碳纖維是現代結構工程中最引人注目的材料之一。以單位重量計算，其拉伸強度約為鋼材的十倍，而重量僅為鋼材的一小部分。但並非所有碳纖維都是一樣的。原材料根據兩個基本參數分為多種等級：絲束規格（單絲數量）和強度/模量等級（纖維的強度和剛度）。
對於為建築和基礎設施加固工程選用碳纖維增強聚合物（CFRP）系統的工程師來說，理解這些分類至關重要。選擇錯誤的等級可能導致為建築結構不需要的航空級性能付出過高成本，或者指定了無法滿足所需承載力的纖維。本文介紹碳纖維原材料的種類，並推薦最適合建築加固的等級。
什麼是碳纖維絲束？
碳纖維以數千根單絲組成的束狀形式生產，每根單絲的直徑僅為5–10微米—比人的頭髮還細。這些束被稱為絲束。"K"數表示絲束含有的單絲數量：
- 1K（1,000根單絲）—極細絲束，用於高端航空航天、體育用品（釣竿、自行車車架）以及對外觀要求高的裝飾性編織布。
- 3K（3,000根單絲）—用於消費品、汽車和裝飾應用的編織碳纖維布，具有經典的緊密編織外觀。
- 6K（6,000根單絲）—用於一些工業織物和預浸料系統的中檔絲束。
- 12K（12,000根單絲）—建築結構CFRP的標準絲束規格。在強度、織物重量和成本之間實現了最佳平衡。大多數用於混凝土和鋼結構加固的單向碳纖維布均採用12K絲束製成。
- 24K（24,000根單絲）—用於拉擠碳纖維板、筋材和一些重型工業織物的較大絲束。
- 50K及以上—"大絲束"碳纖維，常用於風力發電機葉片、汽車零部件和對成本高度敏感的非結構應用。
一般來說，K數越低，織物越精細、均勻，越容易被樹脂浸潤，但每公斤價格顯著更高。K數越高，製造成本越低，但織物更硬、更厚，充分浸潤的難度更大。
強度與模量等級：T系列與M系列
除絲束規格外，碳纖維還按拉伸強度（斷裂前的承載能力）和拉伸模量（剛度）進行分類。這些性能由前驅體材料（通常為聚丙烯腈，PAN）和生產過程中的熱處理溫度決定。行業標準牌號最初由東麗（Toray）制定，現已在全球範圍內採用。
標準模量（SM）—約230 GPa
- T300—原始標準級纖維。拉伸強度約3.5 GPa，模量約230 GPa，極限伸長率約1.5%。自1970年代以來一直用於航空航天和建築領域。至今仍是全球結構加固織物中使用最廣泛的等級。
中模量（IM）—約240–300 GPa
- T700—比T300強度更高（約4.9 GPa），模量相近（約230 GPa），但纖維品質更好，性能公差更嚴格。
- T800—中模量（約294 GPa），強度極高（約5.9 GPa）。用於先進航空（波音787、空客A350）。
高模量（HM）—約340–450+ GPa
- M40、M46、M55、M60—模量遠高於標準級的高模量纖維。這些纖維更剛硬，但拉伸強度和斷裂伸長率通常更低（<1%）。
建築加固使用哪種等級的碳纖維？
對於絕大多數混凝土、鋼結構、砌體和木結構加固工程，首選的碳纖維是12K絲束的標準模量（T300級）或中模量（T700級）纖維。
強度成本比。T300級12K單向布的拉伸強度為3,400–3,800 MPa，成本僅為T800或M系列航空級纖維的幾分之一。
伸長率匹配。標準模量碳纖維的斷裂伸長率約為1.5–1.7%，與混凝土和鋼結構的工作應變範圍良好匹配。
施工操作性。12K絲束製成的織物重量適中（通常200–600 g/m²），能靈活包裹柱子、梁和不規則表面。
業績驗證。T300和T700級碳纖維布在結構加固領域已有30多年應用歷史。
實用選型指南
對於大多數建築和基礎設施加固項目，標準模量12K碳纖維布（等效T300級）是最具成本效益的選擇。典型設計值：拉伸強度3,400–3,800 MPa，模量230–240 GPa。
在需要更高性能的情況下—如抗震加固或高荷載構件—升級至T700級中模量纖維可提供額外安全裕度。
航空級（T800、T1000、M系列）對於結構加固通常沒有必要。