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Abstract: This article briefly the bridge carbon fiber reinforcement technology of.
Keywords: Carbon fiber reinforcement analysis
中圖分類號：TQ327.3 文獻標識碼：A 文章編號：
自上世紀七十年代末，歐洲進行纖維增強復合材料（FRP）在土木工程應用研究以來，具有極好的比強度和比剛度、優(yōu)秀耐腐蝕性的纖維增強復合材料已廣泛用于混凝土結構的粘貼加固工程，形成了纖維增強復合材料補強加固已有混凝土橋梁的新技術，其中碳纖維增強復合材料（CFRP）應用更多?；炷翗蛄航Y構的粘貼碳纖維板技術在加固中具有不中斷交通，且工期短，人工少的優(yōu)點。所以擴展該項技術開展了配有大偏心CFRP體外束預應力混凝土連續(xù)橋梁體系應用研究，是本世紀新型橋梁建設方向之一。
一、碳纖維材料的基本特性
碳纖維增強復合材料補強加固所采用的基本材料是高強度或高彈性模量的連續(xù)碳纖維，單向排列成束，用環(huán)氧樹脂浸漬固化的碳纖維或未經樹脂浸漬固化的碳纖維布，統稱碳纖維片材。將片材用專門配制的粘貼樹脂或浸漬樹脂粘貼在橋梁混凝土構件需補強加固部位表面，樹脂固化后與原構件形成新的受力復合體，共同工作。
1、碳纖維片材。
片材碳纖維材料的拉伸強度在（2400—3400）Mpa之間，與普通碳素鋼板拉伸強度為240Mpa相比，片材的拉伸強度很高。
片材碳纖維材料的彈性模量依片材力學性能不同，碳纖維片材依力學性能分成高模量，高強度和中等模量三類。高模量碳纖維片材的彈性模量較高，但其伸長率較低。
相比之下，碳纖維片材的單位重比鋼材低許多，說明碳纖維片材較輕。碳纖維的化學結構穩(wěn)定，本身不會受酸堿鹽及各類化學介質的腐蝕，有良好的耐寒和耐熱性。
2、配套樹脂類粘結材料。
混凝土結構加固修補配套樹脂系統包括底層涂料，用于滲透過混凝土表面，促進粘結并形成長期持久界面的基礎；油灰，用于填充整個表面空隙并形成平整表面以便使用碳纖維片材；浸漬樹脂或粘結樹脂，前者用于碳纖維布粘貼，后者用于碳纖維板粘貼。
浸漬樹脂或粘貼樹脂是將碳纖維片粘附于混凝土構件表面并與之緊密地結合在一起形成整體共同工作的關鍵，因此，樹脂同混凝土的粘貼強度大于混凝土拉伸和剪切強度。
就公路混凝土橋梁用碳纖維片材加固技術而言，環(huán)氧樹脂在不同施工環(huán)境溫度下固化性能有十分重要的意義，因為這涉及到粘貼工作質量與如何盡量減少橋上正常交通中斷時間緊密相關。采用專配的環(huán)氧樹脂材料，在混凝土施工表面溫度（10-40）攝氏度時，粘貼環(huán)氧樹脂固化時間約15小時以上，但粘貼后就可以使用的時間為45分鐘以上，專配的環(huán)氧樹脂材料的這一性能是完全適合混凝土橋梁的加固工作。
二、碳纖維加固補強的施工工藝
1、根據設計確定粘貼碳纖維的范圍進行基底處理
1.1將砼構件表面的殘缺、破損及碳化層部分清除干凈，達到結構密實部位，檢查外露鋼筋是否有銹蝕，并進行必要的處理。對經過剔鑿、清理和露筋的構件殘缺部分進行修補復原；
1.2裂縫修補。縫寬小于0.2mm的裂縫，用環(huán)氧樹脂進行表面涂刷密封；大于0.2mm的裂縫用環(huán)氧樹脂灌縫；
1.3將表面凸出的部分（模板的段差等）打磨平整，修復后的段差盡量平順。用磨光機把棱角磨成半徑大于30mm的圓角；
1.4清洗打磨過的構件表面，并使其充分干燥。
2、底層涂刷（底層涂料具有較強的滲透性，可滲入砼面內）
2.1把底層涂料的主劑和固化劑按規(guī)定比例稱量準確后放入容器內，用攪拌器拌均勻，一次調和量應在可使用時間內用完為準；
2.2用滾筒刷均勻的涂刷底層涂料；
2.3底層涂料固化后，表面有凸起部分時要用砂紙磨光；
2.4注意在氣溫小于5攝氏度，相對濕度大于85，砼表面含水率在8以上，有結露可能而無可靠保證措施時，均不得施工。
3、環(huán)氧膩子對構件表面殘缺的修補
3.1構件表面凹陷部分應用環(huán)氧膩子填平，修復至表面平整；
3.2內角（段差、起拱等）要用環(huán)氧膩子填補使之平順。
4、貼碳纖維片
4.1為了防止碳纖維受損，在碳纖維片運輸、儲存、裁切和粘貼過程中，嚴禁受彎折。貼片前應用鋼直尺與壁紙刀按規(guī)定尺寸切斷纖維片，每段長度一般不超過6m；
4.2碳纖維接頭必須搭接10cm以上，橫向不需搭接；
4.3按規(guī)定比例摻配樹脂主劑和固化劑，用滾筒刷均勻地涂刷黏結樹脂，稱為下涂；
4.4貼片時，在碳纖維片和樹脂之間盡量不要有空氣，可用羅拉沿著纖維方向在碳纖維片上對此滾壓，使樹脂滲入碳纖維中。
5、養(yǎng)護
粘貼碳纖維片后，需自然養(yǎng)護24h達到初期固化，并保證固化期間不受干擾。
6、涂裝
根據需要可在樹脂固化后加固補強構件表面，涂刷耐火涂層和色彩。
三、碳纖維（片材）加固處理要點
在進行結構加固處理前，先對梁板采取有效地卸載和支頂措施，然后按以下施工工序進行加固施工。
1、破損面混凝土表面處理：清除補加固構件表面的剝落、疏松、蜂窩、腐蝕等劣化混凝土，露出混凝土結構層。
2、按設計要求對破損面鋼筋處理后用M45的環(huán)氧樹脂砂漿進行灌縫或封閉處理，并保證鋼筋保護層厚度不小于15mm，利用打磨機將期表面打磨平整，并用鋼刷將其表面的粉塵、油污等不潔物清除干凈，使構件加固表面平整、干燥無粉塵。另處，如碳纖維需沿基纖維方向繞構件轉角處粘貼時，轉角粘貼處要進行倒角處理并打磨成圓弧狀，圓弧半徑不應小于20mm。
3、涂刷底層樹脂：用專用滾筒刷將底層樹脂均勻涂抹于混凝土表面，待樹脂表面干燥時即進行下一道工序施工。
4、找平處理：表面凹陷部位用找平材料填補平整，且不應有菱角。
5、粘貼碳纖維片材：將配制好的浸漬樹脂均勻涂抹于所要粘貼的部位，并用橡膠滾筒沿纖維方向多次滾壓，擠除氣泡，使浸漬樹脂充分浸透碳纖維布，滾壓時不得損傷碳纖維布。多層粘貼重復上述步驟，待纖維表面接觸干燥時即可進行下一層的粘貼。如超過60min，則應等12h后，再刷粘結劑粘貼下一層。
6、在最后一層的碳纖維布的表面均勻涂抹浸漬樹脂。
四、對碳纖維加固補強技術的展望
碳纖維用于砼結構的修復補強雖然時間不長，但發(fā)展很快，其主要原因是在于碳纖維片加固存在較多優(yōu)點：
1、施工簡便迅速，無需模板、夾具、支撐等；
2、不增加結構重量，碳纖維片重量200g/m—300g/m，設計厚度0.111mm—0.167mm，加上環(huán)氧樹脂的重量也很輕，對結構自重影響可忽略不計；
3、能適應各種結構外形的補強；
關健詞：碳纖維 加固 施工技術
碳纖維復合材料具有抗拉強度高、密度小、耐腐蝕性和耐久性好等優(yōu)點，碳纖維片加固補強混凝土結構的應用研究始于20世紀80年代美國、日本等發(fā)達國家，進入20世紀90年代中后期我國的許多科研機構和企業(yè)也相繼進行了這方面的試驗研究。
碳纖維(CFRG)加固修復混凝土結構技術是一項新型、高效的結構加固補強技術,比傳統的結構加固方法優(yōu)越.它利用樹脂類膠結材料將碳纖維物(布)粘貼于混凝土表面,達到對結構構件補強加固及改善結構受力狀況的目的.碳纖維材料高強高效,重量輕,厚度薄,適用面廣,施工便捷,施工質量易保證,有良好的耐久性和抗腐蝕性.
