上海毅实建筑加固工程有限公司
碳纤维加固美国、日本等国于20世纪80年代开始对碳纤维布加固技术进行试验研究。目前已经将此技术大量投入应用。近年来，中国在这方面的研究和应用也做了大量工作，生产出一系列的碳纤维复合材料，在降低工程费用的同时也总结出了较成熟的设计方法和施工经验，为广泛推广该技术创造了有利条件。
1、工程概况
南宁至梧州二级公路贵港段车流量大，重载车多，经过长期运营，部分桥梁出现了不同程度的病害，影响到桥梁的正常使用，其中多座桥梁出现了板底碱蚀横裂缝。经调查研究设计后，维修加固方案确定采用在板底粘贴碳纤维布的方法。
2.材料
2.1碳纤维
碳纤维根据原料及生产方式的不同分为聚丙烯腈(pan)基碳纤维及沥青基碳纤维。碳纤维成品可以制成不同的型材，如纤维布、纤维板、棒材、短纤维等，可根据不同工程的不同部位和需要进行选择。在加固工程中应用很普遍的还是碳纤维布(片材)。表1列出了中国《碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程)(cecs1．46----2010)规定的碳纤维布的主要力学性能指标。
碳纤维加固碳纤维又称高强度复合材料（carbon fiber reinforced piastics）cfrp，它加固修补混凝土结构技术是利用对混凝土有很强的渗透性和足够的粘结强度的树脂，将碳纤维布粘贴于混凝土表面，使两者共同工作，提高结构构件的（抗弯、抗剪）承载能力，由此而达到对建筑物加固、补强的目的。由于它具有质量轻、减震性能好、现场粘贴无需重型设备、优良的耐化学性、能有效地封闭混凝土的裂缝以及易施工操作方便等优点，在桥梁结构加固中得到了较为广泛的应用。已有的研究结果表明，采用碳纤维加固桥梁可有效的恢复与提高桥梁结构的承载力。
当前，随着我国交通事业的不断发展，我国20世纪中后期建造的大部分桥梁开始进入了大修期，而采用加固技术对桥梁进行加固，恢复和提高旧桥的承载力和通行力也就成了维修的重点。而纵观一些常用的加固技术，如粘贴钢板加固法、体外施加预应力等，其在一定程度上会破坏原桥的结构。而相对于这些加固技术，碳纤维加固法因其所具有的优点，开始被广泛应用于桥梁的加固工程中。
2 碳纤维加固技术的特点及其在桥梁工程中的应用
2.1碳纤维加固技术的特点
1.采用碳纤维加固法方便快捷，不需要使用大型加固机具，效率高，施工速度快，所需工作面小。因而在作业空间受限时，该优点更是其他加固方法无法比拟的。
2.将碳纤维布粘贴在混凝土表面，可以有效的封闭混凝土结构的裂缝，其高强高模量的特性还延缓或消除裂缝的生成和扩展，延长结构的使用寿命。
3.采用碳纤维布进行加固，不用打孔，无须设置锚固螺栓及开凿混凝土，因而不会对原结构造成新的损伤。
4.碳纤维布的自重仅为200-300g/m2，设计厚度为0.111-0.167mm，加上树脂系列的粘结材料的自重也很轻，对整个结构重量及桥下净空的影响是微乎其微。由于碳纤维布的厚度很薄，在粘贴固化后还可以涂刷一层与原结构颜色一致的涂料，因此应用于桥梁加固后不改变原有断面的大小和形状，外表轻巧美观。
5.经济耐用，加固效果好，不需要后期进行维修。
6.由于碳纤维材料本身抗疲劳性能优异，用碳纤维布加固的混凝土结构的抗疲劳性能将会提高。
