容易发生蜂窝、孔洞、麻面以及裂缝等建筑质量通病，在装修时采用碳纤维加固技术，不仅加固强度高、施工速度快，而且适用于各种环境和工况下的加固工作。基于此，梁庞等［9］使用碳纤维片材作为加固补强材料，将CFRP 加固技术应用于混凝土结构的补强中。经过表面处理、涂刷底层树脂（CFP）、找平处理以及粘贴碳纤维布等一些列工艺流程，实践证明，使用碳纤维片做补强材料，不仅可以在不增加梁的横截面积的前提下，保证施工的工程质量，而且还能够在成本几乎不变的情况下，保证工期、耐久性以及经济效益，越是较为复杂的结构应用该技术进行补强效益越好。

黎海航［10］在桂林朝辉大厦改造工程中巧妙地应用了碳纤维加固技术，使用德国进口的碳纤维布（C200）以及国产JGN 型建筑结构胶，总结了一整套碳纤维片应用的施工流程和注意事项。加固后结构的整体性能有了极大地提升，全程没有湿作业，施工简便易于操作，工期较短。

2.4 防水房顶涂层

房顶防水一直是建筑中最为重要的一项工作，如何做好防水处理，关系到建筑物的结构寿命。将碳纤维加固技术应用于屋顶防水［11］，不仅可以大幅度提高房顶的防水性能，而且其防水耐久性以及耐风化性都强于其它防水材料。

Weiter 等［12］以高性能玻璃纤维和聚酯纤维骨架材料制作的防水材料为骨架材料，代替目前的碎布毡，表现出了非常高的稳定性，不易被刺穿，降低了工作量和投资成本。该材料也不用添加剂和其他助剂，生产方便，生产效率高。董永平［13］对屋顶渗漏原因进行了详细分析，从建设屋顶花园的角度对屋顶防水技术进行了研究。屋顶花园与一般屋顶不同，其细节较多，除了檐口、天沟、过水孔、阴阳角等容易渗水的位置外，还有蓄水池底面、挡墙以及出屋面管道等地方都是容易渗水的薄弱之处。使用普通沥青防水卷材很难达到防渗漏的目的，而且沥青卷材外观和气味都较差，且不耐踩踏，成品保护困难。通过使用碳纤维聚脲防水材料，则可以完全避免普通沥青卷材的问题，而且其耐久性和耐穿刺性更强，有着很好的使用效果。

2.5 耐磨地板修复

在现代化的室内装修中，为更适合居住体验感，一般使用瓷砖或木质地板。这些材料耐磨性能较差，木质地板遇水容易起皮，极大地影响了使用效果。将碳纤维加固技术应用于地板的生产之中，可以极大地提高地板的耐磨性能［14］。碳纤维加固技术也可以用于地板裂痕和空鼓等的修复，还可以用于踢脚线的制作等。而且由于碳纤维片较为轻便，施工周期短，可以大幅度降低装修工期，减少人力资源损耗，社会效益和环境效益较好。

3 碳纤维加固技术在室内装修中的问题及发展趋势

当前，碳纤维加固技术虽然在室内装修中己经得到较为广泛的应用，也产生了较大的经济价值以及使用价值，但仍然存在以下几方面的问题［15］。

（1）价格较为昂贵，碳纤维加固技术需要用到碳纤维增强塑料，虽然安装和施工成本较低，但原料价格昂贵，还没有在个人自建房中得到普及。

（2）碳纤维增强材料缺乏规范标准。由于碳纤维增强材料发展时间不长，对于其制备方法以及产品检验方法还没有形成一整套行之有效的标准规范，各个厂家生产的产品质量也不尽相同，市场上的产品也是良莠不齐。

（3）制备工艺复杂。碳纤维材料需要经过高温碳化、成型等一系列的流程，目前尚未实现完全自动化生产，生产效率不高也是成本昂贵的主要原因。

随着对碳纤维加固技术研究的日益增多，这种新型技术在室内装修中的发展趋势主要分为三个方向。

（1）偏向于艺术设计的需要。碳纤维加固技术尤其适用于室内艺术设计，碳纤维增强材料质地较轻，美观而大方，进行合理的艺术化设计有利于改善居住环境。

（2）偏向于框架柱、屋面梁的加固需要。碳纤维远胜于普通材料的力学强度，使其具有强大的抗机械压力的能力。随着碳纤维混凝土复合材料的研究不断深入，该材料最终将被广泛应于混凝土主题框架的加固之中，从而延长建筑寿命。

（3）偏向于工程修复的需要。例如墙面粉刷层的修复以及地板修复等，利用碳纤维加固技术可以保质保量、轻松快捷地完成修复工作。

4 结束语

碳纤维增强材料作为“新材料之王”，日益受到世界各国的关注。历经40 年的发展历程，我国碳纤维技术己突破发达国家的技术封锁，逐步形成了自身的碳纤维工业，目前己经用于航空航天、电子、建筑以及化工等领域。在建筑装修方面，碳纤维加固技术更是被广泛应用，例如在帘墙板的制作、加固门洞、加固混凝土结构、防水房顶涂层以及耐磨地板等方面。通过合理和科学的设计，碳纤维加固技术能够达到装修设计的相关要求，提高装修工程质量，提升人们的生活品质。文章还分析了目前碳纤维加固技术的不足之处，对未来在室内装修中的发展趋势进行展望，以期更好地促进其在室内装修领域的发展和应用。