目前，在我國的北京、上海、天津、江蘇、福建等許多地區(qū)的橋梁和工民建工程中得到了廣泛的應用。其中有些是由于意外事故而導致結構或構件的承載能力而需補強加固的；有些是由于混凝土強度或配筋不足而需補強加固的；有些是由于結構或構件達到或接近使用年限而需加固的；還有部分建筑是未進行抗震設防的，滿足不了《建筑抗震鑒定標準》GB50023-95要求，需進行抗震加固。
一、碳纖維片加固特點
1、高抗拉強度、高彈性模量。
2、施工方便，無需任何夾具、模板，能適應各種結構外形的補強而不改變構件外形尺寸，可多層粘貼，并能有效地封閉混凝土的裂縫；
3、耐腐蝕及耐久性能好。
4、不增加結構自重。
適用范圍：適用于各種形式的鋼筋混凝土結構或構件的加固補強。
加固機理：利用專用環(huán)氧樹脂將抗拉強度極高的碳纖維片粘貼于混凝土結構表面，并與之形成整體，共同工作。
二、碳纖維加固結構施工特點
碳纖維加固結構技術是利用碳纖維材料的特性，將碳纖維粘貼在結構表面，從而起到對結構的加強作用。 在實際施工過程中，碳纖維既可以單層粘貼也可以多層粘貼，還可以纏繞.對于各種不同類型的節(jié)點、不規(guī)則的部位，都可用碳纖維進行加固處理。 在橋梁加固運用中，可粘貼在混凝土梁的頂面或底板上，用以提高梁的撓曲強度和剛度；也可粘貼在梁的腹板上，用以提高其抗剪強度；還可以將碳纖維纏繞在節(jié)點部位以滿足抗震設計的要求，具有高強高效、施工便捷、周期短等特點。在碳纖維結構技術應用中，影響加固質量的因素主要有兩方面，一是碳纖維材料的抗拉強度，二是粘貼碳纖維材料用粘結劑的剪切強度。 碳纖維和混凝土的粘結質量直接影響加固效果。 加固后，碳纖維與混凝土之間不能有氣泡，不能起鼓。 另外，碳纖維布是一種可任意曲折的纖維布材料，施工不受加固長度的影響，適應面廣。以上優(yōu)點將使碳纖維加固結構技術在國內未來的加固行業(yè)中起著越來越重要的作用。
加固施工工藝流程如下:基層處理涂刷結構膠粘貼碳纖維檢查與修補。
三、 施工工藝及施工方法
在碳纖維加固施工前，應盡可能地卸去部分荷載，使碳纖維粘貼施工時結構或構件承受的荷載作用減小到最小程度。其加固施工工序為：混凝土基底處理涂底層涂料用環(huán)氧膩子進行殘缺修補貼碳纖維片養(yǎng)護涂裝完工驗收。
1、混凝土基底處理
（1）裂縫處理。寬度小于0.2mm的裂縫，用環(huán)氧樹脂進行表面涂抹封閉；大于0.2mm的裂縫用環(huán)氧樹脂灌縫?！案餁v博”抗震加固的大梁大部分都有寬度不一的裂縫，最大裂縫達到 1mm以上，為此我們對所加固的主梁首先進行了壓力灌膠處理。
（2）將混凝土構件表面的殘缺、破損部分清除干凈，達到結構密實部位，使其表面平整。
（3）檢查外露鋼筋是否銹蝕。如有銹蝕，需進行必要處理。
（4）對經剔鑿、清除和露筋的構件殘缺部分，用環(huán)氧砂漿進行修補、復原，達到表面平整。
（5）將構件表面凸出部分（混凝土構件交接部位、模板的段差等）打磨平整，修復后的段差要盡量平順；棱角的部位，用磨光機磨成圓角，圓角半徑須≥30mm。
（6）結構或構件表面打磨后，用吹風機將表面灰塵和雜物清理掉，或用水及酒精清洗，并使表面充分干燥?！案餁v博”工程施工中我們使用吹風機將灰塵清理后又用酒精進行清洗。
2、 涂底層涂料
（1）把底層涂料的主劑和固化劑按規(guī)定比例稱量準確后放入容器內，用攪拌器攪拌均勻；一次調和量應在可使用時間內用完。
（2）用滾筒刷均勻地將底層涂料涂刷于混凝土表面，指觸干燥后（一般養(yǎng)護3～24小時）才能進行下一道工序的施工。
（3） 底層涂料指觸干燥或固化后，表面上的凸起部分（一般類似結露的露珠一樣）要用砂布或角磨機磨平。
3、用環(huán)氧膩子進行殘缺修補
（1）構件表面凹陷部位應用環(huán)氧膩子填平，并修復至表面平整、順滑。
（2）內角（段差、起拱等）要用環(huán)氧膩子填補，使之平順。膩子涂刮后，表面仍存在的凹凸糙紋，應再用砂紙打磨平整。
4、 粘貼碳纖維片
（1）樹脂的主劑和固化劑應按規(guī)定的比列稱量準確，裝入容器用攪拌器均勻攪拌。一次調和量應在可使用時間內用完。
（2）纖維順長方向片材的接頭必須搭接10cm以上。該部位應多涂樹脂，脫泡、樹脂操作按正常進行。在片材寬度方向不需要搭接。
（3）貼片前用滾筒刷均勻地涂抹粘貼用環(huán)氧樹脂，稱為下涂。貼片時，在纖維片和樹脂之間盡量不要有空氣。可用羅拉（專用工具）沿著纖維方向在碳纖維片上滾壓多次，使樹脂滲浸進纖維中。
（4）纖維片施工30分鐘后，用滾筒刷均勻涂抹粘貼用環(huán)氧樹脂，稱為上涂。如需多層粘貼則重復3.4.1～3.4.4步驟，并保證底層粘貼的碳纖維片上涂已指觸干燥，才能粘貼下一層。
（5）最后一層碳纖維的上涂應涂刷均勻、周邊整齊。
5、養(yǎng)護
（1） 碳纖維片施工后，應進行養(yǎng)護，保證養(yǎng)護期間的溫度不低于專用粘結劑的允許使用溫度。
（2）養(yǎng)護期一般在1～2周內。
（3）對施工部位應進行遮擋封閉養(yǎng)護，防止風吹、雨淋或有可能人為擾動造成損壞。
6、 表面涂裝
對于有外觀裝飾要求的結構或構件，可在粘貼后的碳纖維表面涂刷基于環(huán)氧基底的涂料或噴沙抹灰后涂刷常規(guī)涂料。
四、 施工主意事項
（1）氣溫在5℃以下、相對濕度RH>85 %、混凝土表面含水率在8%以上、有結露的可能時，無有效措施不得施工。
（2）由于碳纖維片為電的良導體，應使其遠離電源。
（3） 施工用各種樹脂遠離明火，并避免陽光直射。
（4）施工及檢查人員應穿防護工作服，配戴口罩、手套、防護眼鏡等防護用品。
（5）施工現場通風狀況良好。
（6）當樹脂粘附在皮膚上時，應立即用肥皂水沖洗，濺入眼內用清水清洗或及時就醫(yī)。
關鍵詞：碳纖維;加固技術
Abstract: the service life of the bridge will be because of the bad natural environment and not reasonable use and were greatly shorten, at the same time, the extent of damage the body itself bridge will also be increased due to various reasons and deepening. The construction of the bridge than in cost, to reinforce the bridge maintenance more economical. In-depth study of bridge reinforcement technology, especially the bridge CFRP and therefore has very important practical effect.
