随着建筑行业的快速发展，具有优良性能的建筑材料被更多地应用于实际工程。混凝土是目前工程领域使用最多的原材料，其中，多种改性混凝土具有良好的力学性能和耐高温、耐腐蚀性能，并可有效抵抗有害离子的侵蚀等特性。有些改性混凝土采用硅灰或粉煤灰取代水泥基材料来提高混凝土的强度和耐久性；有些则是使用纳米材料从微观层面改善水泥基材料的孔结构，从而提高了材料的各项性能。由于纳米材料的价格较高，导致其在现阶段还无法大规模应用于实际工程中。

金属纤维（如钢纤维）和无机纤维（如玻璃纤维、有机纤维如聚丙烯纤维和聚乙烯纤维、植物纤维如剑麻纤维等），是目前广泛应用的纤维材料。钢纤维和玻璃纤维抗腐蚀性不佳，碳纤维因具有轻质高强、耐高温、耐腐蚀、弹性模量大和抗疲劳等优点而广泛应用于改善混凝土性能。

掺入混凝土材料中的碳纤维属于无机高分子材料，由沥青、聚丙烯腈、黏胶丝、酚醛等材料经过碳化作用制作而成。其中，层状石墨晶体组成单丝碳纤维，单丝碳纤维再经过聚合形成纤维束，也就是目前被广泛应用于试验以及工程中的短切碳纤维。

研究人员试验发现，碳纤维混凝土具有工程所需要的一些优良性能，如防水防渗、耐磨损、耐腐蚀、对极端温度有较好的适应性和良好的导电性，这些性能都使得碳纤维混凝土有望成为新一代可用于检测的智能材料。目前，在大跨度高层建筑外墙、结构修复加固、建筑桥梁结构的自检测等方面，碳纤维混凝土复合材料已得到应用。

为能够使碳纤维对混凝土性能的增益效果达到最大，克服碳纤维由于结构特殊而导致的疏水性，找到能将碳纤维均匀分散在混凝土中的方法尤为重要。国内外许多研究人员对于碳纤维水泥基复合材料分散性的优化进行了研究，有研究人员使用甲基纤维素（MC）和羧甲基纤维素钠（CMC）等分散剂辅助分散碳纤维，改善其在混凝土材料中的分散效果。通过扫描电镜（SEM）或透射电镜（TEM）等微观手段即可观察到碳纤维表面的微观结构，发现分散剂的作用机理是能够在纤维素表面形成稳定的薄膜，以促进纤维素以单丝状态均匀分散，从而使得纤维素在水泥基复合材料中实现均匀分散。

另外，还可以考虑使用磷酸三丁酯作为消泡剂和适量的减水剂，消除分散剂加入后在搅拌过程中产生的气泡。而碳纤维在CFRC中的分散效果评价指标可考虑使用碳纤维质量波动系数以及试件电阻率变动系数。张晖^[1]使用0.8%的CMC和15%的硅灰，同时采用湿拌-干湿拌-湿拌的搅拌方法，通过试验证明了此种方法能够实现将碳纤维均匀分散于水泥基材料中的目标。为了表征因拌制工艺不同导致的分散效果的差别，在试验中可利用CT的2D和3D成像技术表征不同搅拌工艺的影响。针对预混合后混合分散碳纤维的2种搅拌方法而言，相关试验表明，预混合的拌制方法能使碳纤维更好地分散在水泥基材料中。

除了上述加入分散剂的化学方法外，还有行之有效的物理方法可以将碳纤维分散均匀，如超声波分散法。使用物理方法与化学方法相结合的方式，可以针对不同长度、不同掺量等不同条件下的碳纤维混凝土，根据实际情况进行预试验，根据试验结果确定最佳分散方式。研究表明，使用以上方式进行充分分散的碳纤维混凝土，相较于普通混凝土，测得的抗压性能、抗弯性能和劈裂抗拉性能均有不同程度的提高。

碳纤维的掺入可使混凝土的各项力学性能得到强化，同时碳纤维本身所具有的轻质高强等优良特性，使得碳纤维能够对混凝土裂缝的出现和发展起到抑制作用，也基本解决了普通混凝土本身自重大、抗拉性能差以及抗冲击性能差所引起的问题。

陈庆丰等^[2]使用羟乙基纤维素（HEC）作为分散剂，HEC与碳纤维的掺入量比例为1∶2，制作成尺寸为200mm×200mm×50mm的试块，探究碳纤维掺入量和碳纤维长度2个变量对于碳纤维混凝土抗冲击性能的影响，采用的试验装置是由美国混凝土学会（ACI）首先推出的落锤冲击试验。通过试验证明了碳纤维的加入可有效抑制试块裂缝的出现与发展，并减小相同荷载下的最大裂缝宽度。试验数据表明，掺入量为1.4%的碳纤维能够使混凝土的抗冲击性能达到最优，当碳纤维长度为10mm时，混凝土具有最好的抗冲击性能，能够起到最优的增强阻裂效果。

