碳纖維加固技術(shù)在室內(nèi)裝修中的應(yīng)用研究

趙冬花，楊子涵

（周口市建設(shè)工程質(zhì)量技術(shù)服務(wù)站，河南周口 466000）

在當(dāng)前全球變暖的大背景下，世界各國都在進(jìn)行以低排放、低污染為目標(biāo)的“低碳革命”。為打贏這場低碳經(jīng)濟(jì)爭奪戰(zhàn)，搶占市場最高點(diǎn)，我國早在2010 年，發(fā)改委便制定了在5 省8 市進(jìn)行試點(diǎn)的低碳產(chǎn)業(yè)建設(shè)工作，成立了專門機(jī)構(gòu)指導(dǎo)低碳經(jīng)濟(jì)，并將低碳經(jīng)濟(jì)納入公務(wù)員政績考核系統(tǒng)。為了早日實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”和“碳中和”的重大戰(zhàn)略目標(biāo)，我們需要大力發(fā)展低碳產(chǎn)業(yè)，而在工程應(yīng)用中，推行綠色建筑是必然途徑，使用環(huán)保材料又是實(shí)行綠色建筑中重要措施。碳纖維增強(qiáng)材料作為典型的環(huán)保功能材料，在室內(nèi)裝修中使用碳纖維對提高裝修質(zhì)量具有重要意義。碳纖維增強(qiáng)材料有“黑色黃金”之稱［1］，逐漸受到社會各界的關(guān)注，歷經(jīng)40 年的技術(shù)開發(fā)，我國碳纖維技術(shù)形成了自身的技術(shù)體系，被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。因此，有必要對碳纖維增強(qiáng)材料以及碳纖維加固技術(shù)進(jìn)行研究，結(jié)合碳纖維增強(qiáng)材料的性能優(yōu)勢以及加固技術(shù)的特點(diǎn)，探討其在室內(nèi)裝修中的應(yīng)用。

1 碳纖維加固技術(shù)原理

碳纖維是有機(jī)纖維在惰性體系下經(jīng)過高溫碳化而成的纖維狀化合物，其含碳量高達(dá)90% 以上。由于碳纖維分子結(jié)構(gòu)具有高模量的特點(diǎn)，被廣泛用于復(fù)合增強(qiáng)材料的制備。相比于傳統(tǒng)材料，碳纖維復(fù)合增強(qiáng)材料強(qiáng)度更高，一些碳纖維材料的強(qiáng)度甚至在鋼的5 倍以上。此外，碳纖維材料還擁有耐高溫、耐腐蝕、耐摩擦以及低密度的特點(diǎn)，這些特點(diǎn)使碳纖維在航空航天、機(jī)械、化工以及電子行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，甚至被人們認(rèn)為是高新技術(shù)材料的代表，在國民經(jīng)濟(jì)中所占比例越加重要［2］。

碳纖維增強(qiáng)塑料是目前碳纖維應(yīng)用最多的領(lǐng)域，將含碳的有機(jī)纖維，如腈綸絲、瀝青纖維等主要原料，與樹脂等基質(zhì)置于惰性氣體保護(hù)下的高溫中進(jìn)行碳化，便成為碳纖維增強(qiáng)塑料（CFRP）。由于碳纖維增強(qiáng)塑料密度小、質(zhì)地輕、耐浸透性強(qiáng)，因而成為室內(nèi)裝修中效果較好的應(yīng)用功能材料。在室內(nèi)裝修中，我們可以充分利用碳纖維增強(qiáng)塑料優(yōu)越的物理性能，多使用碳纖維片材。裝修中的碳纖維片材種類主要有以下四種，分別為單向片、單向預(yù)浸片、單向織布以及雙向織布。

2 基于碳纖維加固技術(shù)的室內(nèi)裝修應(yīng)用

2.1 裝修簾墻板的制作

應(yīng)用碳纖維加固技術(shù)制作非承重墻的簾墻板，充分發(fā)揮了碳纖維材料優(yōu)良的耐老化性能。碳纖維加固技術(shù)在幾乎不增加自身重量的情況下，使得簾墻板擁有更強(qiáng)的承重能力以及抗機(jī)械壓力的能力，尤其適用于地震高發(fā)地區(qū)。在一些超高層建筑、大型倉儲建筑以及容易受到腐蝕的特殊建筑，使用碳纖維加固技術(shù)制作的簾墻板可以提高房屋安全性。