Keywords: carbon fiber; Reinforcement technique
中圖分類號：TU74文獻標識碼：A 文章編號：
在加固維修舊橋方面，我國已經積累了相當豐富的經驗，其方法主要有加大截面加固、預應力加固以及噴射混凝土加固等方法，碳纖維加固技術是一種全新的橋梁加固維修技術，比之于傳統的加固方法具有著非常大的優(yōu)勢。
1、 碳纖維加固橋梁的優(yōu)點
作為一種被研發(fā)的新型加固材料，碳纖維的形成過程是高溫碳化聚丙烯之后的結果。在補強混凝土結構方面，自身的性質使碳纖維的補強效果非常顯著。按照不同的形狀可將碳纖維分為：短纖維、片材以及棒材三類；在力學性能上的劃分又可以將碳纖維分為：中等彈模量纖維、高彈性模量纖維以及高強度纖維等。碳纖維對橋梁的補強原理是，在混凝土上，通過使用高強度的粘合劑，將碳纖維棒材和碳纖維布粘到上面，最終使補強的目的通過它們共同作用的手段實現。高彈性模量和高強度是碳纖維材料所具備的特點，因此其他的加固材料無法具有碳纖維對橋梁進行加固時的一些優(yōu)點。首先是碳纖維的高效高強特點。物理學中高彈性模量和高強度的優(yōu)異性能，使橋梁構件的承載力在通過碳纖維材料進行加固補強時，得到了充分的提高，進而使橋梁得到了充分的加固。其次，由于與酸堿鹽等物質不易發(fā)生化學反應，碳纖維材料具有極佳的耐腐蝕性。碳纖維材料所獨具的優(yōu)勢和特點就是極其穩(wěn)定的化學性質，持久性和耐腐蝕性是經過碳纖維材料加固補強后建筑物新具有的特點。再次，構件的體積和自重不會因為碳纖維材料的加固補強而增加。建筑物的質量在經過質量很輕的碳纖維加固后不會有明顯增加，自身的承載力也不會被減弱，同時建筑物的使用空間也不會受到影響。同時，碳纖維材料對橋梁的加固補強施工更為便利。由于質量較輕的特點，碳纖維材料的施工過程完全不需要大型機械，具有較高的工作效率、較小的占用空間及簡單方便的操作程序。最后，碳纖維材料具有極好的耐寒耐熱性，在-55℃~84℃之間復合材料不會降低其強度，混凝土補強試件經歷51℃~-19℃，經過3小時內循環(huán)浸漬10次，不會降低其抗彎曲強度；耐酸、耐堿性，3個月浸漬在10%硫酸液或300個小時浸泡在41℃的氫氧化鈣飽和鹽水中，其強度均不會降低；極強的耐水性，搭接強度和抗拉強度即使在72℃的水中浸漬30天仍不會降低。
2、 碳纖維加固橋梁的技術要點
首先需要明確碳纖維加固補強橋梁時的應用范圍。具體體現在：橋梁受壓構件的加強、截面承剪的加強、加強斜截面承載力、補強剪力構件正截面承載力以及橋梁承受彎矩承載力的補強等。進行加固施工時的技術要點有一下幾點：第一要充分做好施工前的準備工作，對建筑物的計算分析研究要在加固開始前進行，比如相應設備的配備、構件特點以及加固層數等，以保證順利進行加固工作；第二，為使加固效果得到保證，相關的處理對于加固部位而言是必要的。比如打磨消光混凝土部位；當施工環(huán)境較為潮濕時，應將加固部位表面的灰塵予以去除，處理過程以干燥為宜；第三，為了更加有效密切粘合混凝土構件和碳纖維布，對底層刷涂樹脂的工作應在碳纖維布粘貼時同步進行。應均勻刷涂樹脂，粘結強度適中，使加固構件能夠受到其共同作用；第四，施工時應選用專門的粘貼工具進行碳纖維布的粘貼操作，由于粘貼效果會受到粘貼過程中出現的氣泡影響，為將其中的氣泡擠出，可平順粘貼碳纖維布或是抹平時用侵潤過的樹脂，當碳纖維布需要多層粘貼時，上述操作多次重復之后，將聚醋薄膜覆蓋其上；第五，適當的處理工作在碳纖維布粘貼完成后進行是必要的，當樹脂凝固后，可將防曬漆或是防火漆涂刷在碳纖維布的表面，使黏合的持久性增加，避免樹脂老化脫落。
2.1 碳纖維片材加固橋梁的方法
通過碳纖維片材的粘貼加固橋梁時，首先需要再需要加固的混凝土表面上涂刷較薄的底層涂料，這樣可以使膠接性能及混凝土表面強度同時得到提高和強化，從而使碳纖維片與混凝土之間的粘結性得到提高。找平工作應在底層涂料干燥后用找平材料進行，良好的觸變性能和施工性能是找平材料的特點，只有緊密接觸的混凝土表面與碳纖維材料，才能使補強效果達到預期。在處理后的混凝土表面粘貼碳纖維材料時，粘合劑應選用環(huán)氧樹脂，這樣可在一定范圍內控制其粘度。之后沿順纖維方向使用專用滾筒進行多次滾壓，使碳纖維布被浸漬樹脂完全浸透，氣泡被擠除，注意碳纖維布在被滾壓時不得造成損傷。對粘貼質量的檢查方法，可以通過對碳纖維片材表面進行手壓，或是用小錘輕輕敲擊等。彎折碳纖維片材的現象在施工時應盡量避免。
2.2 碳纖維棒材加固橋梁的方法
由于自身所具備的特性，碳纖維棒材在加固橋梁時的作用主要體現為：補強正截面承載力時，比較適宜的采用方式是植筋方法，先適當處理抗彎能力無法滿足需求的正截面，之后進行加固；補強截面承剪和斜截面抗彎時，同樣采用植筋方式進行，在梁體內和梁的側表面應力跡線一致處，鑿出溝槽，將碳纖維棒材放入其中，封閉材料為環(huán)氧樹脂混凝土。
3、 碳纖維加固設計的方法和原理
目前在碳纖維加固設計時的計算方法，是按照一定的標準將碳纖維布近似換算成一定用量的鋼筋，然后理論分析的方式以傳統鋼筋混凝土受力分析模型為基礎進行。在設計中對鋼筋混凝土有如下的假設：第一是忽略不計受拉區(qū)混凝土的作用；第二在粱受彎時，碳纖維、鋼筋及混凝土應變符合平截面假定，即平面變形假設的條件應被碳纖維加固混凝土受彎構件截面的應變所滿足，相同位置處混凝土與碳纖維和鋼筋的應變相同；若完全理想粘結加固所用布，即表示滑移現象沒有出現在碳纖維布與混凝土之間。在計算時需要注意的是：40%的幅度應為抗彎承載力在加固后的提高上限，且應對構件的受剪承載力進行驗算，以避免受彎破壞未發(fā)生時先出現受剪破壞的情況。
4、 結束語
比之于其他的橋梁加固技術，碳纖維材料加固橋梁技術具有不會對原結構造成新的損傷、結構自重幾乎不會增加、耐腐蝕性強、較好的適應性以及便于施工等諸多優(yōu)點，由于我國內地的地震高發(fā)區(qū)較多，作為防震措施的一種，使抗震性能通過碳纖維材料在震前得到加固，以及通過粘貼碳纖維片材在震后進行加固均可以大力發(fā)展。由于耐疲勞、松弛度較低、較高的強度重量比以及較好的耐腐蝕性是碳纖維棒材和絞線的特性，如果碳纖維材料錨固難的問題得到進一步的解決，包括碳纖維材料纜索在索夾處抗折和在鞍槽里抗滑的問題同樣得以解決，在碳纖維加固橋梁技術一定會更為廣泛地應用到超大跨纜索橋梁上?？偠灾粩喟l(fā)展和完善的碳纖維制造工藝和技術，將在未來的加固橋梁技術中起到越來越重要的作用。
參考文獻
[1]賀拴海.任偉.纖維增強塑料加固混凝土結構研究[J].建筑科學與工程學報.2005.22(3):20-24
關鍵詞：碳纖維布；加固 ；結構膠粘劑
Abstract: Based on a practical project in Kunshan, in which the floor’s reverse reinforcing bar is collapsed, this thesis introduces the way of a building floor reinforcement with high power carbon fiber.