也有研究人员探讨了较易分散在混凝土中的短切碳纤维对混凝土力学性能的影响机制，并通过建立纤维长度、纤维掺量与抗压强度、劈裂抗拉强度以及抗折强度等力学性能之间的关系，与素混凝土试块的各项力学性能和破坏形态进行对比分析，定性定量地说明了变量之间相互作用的机制。

学者们将长度大于10mm的碳纤维定义为长碳纤维（long carbon fibres,LCR）。对于长碳纤维，可以使用不同的制作工艺使混凝土的弯曲性能得到大幅提高。有学者分别使用环氧浸渍双向编织法构成的碳纤维束和不同聚丙烯支撑体系变体的纤维束，试验发现，LCR掺入混凝土后，使混凝土能够承受更大的冲击力，其应变能力较普通混凝土均提高4～20倍不等，因此具有优异的抗弯性能，混凝土其他各项力学性能也有不同程度的提高。

也有研究人员使用短切碳纤维进行力学性能增强试验，统计各研究数据可发现，当短切碳纤维的体积掺入量稳定在1%～3%时，混凝土试块的单向拉伸强度分别提高30%～60%，抗弯强度分别提高70%～140%不等。例如，于良等^[3]将体积分数分别为0～1.6%的9组短切碳纤维混凝土用于试验，并测试了不同配合比下100mm×100mm×100mm的立方体和100mm×100mm×300mm棱柱体的抗压强度，基于碳纤维掺入体积分数和测得的峰值应变数据，推导出三者之间的函数关系式，并根据拟合得到的碳纤维混凝土的受压应力-应变曲线，发现CFRC的抗压强度随碳纤维的体积占比增加而降低，峰值应变则与之相反，与碳纤维的体积占比一起增大。而对于碳纤维混凝土在单轴拉伸荷载下的力学性能，当碳纤维掺入量为1.7kg/m³时，测得碳纤维混凝土的抗拉强度较普通素混凝土高11%，且极限拉伸应变提高24%，抗断裂性能提高47.8%。

对于各力学强度的计算函数，研究人员多根据试验引出相关的参数，然后根据试验的具体条件进行数据拟合，再推导出需要的计算式。例如，有学者根据引入碳纤维方向系数、分散系数等参数，基于相关理论推导出碳纤维混凝土的弹性模量，并从宏观和细观分析碳纤维的作用原理，然后基于混凝土梁的3个承载阶段，推导出增强混凝土梁的抗弯计算公式，为相关研究提供了有效参考。

也有一些学者采用将其他材料与碳纤维材料相结合的方法，使混凝土的各项性能相较于只掺入碳纤维时得到不同方面改性的提升。根据已有研究，向碳纤维混凝土中加入适量的硅灰可以使CFRC的电阻率以及导电性增强；加入金属锆可以改善碳纤维混凝土的微观结构；加入低聚性材料则会对CFRC的黏弹性产生一定的影响；加入VAE乳胶聚合粉可增强碳纤维混凝土的力学强度。

杨浩楠^[4]针对膨胀剂和碳纤维协同作用的水泥基复合材料进行了试验，试验数据表明，膨胀剂的最优掺入量为8%，此最优值不受其他变量的影响，但是膨胀剂对水泥净浆的性能有差异化的提升，对于水泥净浆的流动性、抗压强度及抗折强度等力学性能没有明显作用，并阐述了膨胀剂作用下碳纤维-水泥基体界面的微观力学性能。另外还研究了碳纤维长度对水泥基材料力学性能的影响，说明碳纤维能够提高水泥基材料抗压性能的作用机理和膨胀剂-碳纤维协同工作机制。

多项研究表明，不论是只向混凝土中掺入碳纤维还是利用其他材料的优越性能改善碳纤维混凝土的力学性能，均能够取得理想效果。随着新材料的开发和使用，碳纤维混凝土的性能会进一步优化。目前已经有学者应用纳米尺度的碳纤维来改善混凝土的耐久性能。

从微观层面优化混凝土的孔结构，影响水泥基材料的水化产物和水化进程，从而提高混凝土的力学性能和耐久性能，是比宏观上抑制混凝土裂缝出现和发展更为合适的方法。另外，考虑使用多种纳米材料制作改性混凝土也是提升混凝土性能的一种有效方法。