在室內(nèi)裝修的墻板應(yīng)用方面，苑金生［3］利用耐綸高纖維網(wǎng)格布、普通硅酸鹽水泥、膨脹珍珠巖以及高分子聚合物等為原料，開發(fā)了耐綸纖維增強(qiáng)水泥復(fù)合輕質(zhì)墻板的生產(chǎn)和施工工藝。該工藝具有原料來源廣泛、產(chǎn)品性能穩(wěn)定以及變廢為寶的特點(diǎn)，對于生產(chǎn)和使用單位都有巨大的經(jīng)濟(jì)價值，有著廣闊的應(yīng)用前景。加賀秀治等［4］利用碳纖維與硅灰水泥進(jìn)行復(fù)合，極大地增強(qiáng)了砂漿的建筑性能，即使使用普通攪拌機(jī)也可以生產(chǎn)出高致密砂漿和混凝土墻板。經(jīng)過工程實(shí)踐驗(yàn)證，該材料在尺寸穩(wěn)定性、耐火性能方面都有極大的優(yōu)勢。吳超強(qiáng)等［5］通過對CFRP 和鋼以三種不同連接方式的混凝土夾芯墻板的四點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)，探究了其抗彎性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，如果連接件結(jié)構(gòu)和直徑相同，碳纖維混凝土墻板比鋼筋豎向連接件墻板承載力高8%左右。而如果采用桁架聯(lián)接，可以大幅度減少因滑移現(xiàn)象產(chǎn)生的抗彎剛度折減。

2.2 室內(nèi)墻體門洞加固

隨著生活水平的提高，人們對居住環(huán)境有了更高的要求，部分人會在毛坯房的墻上打出門洞，提高居住的方便程度和舒適度。但是，如果在墻上打出門洞，很可能導(dǎo)致墻體原有的承重結(jié)構(gòu)遭到破壞，從而增大發(fā)生安全風(fēng)險的隱患。如果利用碳纖維布進(jìn)行粘貼，可以有效提高門洞的安全性能［6］。

在碳纖維布的門洞加固的應(yīng)用研究方面，田水等［7］基于帶門洞的粘土磚墻試驗(yàn)案例，研究了碳纖維布進(jìn)行加固的抗震效果，分析碳纖維布加固后墻體的受力與變形情況，結(jié)果表明加固是可靠有效的，并進(jìn)一步探究了碳纖維布的加固機(jī)理，為促進(jìn)其在室內(nèi)裝修的加固應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)。武瑋等［8］研究了以堿玻纖網(wǎng)布為增強(qiáng)材料，配以氯氧鎂水泥以及粉煤灰等助劑，經(jīng)過一系列工藝合成的ASA 輕質(zhì)隔墻板對門洞進(jìn)行加固。該材質(zhì)重量輕、平整度極好、安裝極為方便，目前在市場上己經(jīng)得到普及。如果在墻上掛重物等，都可以采取該類措施進(jìn)行加固處理。

2.3 建筑結(jié)構(gòu)改造補(bǔ)強(qiáng)

某些二手房或老舊房屋混凝土結(jié)構(gòu)容易發(fā)生蜂窩、孔洞、麻面以及裂縫等建筑質(zhì)量通病，在裝修時采用碳纖維加固技術(shù)，不僅加固強(qiáng)度高、施工速度快，而且適用于各種環(huán)境和工況下的加固工作。基于此，梁龐等［9］使用碳纖維片材作為加固補(bǔ)強(qiáng)材料，將CFRP 加固技術(shù)應(yīng)用于混凝土結(jié)構(gòu)的補(bǔ)強(qiáng)中。經(jīng)過表面處理、涂刷底層樹脂（CFP）、找平處理以及粘貼碳纖維布等一些列工藝流程，實(shí)踐證明，使用碳纖維片做補(bǔ)強(qiáng)材料，不僅可以在不增加梁的橫截面積的前提下，保證施工的工程質(zhì)量，而且還能夠在成本幾乎不變的情況下，保證工期、耐久性以及經(jīng)濟(jì)效益，越是較為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)應(yīng)用該技術(shù)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)效益越好。

黎海航［10］在桂林朝輝大廈改造工程中巧妙地應(yīng)用了碳纖維加固技術(shù)，使用德國進(jìn)口的碳纖維布（C200）以及國產(chǎn)JGN 型建筑結(jié)構(gòu)膠，總結(jié)了一整套碳纖維片應(yīng)用的施工流程和注意事項(xiàng)。加固后結(jié)構(gòu)的整體性能有了極大地提升，全程沒有濕作業(yè)，施工簡便易于操作，工期較短。

2.4 防水房頂涂層

房頂防水一直是建筑中最為重要的一項(xiàng)工作，如何做好防水處理，關(guān)系到建筑物的結(jié)構(gòu)壽命。將碳纖維加固技術(shù)應(yīng)用于屋頂防水［11］，不僅可以大幅度提高房頂?shù)姆浪阅?，而且其防水耐久性以及耐風(fēng)化性都強(qiáng)于其它防水材料。