7.碳纤维布是一种复合材料，几乎无性和磁性以及其有较好的耐热性，抗性强，应用面广，加固后的构件不仅经得起水泥碱性的侵蚀，同时也适用于经常受害侵蚀等性的环境，因而可以说碳纤维加固法可以应用于各种复杂工作环境中的构件加固。
8.碳纤维材料糙率低于混凝土表面糙率，在加固段可以提高水流的通过能力。
9.提高加固构件的抗渗能力和抗冲刷能力。
2.2碳纤维材料在桥梁工程中的应用
20世纪80年代末到90年代初，日本开始进行了碳纤维材料用于结构加固修补的研究，也是世界上很早采用碳纤维布进行桥梁加固的国家之一。随后，碳纤维加固技术开始在韩国、美国、欧洲、等国家得到了迅速的发展和应用。相对于美国、德国、日本等国家，我国对碳纤维加固桥梁技术的研究起步较晚。
碳纤维材料不仅可以用于桥梁上部结构的加固，也可以用于桥梁下部结构――墩台的加固，即在桥墩外面缠绕纤维，使桥墩的强度及受力状态得到明显改善，从而提高桥墩的承载能力。在进行加固时，可以将碳纤维布粘贴在混凝土梁的顶板、底板上，用于提高梁的刚度；也可以将其粘贴在混凝土梁的腹板上，用于提高梁的抗剪强度。
3 桥梁施工中碳纤维加固技术的施工要点
3.1表面处理
1.为了使加固时粘合剂和碳纤维更好地连接，在进行碳纤维的加固前可用人工凿除法、气动工具凿除法或高速射水法将加固部位表面的剥落、疏松、蜂窝、等劣化混凝土清除干净，露出混凝土结构层.并用修复材料将表面修复平整，确保施工面一定保持无杂物附着、无凹凸不平区域、无松散材料等。
2.按设计要求，应对桥梁的裂缝进行灌缝或封闭处理。然后待灌缝结束后将混凝土表面打磨平整，除去表层浮浆、油污等杂质。3.在桥梁转角处等较为复杂的部位时，在进行表面处理时应将其菱角部位处理并打磨成圆弧状，使其成为光滑的圆弧状。一般，要求处理后其圆弧半径不应小于2omm。很后混凝土表面应清理干净并保持干燥。
3.2涂刷底层树脂
1.应按产品生产厂提供的工艺规定配制底层树脂。在配制树脂时应按产品使用说明规定的配比称量置于容器中，用搅拌器均匀搅拌至色泽均匀。搅拌用容器内不得有油污及杂质。
2.由于底层树脂的性质容易受到环境、温度等因素的影响，因此在配制时应根据现场实际温度决定树脂的每次拌合量，并严格控制使用时间。
3.在涂刷底层树脂时，应采用滚筒刷将底层树脂均匀涂抹于混凝土表面，待其表面指触干燥后，即可进行下一工序的施工。
3.3找平处理
应对混凝土表面凹陷部位用找平材料填补平整，不应有棱角。转角处应采用找平材料修理成为光滑的圆弧，半径不应小于20mm。待找平材料表面指触干燥后，尽快进行下一工序的施工。
3.4粘贴碳纤维布
1.在粘贴碳纤维布前，应根据工程的设计要求，对施工基面的宽度及大小进行准确测量，要求其沿纤维受力方向的搭接长度不应小于1o0mm。这样，即可准确地裁剪碳纤维布，也可避免在粘贴时出现基面裸露、表面褶皱或边缘翘起等现象。 　　2.按工艺规定的配比将主剂和硬化剂放入拌合桶内进行配制浸渍树脂，在拌合时使用电动搅拌机进行拌合，要求两种材料要均匀拌合2min以上。待浸渍树脂配制好后即可均匀涂抹于粘贴部位。
3.碳纤维的选取要符合表1中性能指标的要求，具体见表1。
表1碳纤维布主要力学性能指标
性能 碳纤维布