Key words: Carbon fiber sheet; Reinforcement; structural adhesives
[中圖分類號] TU318 [文獻標識碼]A[文章編號]
一、前言
在工程施工中，經常由于施工人員野蠻施工，導致樓板負鋼筋被踩踏，因而樓板負鋼筋保護層厚度過厚，減少板截面有效高度，致使板面負鋼筋的承載力達不到設計要求，而導致樓板產生裂縫，樓板板面被破壞，情況嚴重時將發(fā)生重大的工程事故。出現這種情況時，因樓板已施工完成，無法使被踩踏鋼筋復位，這就需要結構工程師對這種情況的樓板構件進行加固來滿足樓板承載力要求。針對每個建筑物的不同情況選擇最佳的加固方案最為關鍵，然而優(yōu)先使用先進的加固技術也是較為重要的。碳纖維布是近幾年從外國引進的加固材料，具有高強度，高彈性模量，重量輕、耐腐蝕性好的特點，其抗拉強度是普通鋼筋的10倍左右。本文將結合工程實例論述碳纖維布加固設計及施工方案。
二、 工程概況
昆山某樓在竣工驗收時查出，某區(qū)域樓板（樓板厚度為120mm）負鋼筋保護層厚度過厚接近80mm-90mm左右，經分析可能是在施工過程中，施工人員未注意將樓板面的負鋼筋踩踏下去，故竣工驗收時此區(qū)域樓板負鋼筋保護層厚度不滿足要求，需加固樓板，使樓板承載力滿足設計要求。根據原結構一層樓面配筋圖進行加固設計（本工程有地下室），需板面加固的區(qū)域見附圖一，陰影區(qū)為板面需加固區(qū)（負鋼筋被踩踏區(qū)），本文著重介紹樓板加固設計及施工方案。
附圖一
三、加固方案的比較與選擇
一層樓板厚120mm，局部為板厚160mm，附圖一中陰影區(qū)①板面負鋼筋配筋為8＠200，陰影區(qū)②板面負鋼筋配筋為10＠200。因陰影區(qū)的負鋼筋保護層厚度過厚，使板面負鋼筋不能滿足原設計的承載力要求，必須加固處理。目前，加固這種樓板常用方法大致有樓板粘貼鋼板條、粘貼碳纖維布等方案。每種方案都有其優(yōu)缺點以及不同的適用范圍，下面就對本工程樓板加固的兩種方案進行比較和選擇。
粘貼鋼板條加固方案和粘貼碳纖維布加固方案加固原理基本相似，即在原樓板的負鋼筋位置（由于負鋼筋被踩踏，樓板負鋼筋保護層厚度過厚，導致負鋼筋失去原設計承載力作用）用粘貼鋼板或粘貼碳纖維布來等強代換原樓板的負鋼筋承載力作用。我們選擇加固方案時主要從以下幾點考慮。1.施工工序和工期：采用粘貼碳纖維加固，施工工序簡單、工期短（因為碳纖維布不像鋼板本身需要進行防銹蝕處理，且碳纖維布在轉角處粘貼時比鋼板容易彎折）；2. 加固造價：采用粘貼碳纖維布加固比采用粘貼鋼板加固節(jié)省25%左右加固造價（本工程樓板支座負鋼筋被踩踏處的樓板配筋值不大，若用粘貼鋼板法加固，雖然理論計算加固鋼板面積少于碳纖維布，但實際要還需滿足結構構造措施，所以最后用的粘貼鋼板面積并不少于碳纖維布面積，而粘鋼板單位造價高出粘碳纖維單位造價的25%）；3．加固效果：兩種加固方案都能理想達到原結構設計要求。雖然粘鋼板條加固方案對樓板的剛度也有所提高，但本工程樓板剛度已滿足設計要求，所以加固效果基本相同。經業(yè)主綜合考慮和比較，最終選擇粘貼碳纖維布加固方案。
四、碳纖維加固樓板的設計
4.1基本假定
采用碳纖維對受彎構件進行加固時，除應遵守現行國家標準《混凝土結構設計規(guī)范》GB 50010正截面承載力計算的基本假定外，尚應遵守下列規(guī)定。
1. 碳纖維布的應力與應變關系取直線
式，其拉應力σf取等于拉應變εf與彈性橫量Ef的乘積；
2. 當考慮二次受力影響時，應按構件加固前的初始受力情況，確定碳纖維的滯后應變；
3. 在達到受彎承載力極限狀態(tài)前，加固材料與混凝土之間布置不致出現粘結剝離破壞。
4.2碳纖維布計算方法
首先，利用回彈法對樓板混凝土進行檢測，以供加固參考。經檢測，混凝土的實際強度為C25。然后根據設計圖紙、現場混凝土鋼筋被踩踏數量以及踩踏位置，同時考慮碳纖維實際的抗拉應變達不到設計值而引入強度利用系數0.8（經過大量現場試驗統計得出的結果）等計算得出，采用0.167mm厚、100mm寬的碳纖維布進行加固，彈性模量不小于210000Mpa,設計強度為2000Mpa。計算得出加固所需的碳纖維布量見下表
樓板加固區(qū) 原樓板負鋼筋配筋 加固碳纖維布
附圖一中①陰影區(qū) 8＠200 -0.167x100xL@300
附圖一中②陰影區(qū) 10＠200 -0.167x100xL@250
注：其中L為碳纖維布長度
本工程樓板加固平面布置圖詳見附圖二。
附圖二
一層樓板樓面加固平面布置圖中1-1截面加固詳圖見附圖三，反映了碳纖維布粘貼時在樓板支座處遇上障礙（外填充墻）時具體節(jié)點加固方法。施工時先將樓板支座處的外填充墻拆除部分（拆除墻體的地方要采取臨時支頂措施），使粘貼碳纖維布時能貼到樓板支座處，并如附圖三向下延伸一個梁高長度以防碳纖維布端口剝離破壞引起加固失效。同理粘貼四分之一短邊板跨長度B后再加上500mm長度同樣防止碳纖維布端口剝離破壞引起加固失效而采取的加固構造措施。（附圖四至附圖八因采取相同的防止碳纖維布端口剝離破壞的加固構造措施，故不再多作解釋）。
附圖三
一層樓板樓面加固平面布置圖中2-2截面和3-3截面加固詳圖見附圖四、附圖五，反映了碳纖維布粘貼時遇樓面板不同高低時的碳纖維布加固樓板的節(jié)點詳圖。
附圖四
附圖五
采用碳纖維布加固樓板負鋼筋被踩踏的情況除本工程涉及三種加固情況外，還可能遇上以下幾種情況：（1）.實際工程經常遇到的樓板支座（負鋼筋位置）無障礙且樓板無高差情況，具體加固節(jié)點詳圖見附圖六和附圖七；(2).樓板支座（負鋼筋位置）處遇到障礙為混凝土反梁，具體加固節(jié)點詳圖見附圖八。添加壓條可有效防止轉角位置碳纖維布剝離。
附圖六
附圖七
附圖八
五、碳纖維布加固施工方案
一般碳纖維布加固施工工藝流程為：加固構件卸荷載―加固構件混凝土表面鑿毛處理―涂刷底層樹脂―找平處理―粘貼碳纖維布―碳纖維布表面保護處理―驗收檢查。
碳纖維加固施工需注意以下幾點：
1.轉角處進行粘貼碳纖維布時，轉角外表面處打磨成曲率半徑不小于20mm的倒角，以免碳纖維布沿其纖維方向彎折時導致應力集中和纖維絲折斷，影響強度發(fā)揮；
2.當受彎構件粘貼多層碳纖維布允許截斷時，相鄰兩層碳纖維布宜按內短外長的原則分層截斷；外層碳纖維布的截斷點宜越過內層截斷點200mm以上，并在截斷點加設U形箍（梁）或壓條（板），這樣有助于防止內層碳纖維織物剝離。
3.碳纖維加固施工質量驗收檢查時，總有效粘結面積不應低于95%；當碳纖維布的空鼓面積小于100mm2時，可采用針管注膠，埋設灌漿嘴或壓力罐注膠的方式進行補救?？展拿娣e大于100mm2時，宜將空鼓處的碳纖維布切除，重新搭接貼等厚的碳纖維布。碳纖維布沿纖維布方向的搭接長度不得小于200mm。
六、結束語
本工程采用粘貼碳纖維方法加固樓板負鋼筋被踩踏的情況，竣工已兩年，經定期檢查與觀測，未發(fā)現任何結構異常情況。
碳纖維布具有高強度，自重輕，耐腐蝕及耐久性，施工簡單，工時短，具有柔韌性，能包裹復雜外形構件，易于裁剪，適用于鋼筋混凝土受彎、軸心受壓、大偏心受壓及受拉構件的加固。加固后能大大提高結構強度和安全系數，是理想的加固材料之一。
參考文獻：
[1]混凝土結構加固設計規(guī)范（GB 50367-2006）
[2]碳纖維片材加固混凝土結構技術規(guī)范
2浙江鼎固建筑技術有限公司 浙江杭州310021
摘要：隨著建筑行業(yè)迅速發(fā)展，所需要的混凝土材料對于工程中也有了更多的要求。作為一種新型的加固技術碳纖維復合材料加固技術， 在施工效率，防腐蝕方面都有非常優(yōu)秀的性能。
關鍵詞：碳纖維；加固技術；建筑施工；混凝土結構
中圖分類號：TU7 文獻標識碼：A
