碳纖維是一種集結(jié)構(gòu)材料與功能材料于一身、具有多種優(yōu)異性能的新材料，被稱為“21世紀新材料之王”、“黑黃金”。隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，碳纖維正逐漸成為全球工業(yè)領(lǐng)域的焦點。

碳纖維可以按照原絲類型、絲束大小、力學(xué)性能、形態(tài)等不同維度進行分類。

按原絲類型分類，可分為聚丙烯腈(PAN)基碳纖維、瀝青基碳纖維和粘膠基碳纖維三大類。其中，由聚丙烯腈纖維原絲制得的高性能碳纖維，其生產(chǎn)工藝較其他更為簡單，產(chǎn)品的力學(xué)性能優(yōu)良，用途廣泛，因而自20世紀60年代問世以來，取得了長足的發(fā)展，其產(chǎn)量約占全球碳纖維總產(chǎn)量的90%以上，成為當今碳纖維工業(yè)生產(chǎn)的主流。

按絲束大小分類，分為大絲束工業(yè)級、小絲束宇航級。按力學(xué)性能分類，分為通用型碳纖維、高強型高性能碳纖維、高模型高性能碳纖維、超高強型碳纖維和超高模型碳纖維。

碳纖維的制造并非一蹴而就，完整的碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈包含從一次能源到終端應(yīng)用的完整制造過程，建設(shè)一條世界一流的生產(chǎn)線以及設(shè)備組裝需要大量資本和運行時間。除此之外，碳纖維的制造工藝包含預(yù)氧化、炭化、預(yù)浸料等多個復(fù)雜工序。因此碳纖維的產(chǎn)業(yè)鏈不僅意味著資金壁壘高，還需要高水平的技術(shù)支持，導(dǎo)致許多企業(yè)難以涉足碳纖維產(chǎn)業(yè)。

我國在碳纖維產(chǎn)業(yè)中占據(jù)了重要地位。2021年，中國大陸地區(qū)首次超過美國，成為全球最大產(chǎn)能國，產(chǎn)能達到6.34萬噸，占全球總產(chǎn)能比重超過30%。我國碳纖維生產(chǎn)企業(yè)數(shù)量較少，市場集中度整體較高，尤其在丙烯腈、原絲及碳纖維產(chǎn)能方面，2020年和2021年，我國的CR5產(chǎn)能集中度都超過了75%。

目前我國原絲及碳纖維的生產(chǎn)能力主要由吉林化纖、中復(fù)神鷹、寶旌碳纖維、恒神股份等制造商集中掌握，其余企業(yè)產(chǎn)能份額占比較小。

近年來，隨著國家產(chǎn)業(yè)政策支持及國產(chǎn)碳纖維生產(chǎn)廠商技術(shù)進步，碳纖維行業(yè)市場需求不斷上升。2021年我國碳纖維需求量為6.24萬噸，國產(chǎn)碳纖維供應(yīng)量為2.93萬噸，若國產(chǎn)碳纖維全部供應(yīng)于國內(nèi)需求，國產(chǎn)化率約為47%，國產(chǎn)替代趨勢明顯。未來，隨著我國碳纖維原材料國產(chǎn)替代加速，我國碳纖維行業(yè)整體亦將實現(xiàn)國產(chǎn)替代的突破，推動國產(chǎn)碳纖維復(fù)合材料在下游的廣泛應(yīng)用。

碳纖維材料優(yōu)異的特點，使得其在建筑加固領(lǐng)域的應(yīng)用有著巨大的優(yōu)勢。碳纖維加固補強技術(shù)，是利用碳纖維材料來粘貼在混凝土結(jié)構(gòu)的表面，從而實現(xiàn)對混凝土結(jié)構(gòu)加固和補強的一種新型技術(shù)，常用加固補強材料包括碳纖維布、碳纖維板、預(yù)應(yīng)力碳纖維板、碳纖維網(wǎng)格等。

碳纖維布加固

碳纖維布加固是利用膠粘劑把碳纖維布粘貼在混凝土受損部位，使之與混凝土共同受力，達到加固補強受損構(gòu)件的承載能力和使用功能的目的。碳纖維布加固常適用于解決建筑橋梁與梁、板、柱、墻等各種結(jié)構(gòu)荷載的增加、工程使用功能的改變等結(jié)構(gòu)問題。

工程案例

西安某項目梁板等主要構(gòu)件均出現(xiàn)不同程度破壞，該項目針對樓板、梁出現(xiàn)的裂縫及變形病害，采用粘貼卡本碳纖維布和粘鋼加固方法進行加固。

碳纖維板加固

碳纖維板材的加固方法主要是將板材粘貼于構(gòu)件的受力部位，提高該區(qū)域的承受力，從而提高構(gòu)件的抗彎和抗剪能力，常用于工民建大跨度結(jié)構(gòu)加固、板抗彎加固、控制裂縫加固，板梁、箱梁、T梁的抗彎加固以及鋼筋混凝土橋梁控制裂縫等。