抗拉强度标准值fck（mpa） ≥3000
弹性模量（mpa） ≥2.1×105
延伸率（%） ≥1.4
注：单层碳纤维布纤维单位面积质量不宜小于150g/m2，不宜高于400g/m2。
4.将碳纤维布用手轻压贴于需粘贴的位置，采用专用的带肋式滚刷顺纤维方向反复多次滚压，使碳纤维布和浸渍树脂充分融合，挤除布内的气泡，同时在滚压时不得损伤碳纤维布。
5.当采用多条或多层碳纤维布加固时，各条或各层碳纤维布的搭接位置宜相互错开。
3.5表面防护
1.粘贴完碳纤维布且成型后，考虑到其后期的使用寿命和保养等问题，根据工程的具体要求可在其表面人工涂抹保护涂料。如需要单纯的防止风于、延缓老化，需在碳纤维布的表面涂抹防晒漆；如果需要提高其防火性能，则需在其表面均匀涂上一层防火漆，避免高温损伤。一般，防护涂料应涂抹20-30mm厚。
2.在涂抹保护涂料时，要求涂料颜色与板底混凝土颜色一致，涂抹前应将表面清理干净，保证粘贴完碳纤维布的梁底美观。
4 碳纤维布加固时的施工注意事项
4.1在表面处理和粘贴碳纤维布前应按加固设计部位放线定位。
4.2碳纤维布配套树脂的原料应密封储存，远离火源，避免阳光直接照射。
4.3在进行混凝土病害部位的清理时，要注意不要损伤梁体原有钢筋（尤其是主筋）。
4.4碳纤维为导电材料，使用时应尽量原理气设备及电源。
4.5碳纤维布粘贴完毕后24小时内严禁扰动，达到加固效果后严禁对碳纤维有任何的人为损伤。
4.6碳纤维布施工时宜在5℃以上环境温度条件下进行；当环境温度低于5℃时，应使用适用于低温的配套树脂或采用升温处理措施。
4.7在进行碳纤维布施工时必须要穿戴保护装备（口罩、护目镜及橡皮手套）。
5 结束语
当前，随着我国经济建设的快速发展，交通量急剧增加，大部分桥梁结构经常处于超负荷的工作状态，桥梁老化速度明显加快，桥梁结构的损害情况也日益增加，这就使得桥梁维修加固的工作日益繁重。在几种加固桥梁的技术中，很多在维修过程中会破坏桥梁的现有结构，或者是有些对施工场地有特别的要求。而采用碳纤维进行桥梁的加固，其可很好地避免其他几种加固技术的缺点，提高桥梁的加固质量和效率，因此在我国桥梁的维修加固中得到了广泛的应用。但随着碳纤维加固技术的大量应用，希望工作在线的桥梁工程师们和施工人员可以根据实际的工作经验，进一步了解这种加固技术的优缺点，进一步完善其在桥梁加固中的应用。相信随着我国桥梁建设的不断发展，碳纤维加固技术会有更好的发展潜力。
碳纤维加固碳纤维加固包括碳纤维布加固和碳纤维板加固两种。碳纤维材料用于混凝土结构加固修补的研究始于80年代美、日等发达国家。我国的这项技术起步很晚，但随着我国经济建设和交通事业的飞速发展，现有建筑中有相当一部分由于当时设计荷载标准低造成历史遗留问题，一些建筑由于使用功能的改变，难以满足当前规范使用的需求，亟需进行维修、加固。
目前常用的加固方法有很多，如：加大截面法、外包钢加固法、粘钢加固法、碳纤维加固法等。碳纤维加固修补结构技术是继加大混凝土截面、粘钢之后的又一种新型的结构加固技术。
（1）碳纤维布加固：
碳纤维布加固是砌体结构采用纤维增强材料粘贴加固，是一种比较新型的加固方法，作用是纤维材料在加固结构中承担拉应力，改善构件的受力状态，限制裂缝的产生和发展。
