水泥作为当今主要的建筑材料，具有抗压强度高等特点，但不足之处是抗拉强度和抗弯强度差，重量大，没有成型性，为了克服这种材料的缺点，一些纤维增强水泥复合材料应运而生。
炭纤维增强混凝土（CFRC）以其具有强度高、模量大、比重小，耐碱、对人畜无害、良好的导电性等优越性能，在复合材料领域占有重要一席，特别是它在建筑中的重要地位，越来越受到人们的关注。
国外CFRC的研制始于20世纪70年代初，主要是用聚丙烯腈（PAN）炭纤维进行单向增强的研究，因PAN基炭纤维价格昂贵未能发展。1978年，日本吴羽化学工业公司生产了通用级沥青基炭纤维后，CFRC才得到迅速发展。
制造方法
短炭纤维增强混凝土的制造工艺较多，有浇注法、挤出法、压制法、压制脱水法等，通常采用这几种方法的综合。即，首先将短切炭纤维与水泥、砂、石、水等在搅 拌机内进行三维乱向混合，混合后的高粘性CFRC烧注入模、注满、加压、挤压成型。由于炭纤维在CFRC中呈三维乱向分散，受纤维排列和长度的影响，其增 强效果较单轴连续纤维和两维分散的短纤维低。介于连续纤维增强混凝土的大规模生产工艺还未出现，两维乱向纤维的工业生产还受到喷射方法的限制，研究者们采 用了类似玻璃纤维增强混凝土的工艺，通过采用一种特制搅拌机，在一定程度上避免由于炭纤维长度引起的CFRC力学性能的降低。这种特制搅拌机没有浆叶，因 为浆叶能切断炭纤维。其结构是：装料容器的下半部分由各向移动的橡胶体组成，其底部装有与电动机相联的摇动盘，当电机旋转时，橡胶体就向各个方向摇动，从 而起到了拌和作用，这样既不破坏原料，又可在短时间内混匀，即可在现场浇注或制成型材。
由于CFRC的固化时间较长，因此大批量生产采用了一种"高压养生"工艺，其工艺条件是180℃，1MPa下养生5h，即可使混凝土硬化。从硬化后型材的 试验数据表明，水泥混凝土中添加百分之几的炭纤维后，使混凝土在原有的耐压性能之外，又在抗弯、抗拉、延伸率和抗拉弹性模量等物理性能方面，都有成倍或数 十倍的提高，并显示出惊人的韧性。加之炭纤维的化学稳定性、耐酸、耐碱、对人畜无害、导电性、吸波性等优异性能，表明其有着广阔的应用前景。
性能
(1)抗压强度。随炭纤维掺量增加，CFRC的抗压强度会下降，同时弹性模量也随炭纤维掺量增加而减少。这是因为在混合时引进了大量空气，使CFRC内的 空气含量增加；(2)抗拉、抗弯强度。抗拉及抗弯强度随纤维掺量的增加而增加，CFRC的韧性提高。掺有保凝剂和减水剂的砂浆韧性明显优于不掺外加剂的， 这是国为外加剂的掺入提高了纤维及水泥颗粒的分散作用，使纤维分布更均匀，从而提高了强度和韧性；(3)电阻率。炭纤维本身具有高的电导率，由于水泥本身 是弱导体，炭纤维的掺入必将大大提高CFRC的导电率。当炭纤维含量超过1.0 w/%以上时，炭纤维掺量的增加对电阻率的影响可以忽略不计。在炭纤维掺量低于0.5w/%时，电阻率大幅度下降。这种低电阻的CFRC板是很好的抗静电 板。
应用
炭纤维预混水泥主要在施工现场用作CFRC的主料，其本身也可作为水泥混凝土结构件的外部喷涂层，起到防止混凝土劣化的保护作用。
CFRC有多种规格，其中短切炭纤维增强的混凝土主要应用在屋面、外墙、内墙、地面、天棚等方面；长纤维增强混凝土在承重构件方面试用。
自1984年由Kajima在伊拉克首次使用后，至今已有40多座大型建筑使用CFRC外墙板。日本东京ARK holl mori-Building大楼使用了32000m2的CFRC 墙板，每块尺寸为1.47m×3.76m。这些以掺量为3w/%的纤维增强的CFRC外板，共用了约187t沥青基短切炭纤维，由于其比重小、强度高，因 此外墙可减轻40%的重量，同时又可使大楼钢架的重量减轻400t。在应用中，CFRC板材还表现出良好的耐久性和体积稳定性。
日本东京区建成的ARK办公大楼(37层)中，使用CFRC板作幕墙材料，每块面积4.55m2，重1.1t，外部耐火1h。在ARK幕墙上使用的轻质CFRC的比重为1.3t/m3，并且有很高的弯矩比(弯矩/强度)。使用CFRC板材要比使用轻质混凝土板(比重1.8t/m3～1.9t/m3)轻1/3。这能使标准板的幕墙重量下降到60%，抗震能力提高12%。大规格的幕墙板应用可大大缩短建筑工期。在这项ARK工程中，使用了约187t沥青基炭纤维，CFRC板采用的是压蒸养护截面喷涂。
CFRC以其优越的性能，在复合材料和建材中占有重要的地位，受到人们越来越多的关注。目前在工业发达国家，CFRC材料已在高层建筑、大桥、码头、河坝、耐火、防震、静电屏蔽、导电以及波吸等方面，得到了日益广泛的应用。
李湘洲 供稿
From 新型炭材料