在投入使用后的建筑工程，使得建筑物會因為各種各樣的因素均要進行修復與加固。以體積預加法、鋼筋混凝土增厚發(fā)、粘鋼法等手段為主，在傳統的加固修復技術中，而碳纖維加固技術逐步加入到建筑工程的加固修復的隊伍中來，隨著碳纖維加固技術的成熟。因為碳纖維復合材料高強度、耐腐蝕、耐久性好、密度小等特點，它在各種各樣的惡劣環(huán)境能夠適應。也廣泛開始在國內使用這種材料進行加固混凝土。目前，國內市場上主要分為織物和板材兩種類型的碳纖維復合材料。
一、碳纖維加固混凝土的特性
碳纖維材料加固技術混凝土構件，是指在混凝土結構的外面將碳纖維材料片粘貼運用樹脂粘接劑，通過兩者之間的協同作用，形成一種復合材料結構，是一種提高混凝土結構的延展性和承載力的加固修復技術。它的主要特點包括以下幾點：
（一）、能夠節(jié)約成本，施工方便快捷，施工的安全程度得到提高。這主要是由于碳纖維材料它的密度只有普通鋼材的 25%，它的密度很低，要遠低于普通鋼材碳纖維材料的重量，在使用同等體積的材料的情況下，這就使得施工過程中材料運輸的難度得到降低。
（二）、可以實現無縫隙粘貼，將碳纖維復合材料與混凝土構件融合成一個整體，混凝土結構預應力提高。在混凝土針對不同的構件加固時，會采用不同的方法。當對建筑物柱體的抗震能力以及承載能力進行加固時，適合使用全封閉式粘貼。由于碳纖維材料的特性而決定了這些不同的加固方式。
（三）、耐久性好以及抗腐蝕性，各種復雜的環(huán)境都能夠適應，特別是各種工業(yè)廠房中廣泛存在一些化學氣體的混凝土加固，由于自然環(huán)境所引起的混凝土結構損害得以避免。
（四）、拉伸強度高，其具備普通鋼材的十幾倍的拉伸強度，可以大幅度使得混凝土構件的承載能力提高。它目前已經達到了 7.0GPa的抗拉強度，是一種性能非常好的加固材料。
二、碳纖維加固混凝土的實施方法
一般情況下，施工流程中碳纖維加固混凝土能夠簡化為下面幾個階段。
（一）、卸荷是指卸掉活荷載，對其他構件產生的影響中減少活荷載。卸荷，這是進行加固前的一個步驟。
（二）、基底處理，即為了使其達到碳纖維加固的要求，對混凝土表面進行處理。應該將凸起的部分利用混凝土打磨機磨平，如果混凝土表面有凸起的部位；對裂縫部位應該進行封閉處理，如果出現裂縫；如果混凝土有水漬或表面潮濕，保持混凝土表面的干燥，應該用吹風機將其吹干。
（三）、涂底膠。應該根據加固構件以及不同當地的氣溫，涂底膠的過程中，決定使用的時間和底膠的厚度，底膠提前避免固化。而將底膠滲入到混凝土表面的細孔中應該注意，在涂抹的過程中，能夠和構件充分的貼合使碳纖維材料進行粘貼時。
（四）、修補平整。即使混凝土表面的轉角處無棱角，呈光滑狀，避免碳纖維材料損壞，以降低成本。
（五）、粘貼碳纖維材料。對碳纖維材料進行剪裁按加固要求，再配置膠液，在需要粘貼的碳纖維材料部位均勻的涂抹。把握需要注意整個加固工程的整體用量對于膠液的量，以免浪費。而應該注意到不要讓碳纖維材料留有氣泡在進行粘貼的過程中，一旦發(fā)現使用特制的滾筒沿碳纖維的方向應該立即多次滾壓將氣泡擠出。都應該使用普通的粘或者鋼橫向的碳纖維材料進行固定在碳纖維材料的端部，使得碳纖維材料防止脫落。
（六）、防護處理。在加固工作完成之后，首先是對碳纖維材料進行必要的保護，碳纖維材料的表面涂抹防火涂料；其次應該對是否符合最初的設計要求進行檢查。
但是由于所涂抹的底漆的不同，具體的碳纖維復合材料的不同，又呈現差異性變化的碳纖維加固混凝土技法。在這里介紹修補加固增強三種不同的技術。
1、bayashi-Mitsubishi 法。這是由日本三菱化學公司所提出來的方法。首先使其變得光滑平整，它要對修復的表面進行清理；其次是進行打底漆對修復加固表面；接著刷樹脂層在修復加固架構的表面，并涂上一層樹脂在 Repiark 碳纖維復合材料的粘貼面；最后進行粘貼黏合將碳纖維材料再噴上防火涂層。
2、Mbrace法。首先使其變得光滑平整，它要對修復的表面進行清理；其次是打膩子并涂上 Mbrace 底漆；接著涂上一層Mbrace浸漬劑在要求進行加固的混凝土構件表面，再對好粘貼將Mbrace碳纖維復合材料；最后涂上第二種浸漬涂層在半小時之后。進行表面涂層的涂抹一到兩天后。
3、SIKA 法。首先會混凝土構件表面進行清理，填補裂紋、去除損壞的水泥殘塊、噴沙清理和平整表面；其次涂覆 Sikadur 粘結劑在清理好的表面上；接著在表面的塵渣進行切割并去除殘留將預固化的Cabodur 條按設計的要求；最后在水泥表面和Cabodur 條都涂覆環(huán)氧樹脂，不需任何捆扎或支撐，將其粘連在一起，停留24h即可。
三、碳纖維加固混凝土面臨的主要問題
雖然具有很多優(yōu)點在碳纖維復合材料加固混凝土中，但是在實際應用方面和理論研究還是諸多的不足存在，這就包括進行理論的分析以及系統的研究、國產化碳纖維質量的提高對于碳纖維材料的力學特性等等。
（一）、技術問題
1、對于研究碳纖維的力學特性的不足。顯然將成為混凝土加固修復的主要手段之一的碳纖維加固混凝土，而并未呈現系統化對于碳纖維的力學特性的研究，相應的數據分析缺乏。不能準確使用更為合理的碳纖維材料分布針對不同的混凝土構件，常常是通過少量試驗以及實踐經驗得出的數據進行加固，統一的標準沒有形成。
2、對于抗震性能以及碳纖維疲勞的研究也不夠透徹。甚至在論證加固節(jié)點核心區(qū)不同的專家學者來說，有的學者認為可以顯著提高節(jié)點核心的抗震承載能力的碳纖維布的加固方法，可以進行廣泛使用；而有的學者卻認為并不能提高節(jié)點核心區(qū)的承載抗震能力在碳纖維布加固混凝土中。
（二）、適應應用問題
1、成本過高。一般比鋼材的造價碳纖維加固混凝土的造價要高出一半甚至一倍。在國內使用的碳纖維材料早期多來自于日本和瑞士。但國內也有一些廠家開始生產制造碳纖維材料，隨著碳纖維材料廣泛的應用前景。
2、需要結合其他方法，才能對某些特定部位進行加固。譬如碳纖維就無法對其加固，對于十字交叉梁節(jié)點處的負筋不足的問題，而只好進行焊接通過鋼板來實現加固。
3、沒有相應的技術指南和施工標準。可靠的技術指南以及施工標準是保障其健康發(fā)展的有效手段，對于一個前景頗好的行業(yè)來說。而在我國，并沒有形成一定的規(guī)章制度與技術指標對于碳纖維材料加固混凝土，這就引起了管理的不善以及施工的混亂。
四、工程實例
工程概況：某市某購物中心要接層加固進行改造，主體部分為二層框架結構的此購物中心，建筑面積達1.1×103平方米。根據《混凝土結構加固技術規(guī)范》的規(guī)定及加固要求，對梁以及柱進行碳纖維材料決定采用加固，對于板采用重新換三級板和現澆板疊加兩種方式進行。其中采用的碳纖維材料的特性如下表1。
按照一般的碳纖維材料加固混凝土的方法在施工過程中進行加固，沒用出現裂縫加固后的結構構件，也都在規(guī)范要求內的梁、板各種性能指標，經使用與檢測，效果比較理想。
總之，對在工程建筑中碳纖維加固混凝土的應用主要通過碳纖維材料加固混凝土的施工流程、面臨的主要問題以及方法與特點進行了分析。隨著碳纖維加固技術的不斷成熟可以看到，將不斷擴大它的應用前景。而且它很有可能成為最廣泛的建筑材料代替鋼鐵，由于碳纖維材料的特性。而在建筑工程中也應該繼續(xù)深入對于碳纖維材料的應用研究。
參考文獻
[1].周秦.碳纖維布加固混凝土結構技術的應用研究[D].北京：中國地質大學（北京），2009
[2].黎柏營.碳纖維片材加固鋼筋混凝土結構的應用研究[D].合肥：合肥工業(yè)大學，2007，05，25
關鍵詞：碳纖維 加固技術 工程建筑
1.碳纖維加固結構構件技術原理