（图片详细：工程施工正在用的是鼎峰加固工程的碳纤维布加固）
（2）碳纤维板加固：
碳纤维板加固（又称cfrp加固）是用粘结剂把碳纤维板粘贴在混凝土构件受力部位，和基体叠合为一体，从而达到加固目的的一种施工方法。该方法通常用在混凝土桥面板、桥墩、梁、柱、烟囱以及隧道衬砌等构件的抗弯补强、抗剪补强以及防止混凝土开裂、剥落等工程中。
（图片详细：碳纤维板加固介绍）
二．技术标准
很早国内规范是2003年《碳纤维片材加固混凝土结构技术规程》编号：cecs146：2003；
很新国家标准规范2006年《混凝土结构加固设计规范》编号：gb 50367-2006；
很近国家标准2008年《结构加固修复用碳纤维片材》和《工程结构加固材料安全性鉴定技术规范》编号：gb/t 20490-2008；
三．产品特点：
抗拉强度：是普通钢材的10多倍；
重量：重量轻，密度只有普通钢材1/4，厚度小、不增加构件自重及体积；
耐久性：抗碱、抗腐、抗、抗疲劳，可阻抗化学和恶劣环境、气候变化的破坏。
施工方便快捷、省力节时、施工质量易于保证。
五．施工工艺：
操作流程：
施工准备----卸荷----定位放线---基底处理----涂刷底胶---修补整平----粘贴碳纤维布-
--刷二遍胶---检查验收---养护；
具体实施：
（1）混凝土表面处理是决定工程质量的关键，确保混凝土便面坚硬平滑才能充分发挥碳纤维布的共同受力。
a.被粘贴混凝土表面应打磨平整，除去表层浮浆、油污等杂质，直至完全露出混凝土结构坚硬新面。应清楚被加固构件便面的剥落、疏松、蜂窝、等恶劣混凝土，并且用修复材料将表面修复平整。转角粘贴处要进行岛角处理并打磨成圆弧状，圆弧半径应不小于20mm。
b.必要时应按设计要求对裂缝进行灌浆封闭处理。
c.混凝土表面的灰尘使用空压机、吸尘器等清理干净并用清洗剂擦净，保持干燥。
(2)加固前应对所加固的构件尽可能卸荷;
(3)涂打底胶
a.在涂打底胶之前应仔细检查混凝土表面是否经过上一道工序处理。
b.用滚筒。毛刷等工具将打底胶均匀涂于混凝土表面，待表面指触干燥后，立即进行下一道工序。
(4)修补找平：
a.混凝土表面凹陷部位应用刮板嵌刮整平胶料填平，模板接头等出现高度差的部位应用
整平胶料填补，尽量减少高差。
b.转角的处理，应用整平胶料将其修补为光滑的圆弧。整平胶料须固化后，方可再进行
下一道工序。
c.转角处也应用fe胶修补成光滑的圆弧，半径不小于10mm。
(5)碳纤维布的粘贴
a.按设计要求的尺寸及层数裁剪碳纤维布，除非特殊要求，碳纤维布长度一般应在3m之内。
b.应按产品说明书要求配置浸润胶并涂于所要粘贴的部位；
c.用专用的滚筒顺纤维方向多次滚压，挤除气泡，使浸润胶充分浸透碳纤维布。滚压时不得
损伤碳纤维布；
d.多层粘贴重复上述步骤，应在纤维表面浸润胶指触干燥后立即进行下一层的粘贴。
e.在很后一层碳纤维布的表面均匀涂抹浸润胶。
(6)粘贴碳纤维材料后，需自然养护1-2小时达到初期固化，应保证固化期间不受外界干扰和碰撞。
(7).碳纤维加固检验与验收
a、在开始施工之前，应确认碳纤维布挤配套胶的产品合格证、性能检测报告，各项性能指标符合有关规定。
b、采用碳纤维布挤配套胶对混凝土结构减小加固修复时，应严格按有关条款进行各工序隐蔽工程检验与验收。
