k1体育·(中国)官方网站用碳纤维建设大桥成为新趋势够安全吗？如果着火了碳纤维能抗住吗碳纤维造大桥，听起来确实挺高大上的，毕竟碳纤维造个自行车都不是一般人能消费的。碳纤维制品，直到今天仍然是奢侈品的代表，是价格高昂的代名词。但是随着碳纤维生产工艺的日趋成熟，尤其是大丝束碳纤维的逐步推广，碳纤维的价格逐渐走下神坛。尤其是中国企业已经掌握了大丝束碳纤维生产技术，刚刚起步逐渐提高产量，等产量提高上来以后，碳纤维的价格将有一定程度的下降。目前已经开始用碳纤维来制造风力发电机的大扇叶了，用来造桥也就没有那么离谱了。但是用碳纤维来造桥真的解释吗？

　　我们说用碳纤维来造桥，并不是整个桥都用碳纤维来制造，而是用碳纤维来替代钢筋或者钢丝。因为碳纤维比铁轻得多也结实的多，所以可以在很多场合来替代铁。比如有一种桥叫做拉索大桥，使用钢缆来拉住桥身，可以让大桥在用很少的桥墩的情况下，实现很大的跨度。这种用钢缆支撑的大桥，不仅看起来美观，而且非常实用，可以减少桥身的复杂程度，能实现更大的桥面跨度，也能减少桥身的重量。

　　典型的例子就是中国帮土耳其修建的1915恰纳卡莱大桥，是目前世界上跨度最大的桥，跨度达到2023米,就需要靠大量悬索来支撑。此外，中国国内也有很多大跨度的拉索大桥，包括苏通大桥、红莲长江大桥，以及正在建设的常泰长江大桥k1体育·(中国)官方网站。这些大桥基本都在使用钢缆来制作拉索，因为技术成熟、成本低。

　　但是，钢缆制作的悬索，特别容易被腐蚀，尤其是跨海大桥，腐蚀的作用更加强烈。就算现在的悬索都是采取了一定的保护措施，减缓钢缆的腐蚀，但是并不是一劳永逸的，常见的保护措施随着时间的推进都会不断减弱，或多或少出现钢缆腐蚀的现象。一旦腐蚀，维护和更换钢缆的费用还是很高的，维修的话往往得几百万，涉及到更换那就得千万以上了。

　　大桥的设计使用寿命一般都在50年以上，而钢缆的使用寿命一般也就是20年。根据以往的经验，很多大桥钢缆因为种种原因根本达不到20年就锈蚀严重了。比如广州的海运大桥，只用了7年就需要更换钢索了，还有很多大桥也出现了10年左右就需要更换钢索的现象。就算能用到20年，在大桥寿命周期也需要更换两次桥索，维护费用还是很高的。如果能延长桥索的使用寿命，可以大幅度降低桥梁的维护成本。

　　最有潜力的替代绳索，当然就是碳纤维绳索了。碳纤维比钢铁轻，又比钢缆更结实，同时还不怕腐蚀，是非常好的一种替代材料。单说密度，钢缆的密度达到碳纤维的4倍，现在的桥索使用钢缆，它们本身的重量都比较大，如果钢缆比较短还好，太长的话，自身重量带来的负担都会占用很大一部分，从而需要强度更大的钢缆来维持。未来桥梁的跨度越来越大，需要的钢缆越来越长，钢缆自身的重量就会限制桥梁的跨度。如果换用碳纤维材料的话，就不需要担心自身重量带来的负担，桥梁施工也会变简单。再加上不容易腐蚀，使用寿命会明显延长。

　　当然碳纤维制作桥索的缺点也是显而易见的，最大的障碍就是成本问题，碳纤维的成本非常高，每公斤需要几百块钱，就算是比较便宜的碳纤维每公斤也上百块钱了。用这样的绳缆来造桥的话，成本还是很高的，少说也得是钢缆的几十倍。要想实现碳纤维绳缆普及，必须还需要进一步降低成本。希望中国的大丝束碳纤维生产基地能够大幅度降低碳纤维的生产成本，让碳纤维的使用成本进一步下降。

　　碳纤维复合材料的第二个缺点是怕火。我们都知道碳纤维主要成分就是碳k1体育·(中国)官方网站，是一种易燃材料，一旦发生火灾很容易烧毁。在有氧气的情况下，只需要400℃以上就可以让碳纤维着火，而很多交通事故中都伴随着燃油的泄露和燃烧，尤其是油罐车的泄露和燃烧，燃油燃烧温度高达1600℃，危害非常大，碳纤维绳缆能否承受这样的火灾直接决定着碳纤维绳缆能否应用到桥梁建设上。