外貼纖維增強復合材料加固混凝土技術是通過在混凝土結構外部粘貼纖維增強復合材料片材，通過二者協同受力，達到加固目的。碳纖維材料具有高強度、高彈性模量、重量輕及耐腐蝕性好等特點，其抗拉強度是普通鋼筋的十倍左右，彈性模量略高于普通鋼筋的彈性模量。加固修復混凝土結構所有碳纖維材料主要為兩種：碳纖維材料與配套樹脂。其中碳纖維的抗拉強度為建筑鋼材的十倍，而彈性模量與鋼材相當，某些（如高彈性）碳纖維的彈性模量甚至在鋼材的兩倍以上，且施工性能與耐久性良好，是一種很好的加固修復材料；配套樹脂則包括底層樹脂、找平樹脂及粘結樹脂，前兩者的作用是為了提高碳纖維的粘結質量，而后者的作用則是使碳纖維與混凝土能夠形成一個復合性整體，并且共同工作，提高結構構件的抗彎、抗剪承載力，達到對結構構件進行加固、補強的目的。
2.采用碳纖維布加固具有的優(yōu)點：
采用碳纖維布加固結構具有高強高效的優(yōu)點。由于碳纖維材料優(yōu)異的物理力學性能，在加固修補混凝土結構中可以提高混凝土結構及構件的承載力和延展性，改善其受力性能，達到高效加固修補的目的。施工便捷，工效高，無濕作業(yè)，不需大型施工機具，施工占用場地少。根據有關統計資料，同為粘貼加固工法，粘貼碳纖維材料是粘貼鋼板施工工效的4-8倍。具有極佳的耐腐蝕性能及耐久性。試驗表明，碳纖維材料加固混凝土結構有良好的耐腐蝕性和耐久性，可以抗御建筑物經常遇到的酸、堿、鹽對結構物的腐蝕。適用面廣。粘貼碳纖維材料加固修補混凝土結構可廣泛適用于各種結構類型(如建筑物、構筑物、橋梁、隧道等)、各種結構形狀(如矩形、圓形、曲面結構等)、各種結構部位(如梁、板、柱、節(jié)點、拱、殼、墩等)的加固修補，且不改變結構形狀，這是目前任何一種結構加固方法所不可比擬的。尤其重要的是，對于一些大型橋梁橋墩、橋梁、橋板以及隧道、大型筒體及殼體結構工程等，采用舊的加固手段幾乎無法實施，而采用該項加固技術都能順利解決，施工質量易保證。由于碳纖維材料是柔性的，即使被加固的結構表面不是非常平整也基本可以達到100％的有效粘貼率，而粘貼鋼板則很難達到100％的有效粘貼面，相應的驗收標準也只要求其達到70％就可以了。碳纖維材料質量輕且薄，粘貼后每平方米重量不到1.0kg，粘貼一層的厚度僅1.0mm左右，加固修補后基本不增加原結構自重及原構件尺寸。
3.碳纖維材料在結構加固方面的運用
3.1碳纖維材料結構加固適用范圍
碳纖維材料適用于各種結構類型、各種結構部位的加固修補，如梁、板、柱、屋架、橋墩、橋梁、煙囪、筒體、殼體等結構；另外，磚砌體的某些力學性能也可以用碳纖維進行加固。具體說來可以但不限制于：利用碳纖維加固公路橋敦結構、對既有鋼筋混凝土煙囪的加固；構件抗彎加固、梁柱構件的抗剪加固、混凝土柱子牛腿斷裂加固、砌體的抗震加固、承載力不足加固、樓宇增層加固、框架柱軸壓比超限加固、樓板開裂加固、剪力墻開洞加固、樓面荷載增大加固、橋梁斷裂、舊橋大修加固和水塔加固等等。
3.2碳纖維片材加固修復混凝土結構規(guī)范
采用粘貼碳纖維片材加固混凝土結構時，應通過配套粘結材料將碳纖維片材粘貼在一起，使碳纖維片材承受拉力，并與混凝土變形協調，共同受力。
3.3碳纖維片材可采用下列方式對混凝土結構構件進行加固：
在梁、板構件的受拉區(qū)粘貼碳纖維片材進行受彎加固，纖維方向與加固處的受拉方向一致；采用封閉式粘貼、u形粘貼或側面粘貼對梁、柱構件進行受剪加固，纖維方向宜與構件軸向垂直；采用封閉式粘貼對柱進行抗震加固，纖維方向與柱軸向垂；當有可靠依據時，碳纖維片材也可用采用其它形式或其它受力狀況的混凝土結構進行加固；采用粘貼碳纖維片材加固混凝土結構時，應按國家現行有關標準采用以概率理論為基礎的極限狀態(tài)設計法進行承載能力極限狀態(tài)計算和正常使用極限狀態(tài)驗算；鋼筋和混凝土材料，根據檢測得到的實際強度，按國家現行有關標準確定其相應的材料強度設計指標；碳纖維片材應根據構件達到極限狀態(tài)時的應變，按線彈性應力應變關系確定其相應的應力；碳纖維片材應取生產廠提供的不小于95%保證率的極限抗拉強度作為抗拉強度標準值；當采用粘貼碳纖維片材對結構或構件進行加固時，應考慮加固后對結構中其它構件或構件的其它性能可能產生的影響；采用粘貼碳纖維片材進行結構加固時，宜卸除作用在結構上的活荷載。如不能在完全卸載條件下進行加固，應考慮二次受力的影響；在受彎加固和受剪加固時，被加固混凝土結構和構件的實際混凝土強度等級不應低于cl5。采用封閉粘貼碳纖維片材加固混凝土柱時，混凝土強度等級不應低于c10。
4.結語
隨著碳纖維加工技術的普及，我國各種應用占碳纖維率需求比例不斷上升，從這個角度上已預示了碳纖維在工程的廣闊應用前景，也許在未來人類社會在材料應用上會從鋼鐵時代進入到一個碳纖維材料廣泛應用的時代。
參考文獻：
關鍵詞：碳纖維：市政工程；橋梁加固；共同溝加固
碳纖維材料加固混凝土結構技術是利用樹脂類膠結材料將碳纖維材料粘貼在混凝土結構表面，形成復合材料體．通過其與混凝土結構的協同作用，達到對原結構補強加強和改善結構受力性能的目的。由于碳纖維加固技術具有質量輕、強度高，施工快速便
捷，抗疲勞性能佳以及優(yōu)秀的耐腐蝕、抗?jié)B透等性能。因此，近年來該技術在我國土木工程結構加固改造領域中迅猛發(fā)展，在市政工程領域中得到了廣泛的應用。
一、 碳纖維加固技術
1、碳纖維材料的特點
碳纖維材料最早應用于航空、航天等高科技領域，后來逐步發(fā)展到船舶、汽車等方面．最近幾年，開始應用在建筑領域．碳纖維加固技術主要選用PAN基碳纖維材料粘貼在結構構件的表面，以達到加固補強結構的效果。以往一般采用粘鋼法或外加預應力筋來加強橋梁結構的承載能力，但鋼材容易受腐蝕，這往往是制約混凝土結構耐久性的重要因素之一，而碳纖維材料良好的耐腐蝕性、耐熱性、耐久性恰好能解決這個問題，它同時具有優(yōu)異的物理力學性能，一般常用碳纖維的抗拉強度大于3000 MPa，其強度為建筑用鋼的十幾倍，彈性模量和建筑用鋼處于同一水平上，且自重輕，攜帶方便，施工簡單，日常維護費用低，是一種很好的結構加固補強材料．國外最早在土木工程中的應用始于20世紀70年代，現已逐漸發(fā)展成熟，并形成完整的加固體系，國內有關碳纖維加固技術的研究應用尚處于起步階段。
2、碳纖維加固結構施工特點
碳纖維加固結構技術是利用碳纖維材料的特性，將碳纖維粘貼在結構表面，從而起到對結構的加強作用。在實際施工過程中，碳纖維既可以單層粘貼也可以多層粘貼，還可以纏繞．對于各種不同類型的節(jié)點、不規(guī)則的部位，都可用碳纖維進行加固處理。在橋梁加固運用中，可粘貼在混凝土梁的頂面或底板上，用以提高梁的撓曲強度和剛度；也可粘貼在梁的腹板上，用以提高其抗剪強度；還可以將碳纖維纏繞在節(jié)點部位以滿足抗震設計的要求，具有高強高效、施工便捷、周期短等特點。在碳纖維結構技術應用中，影響加固質量的因素主要有兩方面，一是碳纖維材料的抗拉強度，二是粘貼碳纖維材料用粘結劑的剪切強度．碳纖維和混凝土的粘結質量直接影響加固效果加固后，碳纖維與混凝土之間不能有氣泡，不能起鼓。另外，碳纖維布是一種可任意曲折的纖維布材料，施工不受加固長度的影響，適應面廣。以上優(yōu)點將使碳纖維加固結構技術在國內未來的加固行業(yè)中起著越來越重要的作用。
二、碳纖維在共同溝加固工程的應用實例
共同溝是指在埋設于城市道路下方，用于收納城市電力、電信、上水等市政管線的地下隧道。由于共同溝的設置能有效提高對市政管線的綜合管理，同時完全避免了管線施工對路面的影響。因此成為未來城市市政管線集約化發(fā)展的方向。2007年底，為了配合上?！皷|西通道”工程的建設，張楊路需要拓寬。原處于人行道和綠化帶下方的共同溝將被機動車道部分覆蓋。這樣共同溝結構所承受的恒載和活載發(fā)生變化．為了保障共同溝的安全，最終考慮對其進行加固處理。
1.、加固方案
