『简析』沥青基碳纤维在建筑领域的三大应用前景

高性能沥青基碳纤维及其复合材料是伴随着军工事业的发展而成长起来的新型材料，属于高新技术产品。然而，由于合成中间相沥青的原料价格低廉、碳纤维工艺路线与聚丙烯腈基碳纤维相比较短，碳化收率高等特点，沥青基碳纤维低成本化路线实现的前景将更好。所以，虽然高性能沥青基碳纤维目前主要应用在航空航天、先进机器人等高端领域，但其在汽车、风力发电、化工、交通、建筑、电子、运动器材等民用领域的应用前景将更加看好。本文主要分析一下沥青基碳纤维在建筑领域的三个应用热点。

在土木建材领域中，水泥的用量最大，但水泥有脆性大、抗拉强度低等缺点。为了改善这些弊端，人们利用碳纤维的力学特性，用混凝土或水泥做基体制成碳纤维增强复合材料。因为碳纤维有强度高、模量大、比重小、耐酸碱腐蚀，环保等特点，在建筑领域应用中日益受到人们的青睐。

一、纤维增强胶接层板

日本三菱沥青基碳纤维在桥梁加固中的应用

纤维增强胶接层板是在木板的一面或二面胶粘一层或二层纤维增强胶接层板，以承受拉伸或压缩载荷。纤维增强胶接层板制造技术的关键是纤维增强层板和木板之间的应变匹配。纤维增强胶接层板表面的纤维增强复合材料层板具有良好的阻燃性能，一般采用拉挤工艺制备。所使用的增强材料为混杂的碳纤维和其它纤维（玻璃纤维），基体为环氧树脂体系。当沥青基碳纤维的价格降至100元/KG的时候，使用纤维增强胶接层板比使用钢桁架的天花板系统价格低8％，比采用传统木桁架价格低25％，以及可明显减少重量和减少木材的需求，纤维增强胶接层板目前发展很快，应用趋势广泛。

二、碳纤维复合材料片

日本三菱沥青基碳纤维材料片用于结构物加固

碳纤维复合材料片是采用常温固化的热固性树脂（通常是环氧树脂）将定向排列的碳纤维束粘结起来制成的薄片。把这种薄片按照设计要求，贴在结构物被加固的部位，能够充分发挥碳纤维的高拉伸模量的作用，来修补加固钢筋混凝土结构物。日本、美国、英国将该材料用于加固震后受损的钢筋混凝土桥板，增强石油平台壁及耐冲击性能的许多工程上，获得了突破性进展。由于沥青基碳纤维在模量上的优势，沥青基碳纤维复合材料片在修补加固已劣化的钢筋混凝土结构物（约束裂纹发展、防止混凝土削落）和提高结构物耐力以及对用旧标准设计建成的钢筋混凝土结构物的补强、加固应用将越来越多。

三、碳纤维增强混凝土

碳纤维增强混凝土指的是短纤维或长纤维增强的混凝土材料。它主要用作高层建筑的外墙墙板。碳纤维增强混凝土的主要特征为；具有普通增强型混凝土所不具备的优良机械性能、防水渗透性能、耐环境温差性能，在酸碱环境下具有稳定的化学性能、持久的机械强度和尺寸的稳定性。用碳纤维取代钢筋，可消除钢筋混凝土的盐水降解和劣化作用，使建筑构件重量减轻，安装施工方便，缩短建筑工期。而碳纤维取代钢筋正是利用了碳纤维的高刚性（即高模量）。

沥青基碳纤维比PAN基碳纤维在建筑领域的应用更有优势，主要有两个方面的原因：

一是，在建筑补强方面，对碳纤维模量要求更高，沥青基碳纤维的性能优势更加显著。例如,日本东京大都会高速公路桥所用的日本三菱K13312沥青基碳纤维,其拉伸强度为3.17GPa（＜T300）,而模量则达到420GPa（＞M40）。

二是，满足该模量要求的沥青基碳纤维，在沥青基碳纤维产品系列中属于中低端产品，价格比较便宜，更易被市场接受。