c、碳纤维布实际粘贴面积应不小于设计量，位置偏差应不大于10mm。
d、碳纤维布与混凝土之间的粘结量可用小锤轻轻敲击或手压碳纤维布表面的方法来检查，总有效粘结不低于95％，当碳纤维布的空敲面积小于1000mm2时，宜将空敲处的碳纤维布切除，重新搭接贴上碳纤维布，搭接长度应不小于150mm。
粘贴碳纤维
确认粘贴表面干燥，施工时应保证相对湿度rh＜70%；而相对湿度rh＞70%、气温<10c0、雨天或可能结雾时不得施工。 为了防止碳纤维受损，碳纤维在运输、储存、裁切和粘贴过程中，严禁受到弯折。为防止片材在保管过程中损坏，片材的裁切数量应按当天的用量确定。 粘贴碳纤维时，应根据设计位置由上而下，由左至右有序的粘贴，并用滚筒挤压贴面，使碳纤维与碳纤维胶充分结合，同时以压板、滚筒排除气泡。 胶液的主剂和固化剂应按产品说明比例乘量准确，装入容器用搅拌器均匀搅拌。一次调和量应在可使用时间内用完。 粘贴前用滚筒刷均匀地涂抹粘贴用碳纤维胶。 粘贴时，在碳纤维和碳纤维胶之间尽量不要有空气。可用专用工具沿着纤维方向在碳纤维片上滚压多次，使碳纤维胶渗浸进碳纤维中。 碳纤维施工30分钟后，用滚筒刷均匀涂抹粘贴用碳纤维胶。 如碳纤维施工不符合质量标准，则需进行相应处理。碳纤维与混凝土之间的粘结质量，可用小锤轻敲或手压碳纤维片材表面的方法进行检查，总有效粘结面积不应低于95%。当碳纤维布的空鼓面积不大于10000mm2时，可采用针管注胶的方法进行修补；当空鼓面积大于10000mm2时，宜将空鼓部位的碳纤维片材切除，重新搭接上等质量碳纤维片材，搭接长度不小于150mm。
碳纤维加固碳纤维丝在绝氧情况下具有极佳的耐热性(可耐2000cc高温)，它的升华温度高达3650cc左右。但在有氧情况下。当温度高于400cc时即发生明显氧化。当其暴露在600cc的空气中lomin后，纤维大部分被氧化，强度下降¨。。。
(2)高温下胶粘剂的力学性能高温下结构胶粘剂达到其玻璃化温度 时，胶粘剂软化，其粘结强度显着下降。e．l．klamer 以及吴波_1 分别通过面内剪切试验研究了结构胶在一10—120oc之间其极限粘结强度随温度的变化规律。
(3)高温下cfrp材料的力学性能加拿大queen’s university的bisbyl9 在其博士论文中整理各种frp材料的高温下抗拉性能和弹性模量随温度的变化规律，并通过很小二乘回归分析，得到了一个s型函数拟合各种frp材料的高温性能，离散性较大。其中cfrp高温下的抗拉强度和弹性模量随温度变化曲线分别如图6和图7所示，比值为高温下试验值与常温下试验值之比。
2 cfrp加固构件火灾试验研究与存在的问题
2.3碳纤维布的加固原理
粘贴碳纤维结构加固技术是指采用高性能粘结材料将碳纤维布粘贴在建筑结构构件表面，使两者共同工作，以提高结构构件的承载(抗弯、抗剪)能力。用于建筑结构加固的碳纤维材料具有优良的力学性能，其抗拉强度约为普通钢材的10倍。但碳纤维材料织成碳纤维布后，碳纤维丝很难完全共同工作，在承受荷载时，各碳纤维丝先后达到抗拉极限并逐渐断裂，直至整体破坏，而使用粘结剂后，各碳纤维丝能很好地共同工作，大大提高了碳纤维布的抗拉强度。因此粘结剂对碳纤维布的加固起着关键作用。