由于張楊路共同溝隧道結構所承受恒載和活載發(fā)生變化，故需要對隧道結構及地基基礎進行驗算。共同溝承受的恒載為土荷載自重，活荷載為車輛荷載。現狀共同溝外邊距機動車道邊線為2．25 m．埋深1．5 m。道路結構層390 mm。根據荷載驗算，地基能滿足使用要求。原隧道結構配筋滿足承載力要求，但隧道結構在靠近機動車道的一側頂板與側板外緣裂縫計算值雖滿足規(guī)范要求，但富裕量較小。為保證結構在運營狀態(tài)下正常使用時有足夠的耐久性。根據以往工程經驗．在靠近機動車道一側的頂板、側板上進行了粘貼碳纖維布加同處理。
2.、加固功效
張楊路共同溝結構加同采用日本東麗品牌，碳纖維材料規(guī)格為UT70—20，黏結膠水為WD一3503。材料室內試驗結果為：抗拉強度標準值4560 MPa(規(guī)范要求3000 MPa)．彈性模量266 GPa(規(guī)范要求≥210 GPa)，伸長率1．8(規(guī)范要求≥1．5)。正拉黏結強度4.3 MPa(規(guī)范要求≥2．5 MPa)。試驗結果表明該工程采用的材料能滿足結構加固的需要。施工工藝的現場檢測，得到的黏結強度平均值為3．83 MPa，且破壞形式為混凝土內聚破壞，能滿足規(guī)范要求。
三、 碳纖維加固處理要點
在進行結構加固處理前，先對梁板采取有效地卸載和支頂措施，然后按以
下施工工序進行加固施工。
(1)破損面混凝土表面處理：清除被加固構件表面的剝落、疏松、蜂窩、腐蝕等劣化混凝土，露出混凝土結構層。
(2)按設計要求對破損面鋼筋處理后用M45的環(huán)氧樹脂砂漿進行灌縫或封閉處理，并保證鋼筋保護層厚度不小于15ram。利用打磨機將其表面打磨平整，并用鋼刷將其表面的粉塵、油污等不潔物清除干凈，使構件加固表面平整、干燥無粉塵。另外，如碳纖維需沿基纖維方向繞構件轉角處粘貼時，轉角粘貼處要進行倒角處理并打磨成圓弧狀，圓弧半徑不應小于20mm。
(3)涂刷底層樹脂：用專用滾筒刷將底層樹脂均勻涂抹于混凝土表面，待樹脂表面指觸干燥時即進行下一道工序施工。
(4)找平處理：表面凹陷部位用找平材料填補平整，且不應有菱角。
(5)粘貼碳纖維片材：將配制好的浸漬樹脂均勻涂抹于所要粘貼的部位，并用橡膠滾筒沿纖維方向多次滾壓，擠除氣泡，使浸漬樹脂充分浸透碳纖維布，滾壓時不得損傷碳纖維布。多層粘貼重復上述步驟，待纖維表面接觸干燥時即可進行下一層的粘貼。
(6)在最后一層的碳纖維布的表面均勻涂抹浸漬樹脂。
結束語
碳纖維質輕高強、耐腐蝕、抗老化，有著優(yōu)異的力學性能。用其加固補強混凝土結
構施工工期短，施工所需人工少，具有簡單便捷的特點，已經廣泛用于混凝土結構的粘貼加固工程。其中碳纖維加固技術以其超強的優(yōu)勢在共用溝工程中和橋梁工程中得到的廣泛的應用，相信在將來的市政工程中將會得到更加廣泛的應用。
參考文獻：
【1】 黃漢輝 碳纖維加固技術在富春江水電廠水工建筑物修補中的實際應用【J】中國科技博覽 2010(34)
關鍵字：碳纖維加固,鋼筋混凝土,抗拉強度
中圖分類號：TU511.3+2文獻標識碼：A
0 前言
在實際加固工程中，因設計失誤、施工不當或使用功能改變等，造成的結構或構件不能滿足現行規(guī)范規(guī)定的正常設計使用要求，要使其結構或構件能夠繼續(xù)安全、正常的使用，則必須采取一定的措施進行補強修復。由于碳纖維CFRP加固鋼筋混凝土結構具有較好的物理力學性能、抗化學腐蝕、承載力高、施工簡單，在結構補強加固上得到了廣泛應用，下面就該加固技術進行介紹。
1 鋼筋混凝土結構CFRP加固機理分析
1.1 鋼筋混凝土結構CFRP加固原理
鋼筋混凝土結構在承受軸向壓力時，構件是由于受到極限值非常小的橫向擴張引起的，如能在構件四周創(chuàng)造橫向約束，以阻止受壓構件的這種橫向擴張，從而提高構件抗壓承載力和變形能力。
碳纖維CFRP加固鋼筋混凝土結構就是在結構混凝土和CFRP增強帶之間產生約束作用，（它們之間的相互作用力稱為界面約束應力）受橫向界面約束應力的作用，塑性區(qū)的核心混凝土處于三向應力狀態(tài)，與單向受力狀態(tài)相比，混凝土的極限壓應變和承載力會提高，在結構彎曲承載力沒有明顯下降的情況下，并不考慮失穩(wěn)的影響，加固后鋼筋混凝土結構具有較大的延性變形與耗能能力。
1.2 鋼筋混凝土結構在CFRP包裹作用下的應力分布情況
1) 由于CFRP對鋼筋混凝土結構的橫向約束后使CFRP形成軸向拉伸應力，而CFRP的抗彎能力極弱（一般不考慮），矩形結構在CFRP包裹約束下其最終極限軸向抗壓強度相對圓結構而言大大降低，主要由于側向約束應力不均勻。矩形結構邊中央側向約束弱，拐角處側向應力集中約束較大，結構邊只有在發(fā)生側向塑性變形時CFRP對鋼筋混凝土結構的橫向約束應力才能極速增長。
2) 由于CFRP對鋼筋混凝土結構的約束為界面約束，只有當混凝土向外橫向擴張時（產生塑性變形）CFRP方能對混凝土產生約束應力，因此結構環(huán)向的外包CFRP在承受荷載時表現出兩階段的受力過程：第一階段，混凝土軸向壓應力較小，橫向變形較小，CFRP受力較??；第二階段，隨著荷載的增加，結構混凝土變形增大，CFRP環(huán)向應力顯著增長，環(huán)向約束力迅速增加，直到當CFRP達到其極限拉伸應變時發(fā)生斷裂。
3) 約束混凝土與無約束混凝土應力—應變關系
CFRP對混凝土產生約束應力、應變值的提高幅度，與使用CFRP材料的規(guī)格、粘貼形式、粘貼層數有關，應通過試驗確定。
圖1 力—應變關系圖
2 碳纖維加固的主要特點和存在問題
2.1 碳纖維加固的主要特點
1) 高強高效。由于FRP 優(yōu)異的物理力學性能,在加固修補混凝土結構中可以充分利用其高強度、高彈性模量的特點來提高混凝土結構及構件的承載力和延性, 改善其受力性能, 加固后不增加結構體積和自重, 而且不改變結構外觀。
2) 便于施工。工序簡單, 不需要大型施工設備及吊裝機械, 沒有濕作業(yè), 施工進度快、工期短, 可在現場剪裁、粘貼, 不受結構表面形狀限制, 特別適合于曲面、弧面、環(huán)管結構加固, 施工質量易保證。
3) 耐久性好。FRP 多具有優(yōu)異的化學穩(wěn)定性,使經過補強和維修的結構具有的抗酸、堿、鹽、紫外線侵蝕和防水能力。具有足夠的適應氣溫變化的能力, 延長結構壽命; 耐疲勞性能好, 特別適用于橋梁類結構經常承受往復荷載、移動荷載的作用。
4) 適用面廣。由于纖維材料是柔性的, 粘貼CFRP 加固修補混凝土結構可以廣泛應用于各種結構類型、各種結構形狀、各種結構部位的加固修補,這是目前任何一種結構加固方法所不要比擬的。
2.2 碳纖維加固研究及應用中存在的問題
碳纖維材料用于加固混凝土結構, 已經在許多工程應用上體現出其優(yōu)越性, 但碳纖維材料也有其自身的缺點:
1) 碳纖維材料與鋼材相比有較高的強度, 但在實際工程中在棱角和構件表面曲率較大的部位容易出現應力集中, 不能對核心混凝土提供均勻有效的約束, 破壞時碳纖維往往在角部率先斷裂, 而不能充分發(fā)揮其高強的性能。
2) 碳纖維是一種脆性材料, 大部分的碳纖維產品的彈性模量較低, 僅為鋼材的5% -50%, 與未加固混凝土結構相比其破壞更為突然。
3) 碳纖維材料的抗剪強度、層間抗拉強度和層間抗剪強度非常低, 這使得碳纖維構件的連接成為突出的問題。粘結材料則依然是碳纖維加固的薄弱環(huán)節(jié),連接部位都是整個構件的薄弱環(huán)節(jié); 構件加固后極限狀態(tài)下的破壞形式多數是粘結破壞。
4) 與混凝土相比, 一般碳纖維材料的防火性能較差。臨界溫度為300℃左右, 而且部分樹脂材料有可燃性。
5) 目前對碳纖維加固后結構的長期受力性能、耐久性以及各種惡劣氣候環(huán)境條件下的性能及可靠度、適用性等問題還研究得不多。
