碳纖維預(yù)應(yīng)力混凝土

預(yù)應(yīng)力混凝土是一種歷史悠久的建材，其在抗裂、抗?jié)B、剛度、強(qiáng)度、抗剪和抗疲勞性能方面都優(yōu)于傳統(tǒng)混凝土。傳統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力混凝土基本是以張拉鋼筋的方法來(lái)達(dá)到預(yù)壓應(yīng)力。

隨著新材料、新技術(shù)的發(fā)展，很多研究機(jī)構(gòu)開(kāi)始對(duì)非金屬預(yù)應(yīng)力筋展開(kāi)研究，其中，碳纖維可能是最合適的非金屬材料。

在寶馬展上獲獎(jiǎng)的碳預(yù)應(yīng)力混凝土制造技術(shù)的原型來(lái)自蘇黎世應(yīng)用科技大學(xué)的一項(xiàng)長(zhǎng)期研究項(xiàng)目。在2021年秋季，霍爾希姆(Holcim)公司已經(jīng)完成了第1條碳預(yù)應(yīng)力混凝土工業(yè)生產(chǎn)線，并在2022年擴(kuò)大了生產(chǎn)規(guī)模。目前，瑞士地區(qū)已有170多個(gè)項(xiàng)目準(zhǔn)備應(yīng)用這種新材料，德國(guó)也已完成了對(duì)碳預(yù)應(yīng)力混凝土的安全認(rèn)證。

優(yōu)勢(shì)

碳預(yù)應(yīng)力混凝土最大的優(yōu)勢(shì)在于薄。這種混凝土使用碳纖維加固，而碳纖維非常高的抗拉強(qiáng)度和基本不會(huì)被腐蝕的性能，使得碳預(yù)應(yīng)力混凝土可以在很薄的情況下保持良好的結(jié)構(gòu)性能。

在承載能力相同的條件下，傳統(tǒng)混凝土板比碳預(yù)應(yīng)力混凝土板厚3～5倍，但碳預(yù)應(yīng)力混凝土板在抗腐蝕性能等方面更優(yōu)于傳統(tǒng)混凝土。

混凝土板變得更輕、更薄，除帶來(lái)了設(shè)計(jì)、運(yùn)輸和建造等方面的便利外，還可以大幅減少碳排放。根據(jù)霍爾希姆公司的測(cè)算，使用碳預(yù)應(yīng)力混凝土造成的綜合碳排放將比傳統(tǒng)混凝土少75%，比木材少46%。

劣勢(shì)

碳預(yù)應(yīng)力混凝土最大的劣勢(shì)在于生產(chǎn)流程復(fù)雜。預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的生產(chǎn)工藝本身就比傳統(tǒng)混凝土構(gòu)件復(fù)雜，技術(shù)要求高，還需要有專門(mén)的張拉設(shè)備和操作人員，而碳預(yù)應(yīng)力混凝土的生產(chǎn)則比普通預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件更加復(fù)雜。

霍爾希姆公司通過(guò)高度標(biāo)準(zhǔn)化和自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)了碳預(yù)應(yīng)力混凝土的生產(chǎn)。

目前，出于對(duì)構(gòu)件造型的限制，這種碳預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)暫時(shí)還很難在隧道工程中得到應(yīng)用，但相信隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，隧道工程領(lǐng)域?qū)?huì)迎來(lái)材料技術(shù)的革新。

(摘自 隧道網(wǎng)微信公眾平臺(tái) 2022-11-16)