引言：从实际应用角度进行分析，碳纤维复合材料可以为暴露在外的混凝土柱提供保护，从而使混凝土柱的冻融损伤得到有效控制。在土木工程及其他工程建设发展期间，碳纤维复合材料已经逐渐崭露头角，从极温冻融荷载作用下的，碳纤维复合材料使用角度出发进行试件，损伤修复分析处于当前材料研究发展过程中比较关键的工作内容。碳纤维复合材料能够有效，在潮湿环境中发挥作用，为产生冻融损伤的混凝土结构提供更加有利的基础条件，实现更加高效优质的恢复。因此，对碳纤维复合材料的修复并进行深度分析并提出行之有效的应用优化建议十分可行。

一、极温冻融-荷载作用下碳纤维复合材料修复试验内容

（一）温度调查及试验材料

以川藏铁路的建设为例，对碳纤维复合材料的修复性能进行研究分析。由于川藏铁路所处建设环境具有高寒缺氧特点，在川藏线内热外冷的极温环境当中，铁路的混凝土受压结构出现冻融损伤的可能性大幅提升。在此条件下进行铁路建设时，使用的混凝土主要由矿渣硅酸盐水泥制备而成，在沙石除灰过程中，采用孔径0.15毫米的方孔筛进行浮灰筛除，在建设过程中得到的砂细度模数达到1.97，碎石模数则为1.72，工作中利用的碳纤维复合材料为JGN型片状织物^[1]。

（二）试验方案设计

按照相关规范，标准和文献要求进行实验方案设计时，应该对混凝土柱的数量进行明确规范，设置60根混凝土柱投入实验使用，并且将混凝土柱的截面尺寸和高度等各项数据进行明确设计。比如，应该在截面尺寸控制在100×100平方毫米的范围内，高度则应该设置为400毫米，长细比例则应该控制在0.25，在此基础上，需要对参与实验的60根混凝土柱进行快速冻融，从零次开始，以五十次为标准进行递增，直至进行快速冻融200次。然后，利用修复间距为零、一百和二百毫米的碳纤维复合材料卷材分别对经过不同次数的快速冻融处理的混凝土柱进行修复，进而测量得出实验试件的基本参数水平。

（三）冻融循环实验

在动如循环实验落实期间，应该合理规范实验操作方法，工作过程中可以参照混凝土结构，耐久性的实际设计规范内容，组织开展冻融循环实验。在实验中对试件进行水分饱和处理，再将试件放置到饮用水当中，持续七天之后，将其置入快速冻融循环试验机当中，利用橡胶试模进行进一步试验，并在橡胶试模和混凝土试件之间，填充饮用水，确保填充的饮用水表面高于混凝土试件300毫米，在此基础上，以2.5小时为间隔进行冻融循环，并结合川藏线所处的极温环境，将冻融温度范围设置在25到零下29摄氏度范围内。在进行冻融循环90次之后，混凝土试件往往已经出现损坏，在此条件下，碳纤维复合材料加固能够从损坏区和损伤区执行。

二、极温冻融-荷载作用下碳纤维复合材料修复试验结果分析

（一）破坏形态及过程

试验期间混凝土柱产生的破坏能够被分为碳纤维复合材料断裂和混凝土开裂以及极限荷载三个阶段。第一，在碳纤维复合材料断裂阶段，混凝土试件，在加载过程中，将会逐渐达到极限荷载的20%到35范围内。在此过程中，表面的碳纤维复合材料会发出一些纤维断裂声响，初始时其断裂，声量相对较小，频率也相对较小。但随着荷载持续增加，纤维声响将会逐渐提升，频率也会越来越快,在处于该状态一段时间之后，表面的碳纤维复合材料将会出现局部断裂现象。第二，混凝土柱将出现混凝土开裂情况，在未利用碳纤维复合材料对混凝土柱进行处理时，混凝土试件加载到特定阶段之后，混凝土试件上将会呈现菱形贯通状裂缝随着冻融，循环次数逐渐提升，试件上的裂缝将会向着横向持续贯通发展，直至加载端混凝土被压碎^[3]。而在碳纤维复合材料的修复作用下，混凝土的开裂荷载将会呈现显著的提高状态，在冻融损伤程度持续加深的条件下，随着碳纤维复合材料修复间距的增加，混凝土柱上的裂缝相对更加细小，即便处于冻融100次循环状态混凝土也能够在碳纤维复合材料的保护下保持整体状态，虽然会出现较多的横向细小裂缝，但并不会被彻底压碎。第三，在极限载荷阶段，间距不同的，碳纤维复合材料修复试件，能够在达到极限载荷状态时出现位移增大的情况，在持续一段时间之后，混凝土试件将会遭到破坏，但是材料的修复仍然能够继续承载，总体而言，在不同修复间距条件下的试件与未加固试件相比具有更高幅度的极限荷载值，并且随着冻融损伤程度的持续加深，极限荷载的提升幅度呈现出显著的增长趋势。

三、碳纤维复合材料冻融受压模型建立与验证

结合实验分析内容，对碳纤维复合材料冻融受压模型进行建立与验证，从微观角度对混凝土结构冻融受压状态下的冻胀损失和受压损失进行分析，进而结合受压破坏过程中的次级概率分布情况，构建粘弹性塑性随机力学模型。结合实际的实验内容，对该模型进行验证分析，不难发现，碳纤维复合材料修复冻融受压实验的损伤过程能够经由模型参数得到相对完整的表达。

结束语

根据上文内容可知，在当前的工程建设及社会整体科技水平发展过程中，对碳纤维复合材料的应用进行深度研究开发并推进材料应用优化是必不可少的发展任务。在材料分析过程中，应该从极温冻融荷载作用下的试件，损伤修复角度入手进行实验研究，分别对混凝土试件进行零次及50、100依次递加至200次的冻融处理之后，针对不同状态下的试件进行分析，进而采取差异化的修复间距和纤维量开展修复工作，通过轴压试验进行荷载压缩和横向整体位移等参数的研究，借此更加精确的分析修复冻融。由此，保障碳纤维复合材料冻融受压模型的建立的科学性和可行性，真正有效地提高相关材料的冻融损伤修复有效性，从而为各项工程建设期间的碳纤维复合材料应用进行优化和相关工程建设的长远发展增光添彩。

参考文献：

[1]刘文静,杨国荣,赵晓曼.碳纤维复合材料研究进展及其应用[J].纺织科技进展,2023(07):1-4+52.

[2]赵健宇,谢惠民.基于数字图像相关的激光修复镍基合金疲劳损伤表征方法研究[J].实验力学,2023,38(01):1-8.

[3]谷拴成,聂红宾.极温冻融-荷载作用下碳纤维复合材料修复试件损伤分析[J].吉林大学学报(工学版),2021,51(06):2108-2120.

项目来源（基金项目）：2020年嘉兴市级公益性研究计划项目：冻融循环作用复合纤维混凝土抗冻及力学性能研究（基金号：2020AD10023）；2022年校级重点科研项目：高温、冻融作用后纤维混凝土抗压及抗冻性能研究（基金号：jzyz202208）