6) 盡管我國碳纖維加固技術的研究已經取得大量的研究成果, 在具體的設計、施工、質量檢驗等環(huán)節(jié)缺乏該項技術的標準與規(guī)程, 大大地限制了該技術在國內的發(fā)展。為此急需建立完整可靠的標準試驗方法及設計、施工規(guī)范。
3 碳纖維CFRP加固鋼筋混凝土結構的技術及施工要點
3.1 適用范圍及工況要求
碳纖維加固鋼筋混凝土結構適用于圓形結構或小截面矩形結構（截面邊長一般小于800mm），在未失穩(wěn)狀態(tài)下能大幅提高鋼筋混凝土結構的軸壓承載能力。加固的前提條件是構件的核心混凝土未被破壞，尚具有一定的承載和變形能力。
3.2 碳纖維外包鋼筋混凝土加固技術
3.2.1 前期準備
在實際工程中需要加固的結構子總是在不同的工況下工作，鋼筋混凝土結構在加固前，需要對構件采取一定量的卸載工作。構件表面清理，清除表層混凝土浮漿及松動的混凝土，修復構件表面缺陷或不平整（高一級的混凝土或高標號砂漿），矩形結構還須倒角處理以緩解角部的集中應力，倒角半徑不小于20mm。
3.2.2 混凝土表面粘貼CFRP
根據混凝土補強要求和試驗情況，可采用單層或多層CFRP箍帶間隔加固或全截面外包加固的方法。
CFRP粘貼膠均為有機膠（特殊設計的環(huán)氧樹脂），無機膠尚在研發(fā)階段。構件加固質量的優(yōu)劣與粘貼膠有直接影響，目前市場的粘貼膠，根據權威部門調查不容樂觀，因此粘貼膠施工前的檢測至關重要。
CFRP粘貼程序：刷底層粘貼膠粘貼第一層CFRP纖維布環(huán)氧樹脂浸漬CFRP纖維布若采用多層CFRP粘貼，則重復上述工序。
3.3 加固施工要點
1) 鋼筋混凝土結構加固前的卸荷，此項工作往往被忽視，混凝土構件在負荷外包CFRP時，外包CFRP相對于混凝土結構表面存在應變滯后，常發(fā)生CFRP尚未被拉斷混凝土已被壓壞的情況，這種效應使得CFRP的補強效果降低，不能充分發(fā)揮CFRP的高強抗拉性能。
2) 矩形結構拐角倒角的半徑不得小于20mm，結構側最好修成外凸面，減輕角部CFRP的集中應力，很多試驗表明即使如此CFRP的破壞仍然發(fā)生在拐角部位。
3) 混凝土構件表面的修復工作極為重要，其直接影響CFRP對混凝土橫向約束效果。
4 結論
1）碳纖維CFRP加固鋼筋混凝土結構，能使混凝土承受軸向受力狀態(tài)變?yōu)槿蚴芰顟B(tài)，約束混凝土的承載力和變形能力得到提高，特別對軸壓比不能滿足抗震設計規(guī)范要求的鋼筋混凝土結構加固效果比較明顯。
2）提高塑性鉸區(qū)的承載力及延性，鋼筋混凝土結構在地震荷載的重復作用下，上下端會首先出現塑性鉸區(qū)，承載能力及延性迅速下降，用CFRP進行纏繞加固后，塑性鉸區(qū)核心混凝土受到約束極限強度及變形能力大幅提高。
3）施工技術含量低、工藝簡單，約束效果好、抗腐蝕能力強，只需保護不需要保養(yǎng)。
4）碳纖維CFRP加固技術并非萬能“處方”，有其缺點：有機膠的耐高溫性能差，高溫環(huán)境及防火等級要求高的建筑不能使用；不規(guī)則或大截面矩形結構應有條件使用。
參考文獻
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關鍵詞：碳纖維；連續(xù)梁橋；有限元分析
引言
目前國內外針對CFRP布加固混凝土梁的研究主要集中在簡支梁方面，預應力混凝土連續(xù)梁研究開展比較少［1-3］，對于粘貼CFRP布對預應力混凝土連續(xù)梁剪力滯效應的影響更是鮮有報道。因此，本論述借助有限元分析軟件ANSYS，以等高度四跨預應力混凝土連續(xù)箱梁標準設計為工程背景，計算兩種不同抗彎加固方式對連續(xù)梁剪力滯效應的影響，得出加固后剪力滯效應的變化規(guī)律，研究成果為以后預應力混凝土連續(xù)箱梁的設計與施工提供參考。
1有限元模型的建立
本論述以某高速公路上在役橋梁為研究對象，該橋上部結構采用20m+25×2m+20m預應力混凝土連續(xù)箱梁，借助于有限元軟件ANSYS，取上部結構進行有限元分析。
1.1模型概況
該橋主梁采用斜腹板單箱單室截面，梁高1.15m。梁寬10m，頂板中間厚為0.274m，頂板懸臂自由端厚度為0.15m，頂板加腋尺寸為0.75×0.15m；底板厚0.2m，底板加腋尺寸為0.2×0.2m，梁體跨中橫斷面圖見圖1所示，橋梁平面示意圖見圖2所示。全橋共設置了5處橫隔板，分別在5個支座的位置處。端支座處橫隔板厚為1000mm，中支座橫隔板厚為1500mm。
1.2單元選取
混凝土用SOLID65單元來模擬，混凝土單元的本構關系依據文獻［5］通過數據表形式輸入，預應力鋼筋用LINK10單元來模擬。CFRP布采用shell41單元模擬，該單元只能承受拉力作用，沒有抗彎、抗壓能力，應力—應變關系采用理想彈性模型［6］。
1.3材料參數
混凝土采用C40混凝土。重力密度γ=26.0kN/m3，彈性模量Εc=3.45×104MPa，泊松比ν=0.2；預應力鋼筋抗拉強度標準值為fpk=1860MPa，公稱直徑為d=15.2mm，彈性模量Ep=1.95×105MPa，泊松比ν=0.3，線膨脹系數α=1e-5；碳纖維材料采用南京ManKaTe公司的CFRP布，具體參數見表1所示。
1.4有限元模型的建立
為了研究不同方式粘貼對CFRP布加固預應力混凝土連續(xù)梁橋對剪力滯效應的影響，設計了兩種CFRP布加固鋼筋混凝土梁模型：（1）碳纖維布梁底全部粘貼模型；（2）碳纖維布梁底縱向間隔1m粘貼模型。兩種方案粘貼CFRP層數均為1層。全橋共有節(jié)點16278個，單元47910個。全橋有限元模型見圖3所示。
2有限元結果分析
為了分析粘貼CFRP布后剪力滯效應的變化規(guī)律，本論述考慮四種工況：（1）腹板束預應力；（2）恒載；（3）靜力荷載；（4）以上三種工況的荷載組合。
2.1腹板束預應力作用下粘貼CFRP布縱向應力的變化情況
為扣除預應力損失后的有效預應力），計算與預應力產生應變相當效果的降低溫度差。最終得到未粘貼、底板滿鋪以及底板縱向間隔1m粘貼CFRP布情況下各控制截面頂板的縱向應力變化曲線及剪力滯系數。由圖4～圖5及表2可以看出，在腹板曲線布筋施加預應力的情況下，在邊跨跨中截面和中跨跨中截面處表現為負剪力滯，而在支座處則表現為明顯的正剪力滯。在底板滿鋪碳纖維情況下，各控制截面的剪力滯系數均有不同程度的減小。
2.2恒載作用下粘貼CFRP布縱向應力的變化情況
對模型施加恒載（僅考慮自重），得到未粘貼、底板滿鋪以及底板縱向間隔1m粘貼CFRP布情況下各控制截面的縱向應力變化曲線及剪力滯系數。由圖6～圖7及表3可以看出，在受恒載的情況下，在邊跨跨中頂板截面和中跨跨中頂板截面處，底板滿鋪粘貼碳纖維時剪力滯系數變化比較明顯。在支座處表現為明顯的正剪力滯，但粘貼碳纖維后，各控制截面的剪力滯系數卻無明顯變化。2.3汽車荷載作用下粘貼CFRP布縱向應力的變化情況對模型施加車輛靜力荷載。選擇的加載車輛標準載重40t（前軸重8t，中軸和后軸各16t）［8］。該車型為3軸，車長8.30m，車前緣距前軸1.6m，前軸距中軸3.50m，中軸距后軸1.30m，后軸距車后緣1.90m，輪中心距1.80m。由圖8～圖9及表4可以看出，在中跨中支座表現為明顯的正剪力滯，碳纖維的粘貼均降低了剪力滯系數，但兩種加固方式并無明顯差別。
3結束語
就本論述加固方式而言，粘貼碳纖維后，控制截面的剪力滯系數均有所下降。采用底板滿鋪和底板縱向間隔1m粘貼碳纖維兩種方式，較前者而言，后者剪力滯系數變化并不明顯。在預應力作用下，碳纖維的粘貼對支座處的剪力滯系數影響較大；而在自重作用下，對跨中的影響較大；在中跨跨中施加車輛荷載，支座及跨中部位的剪力滯系數均有明顯下降。荷載組合的情況下，粘貼碳纖維后對支座處的剪力滯系數影響較跨中處大。
參考文獻
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