Weiter 等［12］以高性能玻璃纖維和聚酯纖維骨架材料制作的防水材料為骨架材料，代替目前的碎布?xì)?，表現(xiàn)出了非常高的穩(wěn)定性，不易被刺穿，降低了工作量和投資成本。該材料也不用添加劑和其他助劑，生產(chǎn)方便，生產(chǎn)效率高。董永平［13］對屋頂滲漏原因進(jìn)行了詳細(xì)分析，從建設(shè)屋頂花園的角度對屋頂防水技術(shù)進(jìn)行了研究。屋頂花園與一般屋頂不同，其細(xì)節(jié)較多，除了檐口、天溝、過水孔、陰陽角等容易滲水的位置外，還有蓄水池底面、擋墻以及出屋面管道等地方都是容易滲水的薄弱之處。使用普通瀝青防水卷材很難達(dá)到防滲漏的目的，而且瀝青卷材外觀和氣味都較差，且不耐踩踏，成品保護(hù)困難。通過使用碳纖維聚脲防水材料，則可以完全避免普通瀝青卷材的問題，而且其耐久性和耐穿刺性更強(qiáng)，有著很好的使用效果。

2.5 耐磨地板修復(fù)

在現(xiàn)代化的室內(nèi)裝修中，為更適合居住體驗(yàn)感，一般使用瓷磚或木質(zhì)地板。這些材料耐磨性能較差，木質(zhì)地板遇水容易起皮，極大地影響了使用效果。將碳纖維加固技術(shù)應(yīng)用于地板的生產(chǎn)之中，可以極大地提高地板的耐磨性能［14］。碳纖維加固技術(shù)也可以用于地板裂痕和空鼓等的修復(fù)，還可以用于踢腳線的制作等。而且由于碳纖維片較為輕便，施工周期短，可以大幅度降低裝修工期，減少人力資源損耗，社會效益和環(huán)境效益較好。

3 碳纖維加固技術(shù)在室內(nèi)裝修中的問題及發(fā)展趨勢

當(dāng)前，碳纖維加固技術(shù)雖然在室內(nèi)裝修中己經(jīng)得到較為廣泛的應(yīng)用，也產(chǎn)生了較大的經(jīng)濟(jì)價值以及使用價值，但仍然存在以下幾方面的問題［15］。

（1）價格較為昂貴，碳纖維加固技術(shù)需要用到碳纖維增強(qiáng)塑料，雖然安裝和施工成本較低，但原料價格昂貴，還沒有在個人自建房中得到普及。

（2）碳纖維增強(qiáng)材料缺乏規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。由于碳纖維增強(qiáng)材料發(fā)展時間不長，對于其制備方法以及產(chǎn)品檢驗(yàn)方法還沒有形成一整套行之有效的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，各個廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量也不盡相同，市場上的產(chǎn)品也是良莠不齊。

（3）制備工藝復(fù)雜。碳纖維材料需要經(jīng)過高溫碳化、成型等一系列的流程，目前尚未實(shí)現(xiàn)完全自動化生產(chǎn)，生產(chǎn)效率不高也是成本昂貴的主要原因。

隨著對碳纖維加固技術(shù)研究的日益增多，這種新型技術(shù)在室內(nèi)裝修中的發(fā)展趨勢主要分為三個方向。

（1）偏向于藝術(shù)設(shè)計的需要。碳纖維加固技術(shù)尤其適用于室內(nèi)藝術(shù)設(shè)計，碳纖維增強(qiáng)材料質(zhì)地較輕，美觀而大方，進(jìn)行合理的藝術(shù)化設(shè)計有利于改善居住環(huán)境。

（2）偏向于框架柱、屋面梁的加固需要。碳纖維遠(yuǎn)勝于普通材料的力學(xué)強(qiáng)度，使其具有強(qiáng)大的抗機(jī)械壓力的能力。隨著碳纖維混凝土復(fù)合材料的研究不斷深入，該材料最終將被廣泛應(yīng)于混凝土主題框架的加固之中，從而延長建筑壽命。

（3）偏向于工程修復(fù)的需要。例如墻面粉刷層的修復(fù)以及地板修復(fù)等，利用碳纖維加固技術(shù)可以保質(zhì)保量、輕松快捷地完成修復(fù)工作。

4 結(jié)束語

碳纖維增強(qiáng)材料作為“新材料之王”，日益受到世界各國的關(guān)注。歷經(jīng)40 年的發(fā)展歷程，我國碳纖維技術(shù)己突破發(fā)達(dá)國家的技術(shù)封鎖，逐步形成了自身的碳纖維工業(yè)，目前己經(jīng)用于航空航天、電子、建筑以及化工等領(lǐng)域。在建筑裝修方面，碳纖維加固技術(shù)更是被廣泛應(yīng)用，例如在簾墻板的制作、加固門洞、加固混凝土結(jié)構(gòu)、防水房頂涂層以及耐磨地板等方面。通過合理和科學(xué)的設(shè)計，碳纖維加固技術(shù)能夠達(dá)到裝修設(shè)計的相關(guān)要求，提高裝修工程質(zhì)量，提升人們的生活品質(zhì)。文章還分析了目前碳纖維加固技術(shù)的不足之處，對未來在室內(nèi)裝修中的發(fā)展趨勢進(jìn)行展望，以期更好地促進(jìn)其在室內(nèi)裝修領(lǐng)域的發(fā)展和應(yīng)用。