工程案例

江蘇某橋梁腹板出現(xiàn)裂縫，承載力不足，該項目混凝土內(nèi)部鋼筋密布，無法植筋打孔，因此采用粘貼卡本碳纖維板的方法進行加固。

預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固

卡本新型加固系統(tǒng)預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固系統(tǒng)是變被動加固為主動加固。對碳纖維板施加預(yù)應(yīng)力而產(chǎn)生的反向彎矩，可抵消一部分初始荷載的影響，大幅度提高鋼筋混凝土構(gòu)件的強度和剛度，同時有效減少結(jié)構(gòu)的撓度變形，并能減少和封閉裂縫產(chǎn)生。

工程案例

潘青線八道沽橋承載力不足、存在較多裂縫，該項目采用卡本預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固系統(tǒng)及智能預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固系統(tǒng)對橋梁實施加固，不僅實現(xiàn)預(yù)應(yīng)力張拉施工過程的實時在線監(jiān)測，也能實現(xiàn)橋梁承載力變化的遠程實時監(jiān)測，為完工后運營期碳纖維板預(yù)應(yīng)力實時情況提供數(shù)據(jù)依據(jù)，實時掌握梁體實際受力狀態(tài)。

碳纖維網(wǎng)格加固

碳纖維網(wǎng)格加固系統(tǒng)是通過碳纖維材料與專用濕法噴射混凝土砂漿共同作用，實現(xiàn)碳纖維網(wǎng)格與混凝土構(gòu)件粘接，形成砂漿-網(wǎng)格-砂漿的“三明治”結(jié)構(gòu)，達到共同受力的效果，被廣泛應(yīng)用于橋梁、古建筑、砌體結(jié)構(gòu)加固。

工程案例

北京市東城區(qū)法華寺街商品房樓板承載力不足需要進行結(jié)構(gòu)加固，該項目通過碳纖維網(wǎng)格加固系統(tǒng)對結(jié)構(gòu)板進行加固。

目前碳纖維加固已經(jīng)在我國有了廣泛的應(yīng)用，加固修復(fù)的應(yīng)用領(lǐng)域有：民建、橋梁、文保建筑等。下面我們就通過卡本案例來分析碳纖維加固是如何讓不同領(lǐng)域的建筑煥發(fā)新生的吧。

上海世茂深坑酒店附屬游樂園改造項目

世茂深坑酒店是世界首個建設(shè)于坑內(nèi)的五星級酒店，該項目包括對結(jié)構(gòu)的梁、板、柱進行碳纖維加固，提升其承載力。

川藏鐵路配套公路建設(shè)橋梁檢測加固工程

川藏鐵路配套公路建設(shè)橋梁檢測加固工程總長1000余公里，涉及橋梁300余座，主要施工內(nèi)容包括主橋改造加固、橋面鋪裝、護欄改造、橋梁支座病害處置、橋梁糾偏、橋梁墩柱加固等，同時針對部分比較重要的橋梁在后期長期使用過程中進行數(shù)字化健康監(jiān)測，使用了卡本智能預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固系統(tǒng)，對過程中應(yīng)力應(yīng)變、重大異常荷載、異常位移等情況進行智能監(jiān)測。

西安電影制造廠

西安電影制造廠為 1954 年建設(shè)，為砌體框架結(jié)構(gòu)建筑，距今已有 65 年歷史。受外部環(huán)境的影響，砌體砂漿以及砌體本身出現(xiàn)多處風化損傷等病害，嚴重降低了砌體結(jié)構(gòu)的抗震性能。此外，該項目要求加固后不能明顯影響建筑的使用面積。因此該項目最終選用了碳纖維網(wǎng)格加固系統(tǒng)，既滿足了結(jié)構(gòu)加固抗震的要求，又節(jié)省了空間。

隨著國家產(chǎn)業(yè)政策的支持和國產(chǎn)碳纖維生產(chǎn)廠商在高性能碳纖維領(lǐng)域不斷取得技術(shù)突破，碳纖維的國產(chǎn)化進程進一步加快，碳纖維復(fù)合材料在建筑結(jié)構(gòu)加固領(lǐng)域中將大有作為。

作為專業(yè)深耕加固材料十四載的卡本，將在碳纖維應(yīng)用領(lǐng)域持續(xù)探索，不斷進行產(chǎn)品研發(fā)升級，為您帶來持續(xù)穩(wěn)定的高品質(zhì)碳纖維復(fù)合材料加固產(chǎn)品，以及更為優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，與您一起守護建筑結(jié)構(gòu)安全，成就美好生活！來源：艾瑞咨詢

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