解读ℱ沥青基碳纤维-建筑领域物美价廉的明星产品
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。
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。
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。
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。
沥青基碳纤维在建筑领域的应用还是一个新的技术。目前，因高性能沥青基碳纤维的价格高、产量少、国外产品技术封锁等因素的影响，除在航空航天领域有少量应用之外，其他领域的应用极少。未来，随着沥青基碳纤维的投产，及产业规模的不断扩大，沥青基碳纤维必将走向低成本化的道路。沥青基碳纤维实现低成本化之后，与传统方式相比，在建筑领域中应用，虽然纤维强化材料的价格仍然较高，但综合材料成本、施工成本、使用成本，就比较相近了；在材料的防腐性、轻量化方面，沥青基碳纤维增强材料更好，这样就开拓了高性能沥青基碳纤维的应用领域。
附：在建筑中采用实现抗震加固“轻”的碳纤维的研究进展
东京大学实验室工程学院的Komatsu Seimitsu和Kengo Kengo结合2018年8月21日在东京大学举办的“引领未来的城市环境理念”活动进行了媒体采访。
自2013年3月起，两家公司都成立了“可持续原型实验室（SPL）”，作为建筑材料的环境设计和功能研究基地，自那时起，自2014年起，每年都有SPL展览和报告会它有。 这一次成为SPL成立以来第5年的里程碑，并将“建筑与环境连接到未来”放在首位。东京大学建筑系教授Kengo Kuma先生说：“以近期异常天气为代表的全球环境变得越来越严格，即使建造也很难有传统技术.SL，并且覆盖着沥青的城市的问题意识。这次的展览将是结果。“
引入碳纤维（碳纤维复合材料）作为新建筑材料的代表性实例。 “到目前为止，铁已被用于木结构建筑的抗震加固，但为了加固，使用加固，使用比建筑材料树更重的铁是完全不堪重负的。在碳纤维的情况下，轻轻加固有可能“（库马先生）。
碳纤维被用于抗震加固，如小松精机的研究设施“fa-bo（Furbo）”，善光寺，富冈3号仓库，滨田酱油。 负责这些抗震改造项目的Ejiri建筑结构设计办公室的Kenji Ejiri说：“碳纤维轻，温度变化小，也可以通过制成棒材来软化。它非常适合木质建筑的加固材料据说。 关于柔软度，我们也确认即使弯曲到180度，强度也不会降低。小松Seigo Kaihatsu董事长Kenichi Nakayama说：“建筑行业不是以前追求利润，不要放下我们应该做的事情，而不是使用糟糕的材料，儿童和孙子孙辈我们应该做好建筑和施工的思考。“
来源：Carbontech
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