一文了解我国碳纤维发展现状及在建筑加固领域的常见应用

碳纤维是一种集结构材料与功能材料于一身、具有多种优异性能的新材料，被称为“21世纪新材料之王”、“黑黄金”。随着现代工业技术的不断发展，碳纤维正逐渐成为全球工业领域的焦点。

碳纤维可以按照原丝类型、丝束大小、力学性能、形态等不同维度进行分类。

按原丝类型分类，可分为聚丙烯腈(PAN)基碳纤维、沥青基碳纤维和粘胶基碳纤维三大类。其中，由聚丙烯腈纤维原丝制得的高性能碳纤维，其生产工艺较其他更为简单，产品的力学性能优良，用途广泛，因而自20世纪60年代问世以来，取得了长足的发展，其产量约占全球碳纤维总产量的90%以上，成为当今碳纤维工业生产的主流。

按丝束大小分类，分为大丝束工业级、小丝束宇航级。按力学性能分类，分为通用型碳纤维、高强型高性能碳纤维、高模型高性能碳纤维、超高强型碳纤维和超高模型碳纤维。

碳纤维的制造并非一蹴而就，完整的碳纤维产业链包含从一次能源到终端应用的完整制造过程，建设一条世界一流的生产线以及设备组装需要大量资本和运行时间。除此之外，碳纤维的制造工艺包含预氧化、炭化、预浸料等多个复杂工序。因此碳纤维的产业链不仅意味着资金壁垒高，还需要高水平的技术支持，导致许多企业难以涉足碳纤维产业。

我国在碳纤维产业中占据了重要地位。2021年，中国大陆地区首次超过美国，成为全球最大产能国，产能达到6.34万吨，占全球总产能比重超过30%。我国碳纤维生产企业数量较少，市场集中度整体较高，尤其在丙烯腈、原丝及碳纤维产能方面，2020年和2021年，我国的CR5产能集中度都超过了75%。

目前我国原丝及碳纤维的生产能力主要由吉林化纤、中复神鹰、宝旌碳纤维、恒神股份等制造商集中掌握，其余企业产能份额占比较小。

近年来，随着国家产业政策支持及国产碳纤维生产厂商技术进步，碳纤维行业市场需求不断上升。2021年我国碳纤维需求量为6.24万吨，国产碳纤维供应量为2.93万吨，若国产碳纤维全部供应于国内需求，国产化率约为47%，国产替代趋势明显。未来，随着我国碳纤维原材料国产替代加速，我国碳纤维行业整体亦将实现国产替代的突破，推动国产碳纤维复合材料在下游的广泛应用。

碳纤维材料优异的特点，使得其在建筑加固领域的应用有着巨大的优势。碳纤维加固补强技术，是利用碳纤维材料来粘贴在混凝土结构的表面，从而实现对混凝土结构加固和补强的一种新型技术，常用加固补强材料包括碳纤维布、碳纤维板、预应力碳纤维板、碳纤维网格等。

碳纤维布加固

碳纤维布加固是利用胶粘剂把碳纤维布粘贴在混凝土受损部位，使之与混凝土共同受力，达到加固补强受损构件的承载能力和使用功能的目的。碳纤维布加固常适用于解决建筑桥梁与梁、板、柱、墙等各种结构荷载的增加、工程使用功能的改变等结构问题。

工程案例

西安某项目梁板等主要构件均出现不同程度破坏，该项目针对楼板、梁出现的裂缝及变形病害，采用粘贴卡本碳纤维布和粘钢加固方法进行加固。

碳纤维板加固

碳纤维板材的加固方法主要是将板材粘贴于构件的受力部位，提高该区域的承受力，从而提高构件的抗弯和抗剪能力，常用于工民建大跨度结构加固、板抗弯加固、控制裂缝加固，板梁、箱梁、T梁的抗弯加固以及钢筋混凝土桥梁控制裂缝等。

工程案例

江苏某桥梁腹板出现裂缝，承载力不足，该项目混凝土内部钢筋密布，无法植筋打孔，因此采用粘贴卡本碳纤维板的方法进行加固。

预应力碳纤维板加固

卡本新型加固系统预应力碳纤维板加固系统是变被动加固为主动加固。对碳纤维板施加预应力而产生的反向弯矩，可抵消一部分初始荷载的影响，大幅度提高钢筋混凝土构件的强度和刚度，同时有效减少结构的挠度变形，并能减少和封闭裂缝产生。

工程案例

潘青线八道沽桥承载力不足、存在较多裂缝，该项目采用卡本预应力碳纤维板加固系统及智能预应力碳纤维板加固系统对桥梁实施加固，不仅实现预应力张拉施工过程的实时在线监测，也能实现桥梁承载力变化的远程实时监测，为完工后运营期碳纤维板预应力实时情况提供数据依据，实时掌握梁体实际受力状态。

碳纤维网格加固

碳纤维网格加固系统是通过碳纤维材料与专用湿法喷射混凝土砂浆共同作用，实现碳纤维网格与混凝土构件粘接，形成砂浆-网格-砂浆的“三明治”结构，达到共同受力的效果，被广泛应用于桥梁、古建筑、砌体结构加固。

工程案例

北京市东城区法华寺街商品房楼板承载力不足需要进行结构加固，该项目通过碳纤维网格加固系统对结构板进行加固。

目前碳纤维加固已经在我国有了广泛的应用，加固修复的应用领域有：民建、桥梁、文保建筑等。下面我们就通过卡本案例来分析碳纤维加固是如何让不同领域的建筑焕发新生的吧。

上海世茂深坑酒店附属游乐园改造项目

世茂深坑酒店是世界首个建设于坑内的五星级酒店，该项目包括对结构的梁、板、柱进行碳纤维加固，提升其承载力。

川藏铁路配套公路建设桥梁检测加固工程

川藏铁路配套公路建设桥梁检测加固工程总长1000余公里，涉及桥梁300余座，主要施工内容包括主桥改造加固、桥面铺装、护栏改造、桥梁支座病害处置、桥梁纠偏、桥梁墩柱加固等，同时针对部分比较重要的桥梁在后期长期使用过程中进行数字化健康监测，使用了卡本智能预应力碳纤维板加固系统，对过程中应力应变、重大异常荷载、异常位移等情况进行智能监测。

西安电影制造厂

西安电影制造厂为 1954 年建设，为砌体框架结构建筑，距今已有 65 年历史。受外部环境的影响，砌体砂浆以及砌体本身出现多处风化损伤等病害，严重降低了砌体结构的抗震性能。此外，该项目要求加固后不能明显影响建筑的使用面积。因此该项目最终选用了碳纤维网格加固系统，既满足了结构加固抗震的要求，又节省了空间。

随着国家产业政策的支持和国产碳纤维生产厂商在高性能碳纤维领域不断取得技术突破，碳纤维的国产化进程进一步加快，碳纤维复合材料在建筑结构加固领域中将大有作为。

作为专业深耕加固材料十四载的卡本，将在碳纤维应用领域持续探索，不断进行产品研发升级，为您带来持续稳定的高品质碳纤维复合材料加固产品，以及更为优质的服务，与您一起守护建筑结构安全，成就美好生活！来源：艾瑞咨询

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