时间：2023-10-09 16:39:49
关键词：涵洞盖板；病害，碳纤维；加固
1 前言
钦北铁路修建于上个世纪90年代，北起广西钦州市南至北海市，是西南地区货物进出口的便捷通道之一，由广西沿海铁路股份有限公司钦州工务段负责保养和维修。
在日常养护工作中，我们发现该条线路经过常年运营使用有89座涵洞的盖板出现了混凝土离析、开裂、风化露筋、钢筋锈蚀等严重病害，涵洞盖板的承载力下降。随着近年来钦北线列车轴重增大及速度的提高，该病害严重地影响到列车的行车安全，急需对发生病害的涵洞盖板进行加固处理。
2 病害产生原因
产生此类病害的原因是多方面的，主要有以下几点：（1）在涵洞建设施工时，存在质量问题，盖板钢筋保护层厚度不够，混凝土震捣不密实，经常年使用，表层混凝土容易风化脱落，形成露筋。（2）盖板防水层开裂失效，雨水不断渗入与盖板混凝土的主要成分硅酸钙发生水化反应，形成游离钙、硅酸和氢氧根，在毛细压作用下混凝土中的盐份被水带出淤积于混凝土表面，进一步与空气中的二氧化碳反应在混凝土表面结晶形成白色硬块，最后形成碱蚀。在这个过程中，如果结构存在裂缝，就会引起钢筋的锈胀，出现钢筋锈蚀的情况。（3）钦北线处于沿海地带，空气中和雨水中都含有一定的氯盐成分，盐水渗入到盖板混凝土的缝隙里，引起碱骨料反应发生盐腐蚀，加速了混凝土的离析。
3 施工方案的比较选择
对该病害的处理方法，我们提出了两种施工方案：
3.1一是在以往对钢筋混凝土结构的加固工程中经常采用的施工方法，凿除并清洗干净原有盖板混凝土表面的劣化层后，附着施工增加一定厚度的钢筋混凝土保护层或喷射钢纤维混凝土和外包钢板，从而达到加固的目的。但由于许多涵洞孔径较小，机械设备在窄小的空间内难以展开，如果采用该方法进行加固涵洞盖板工程，施工难度较大，施工人员、设备较多，预计工期需要10个月，并且新旧混凝土界面的粘结强度不高，真实的受力状况很难与设计预想相符。
3.2 二是参考国内外使用碳纤维加固桥梁的成功经验，使用碳纤维加固技术对涵洞盖板进行加固。
3.2.1碳纤维加固技术的发展：碳纤维又称增强复合材料，用于混凝土结构的加固始于70—80年代的美国、日本。日本阪神大地震及台湾“9.11”地震后，碳纤维加固技术被广泛用于震后建筑重建和补强，这些都促进了碳纤维在加固补强工程中的应用。我国在这方面起步较晚，但发展势头迅猛，进展飞快，已经有了许多桥梁加固成功的实例。如南京机场路高架桥空心板补强修复；卢沟新桥的补强修复工程等等。
3.2.2 碳纤维加固技术的工作原理、特点及优越性：碳纤维增强复合材料加固修补混凝土结构技术，是利用专门配制的粘结剂将碳纤维片粘贴在混凝土构件需补强加固部位表面，使混凝土与碳纤维片形成一体，共同工作的加固修补方式。（1）碳纤维复合材料具有优越的力学性能，其抗拉强度是普通Ⅱ级钢筋抗拉强度的10倍以上，弹模也与钢材相当；（2）碳纤维材料不与酸碱盐等化学物质发生反应，因而用碳纤维材料加固后的钢筋混凝土构件具有良好的耐腐蚀性及耐久性，适合于沿海地区空气湿度大，盐碱含量较高的特点；（3）碳纤维的单位体积重量仅为钢材的l／4左右，制成板状后，其厚度仅为1.4mm左右，几乎不增加结构自重和改变截面外形。由于碳纤维布是一种柔性材料，而且可以任意裁剪，可以有效的封闭混凝土结构的裂缝，且不改变结构形状及不影响结构外观，很适合于加固涵洞盖板这类施工面较小的工程。（4）施工简便、工序简单，由于其自重较轻，可用小型电动工具操作，操作空间要求较宽松。不像传统补强方法需要众多工种、大量劳力及大型施工设备，可以在传统技术无法施工的有限作业空间内实施。
通过对两种施工方案各自特点的研究比较，我们段技术人员认为第二种方案更加适合本次涵洞盖板加固工程。
4 施工过程
本次涵洞盖板加固工程的施工日期安排在雨季后9～12月施工，以减少雨水对工程的影响。其施工工序为施工准备 混凝土表面处理 配置、涂刷底胶 配置找平胶并找平面层 粘贴碳纤维片材 保护
4.1 施工准备 认真阅读设计图纸，根据实际情况拟定施工计划，备齐施工所需的各种材料及机具。
4.2 混凝土表面处理 清除涵洞盖板底面剥落、空鼓、蜂窝、腐蚀等劣化混凝土，露出混凝土结构层，对于较大面积的劣质层在凿除后用环氧砂浆进行修复。用混凝土角磨机、砂纸等机具除去混凝土表面的浮浆、油污等杂质，将混凝土面层打磨平整，尤其把表面的凸起部位磨平，转角粘贴处进行倒角处理并打磨成圆弧状(R≥20mm)。用吹风机将混凝土表面清理干净，并保持干燥。
4.3 配置、涂刷底胶 按主剂:固化剂=2:1的比例将主剂与固化剂先后置于容器中，用弹簧秤计量，电动搅拌器均匀搅拌，根据现场实际气温决定用量并严格控制使用时间。用滚筒刷将底胶均匀涂刷于混凝土表面，待胶固化后再进行下一工序施工。一般固化时间为2～3d。