　　当然既然碳纤维材料已经开始在桥梁上使用了，那必然已经有了对付火灾的办法。碳纤维材料对付火灾的方法是用阻燃材料包裹起来。一旦发生火灾，首先烧到的是绳缆的最外层，这一层是用阻燃材料制作的，一般的火灾烧不到内部。另外阻燃材料还会阻止氧气进入绳缆内部，只要没有氧气，碳纤维可以耐受3650℃的高温。当然这是理想的状态，实际情况并没有这么简单。

　　虽然碳纤维自身可以耐受3650℃的高温，但碳纤维复合材料除了碳纤维以外还有环氧树脂这样的材料起到粘结的作用。环氧树脂可没有那么耐高温，只需要100℃力学性能就会受到影响。温度进一步升高会让环氧树脂软化，靠环氧树脂粘结在一起的碳纤维就不再那么团结了，大家各自为战，相对就容易被各个击破，也就是碳纤维复合材料的强度是会下降的。

　　经过250℃以上高温长时间作用的环氧树脂，就算后来冷却后，也不容易恢复到以前的性能了，也就会让整个碳纤维复合材料的性能下降。对于油罐车泄露燃烧这样的事故，很容易给碳纤维绳缆带来不可修复的损伤，必须在规定时间内把火给灭掉。一般来说要求半小时内把火灭掉比较好，这样碳纤维绳缆的性能几乎不受影响，时间再长就不确定了。

　　此外，如果外面的防火材料破损以后，让内部碳纤维接触到氧气，那碳纤维绳索很容易就会被烧断，那就更有可能带来不可挽回的后果。

　　碳纤维的第三个缺点是容易被剪断。虽然碳纤维是比钢缆还要结实的材料，那主要是在承受拉力方面，碳纤维比钢缆要强，但如果换成用剪刀剪的话，那就没有那么强了。碳纤维横向抗剪强度只有纵向抗剪强度的十分之一，是很容易被剪断的。如果有人恶意破坏，碳纤维绳缆还是有可能被剪断的。因此需要对碳纤维做更多额外的防护措施才行。

　　当然，碳纤维还有其他一些缺点。对于碳纤维复合材料来说，里面都包含着一定比例的环氧树脂，通过环氧树脂把碳纤维给粘结在一起，但是对于受力比较强的碳纤维复合材料来说，环氧树脂反而成了瓶颈和拖累。我们希望多股碳纤维合并到一起能增强碳纤维的强度。但是由于环氧树脂的拖累，这些合并到一起的碳纤维并不能共同进退。往往会有一部分纤维绷紧的情况下，还有一部分纤维受力比较小，也就是大家受力不均匀，从而会出现前面提到的碳纤维材料被外力各个击破的尴尬境地。所以多股碳纤维合并到一起的绳缆比强度还比不上单条碳纤维。

　　此外，钢缆有一定的拉伸变形能力，除了弹性形变以外，还可以通过被拉长的方式避免被拉断。但是碳纤维复合材料只有很小余量的弹性形变只有钢缆的一半左右，同时不会被拉伸变形，一旦用力超过它的承受力，就会被直接拽断，而不是被拉细拉长。就算不会完全被拽断，也很容易出现一部分纤维被拽断的情况，从而大大降低碳纤维绳缆的性能。

　　考虑到碳纤维的这些缺点，使用碳纤维来充当大桥绳索的时候，需要综合考虑碳纤维的优缺点，跟钢缆搭配使用才能达到性能和效益的最大化。

　　对于一些比较短的绳缆，可以直接使用钢缆来制作，成本低，更换和维修也不会很贵。但是对于一些比较长的绳缆，最好能换成碳纤维材料，轻便、结实、抗腐蚀、抗疲劳等等。当然，考虑到碳纤维材料怕火、环氧树脂怕高温的特点，不仅要对碳纤维绳缆进行防火保护，更要有一定的救护措施。

　　此外，对于斜拉桥这样的绳缆，我觉得可以考虑采取钢缆和碳纤维绳缆拼接的方案，比如下部几米的长度全部用钢缆来制作，上部使用碳纤维绳缆来衔接，中间加上合适的转接头就可以了。底部的钢缆防火性能好，在火灾中受到的影响更小，不容易断掉。上部的碳纤维可以发挥自身轻便、结实的优势k1体育·(中国)官方网站，把绳缆做到几百米甚至上千米都很容易。下部的钢缆虽然抗腐蚀性比较差，但由于长度比较短，更换起来也比较容易。上部的碳纤维绳缆可以实现长寿命，无需频繁维护和更换。

　　其实，碳纤维不仅仅可以用来制作桥索，还可以替代钢筋充当混凝土的支撑材料，而且那方面的应用比桥索前景更广。