4.4 配置找平胶（FE胶）并找平面层 混凝土盖板表面凹陷部位用FE胶填平，模板接头等出现高度差的部位应用FE胶填补，转角处用FE胶修补成光滑的圆弧，半径不小于10mm。
4.5 粘贴碳纤维片材 按尺寸裁剪碳纤维布，调配、搅拌粘贴碳纤维材料的加固专用胶（FR胶），搅拌至色泽均匀，然后用滚筒刷均匀涂抹于待粘贴的部位，在搭接、混凝土拐角等部位多涂刷一些，在确定所粘贴部位无误后剥去离型纸，将碳纤维布拉紧展平并铺在涂有FR胶基面上，用特制滚子反复沿纤维方向滚压，去除气泡，并使FR胶充分浸透碳纤维。碳纤维沿纤维方向的搭接长度不小于100mm，碳纤维端部固定用横向碳纤维固定。多层粘贴重复上述步骤，待碳纤维布表面指触干燥进行下一层的粘贴。在最后一层碳纤维的表面均匀涂抹FR胶。其厚度为1～2 mm。
4.6 保护 在加固后的碳纤维表面喷防火涂料进行保护。
5 整治效果
本次涵洞盖板加固工程经过4个月的紧张施工于2004年底完成，由于施工工艺简单，施工周期短，较原施工方案节省了大量的人力、物力，工期也缩短了6个月，施工中对线路未造成影响，保证了列车的正常运行。经过这两年多的观测，已加固的涵洞盖板未产生风化、变形及开裂等病害，碳纤维布与混凝土盖板粘结良好。盖板底面光滑平整，涵洞整体外观技术状态极佳。通过试验证明，加固后的涵洞盖板各项力学性能得到显著的提高，承载力提升了25％～30％，取得了预期设计的效果。
6 结束语
关键词：预应力碳纤维板 加固 施工工艺
中图分类号：TU757 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）07（b）-0090-01
在桥梁加固中，目前多采用非预应力碳纤维加固技术，其原理为是在结构受拉区域用环氧树脂胶粘贴碳纤维布或板，使其与混凝同受力，但该项加固工艺对碳纤维材料的利用率极低，以碳纤维板为例：其弹性模量约为170 GPa，抗拉强度约为2800 MPa，若要发挥抗拉强度则需要 1.7%的拉伸应变；而钢筋的弹性模量多为 200 GPa，抗拉强度约为500 MPa左右，钢筋屈服时拉伸应变约0.15%。当碳纤维板材与构件内部钢筋共同工作时，不考虑钢筋原有的初始应变，钢筋屈服时碳纤维板材所能发挥的强度也仅为抗拉强度的 10%，而如果在碳纤维发挥全部强度所需要的 1.7% 的应变下，混凝土结构就已经发生破坏，由此看出，碳纤维材料弹性模量与钢筋相近，但强度是钢筋的5倍，因此碳纤维材料发挥其强度时变形较大，钢筋屈服或混凝土破坏时，碳纤维的强度还没有充分发挥出来，预应力碳纤维加固技术可较好的解决这个问题，大大提高碳纤维材料的利用率。
那么，如何才能实现预应力碳纤维板的强度最大化呢？这就要求我们对碳纤维板进行预应力张拉，从而最大限度的实现强度最大化。由预应力钢筋及钢绞线张拉原理我们不难得出，碳纤维板的张拉同样需要张拉台座及相应的夹具。
1 台座和夹具设计过程中应考虑的因素
1）安全可靠。安全永远是第一位的，只有确保安全可靠才能实现利益最大化，那么就要求我们的台座必须具有足够的稳定性、满足一定的强度及刚度要求，只有这样台座才不会出现滑移及扭曲变形等情况，从而达到安全可靠的要求；而夹具的安全则表现在其应有足够的咬合力，而咬合力的实现必须要求夹具也具备一定的强度、刚度，只有这样才能保证夹具在咬合过程中的牢固性才，从而保证其安全可靠。
2）安装简便。设计的台座及夹具应方便在现场进行安装，安装时对原结 构损伤小，占用空间小，且能在狭小空间进行安装作业，这就要求我们在对台座、夹具的设计过程中应尽量选用优质钢材，且设计过程中应尽量减小截面面积，在保证安全可靠的情况下使得台座、夹具的最小化，从而间接使得安装简便。
3）经济性。经济性考虑要从台座、夹具的最小化以及碳纤维板强度的最大化入手，因为只有保证台座、夹具的最小化才能节约现场安装的简便和材料用量的最小化，间接提高经济性，而碳纤维板强度的最大化则是经济性的最好体现，因为在正常的加固施工过程中碳纤维板的用量相对较大，如果我们把其强度最大化，则变相的减少了碳纤维板的用量，从而节约了材料成本，从而实现经济利益的最大化。
4）应能实现批量生产。由于在加固过程座、夹具多永久放置在桥梁上，且每个项目的用量可能会比较大，而且从长远的观点来看，对于台座及夹具应进行批量生产，减少因单独定做而造成的资金浪费。
5）应做到标准化。由于现有的规范对于预应力碳纤维板的施工技术还没有明确的进行规范，所以作为我们企业来讲，应将其标准化，明确夹具、台座的设计、施工及各项工艺流程和标准，从而保证大家都能够按照标准化的要求进行现场的加固，为以后行业标准或国家标准的出台提供前期的技术、资料支持。
2 预应力碳纤维板要求
由于现有规范没有对预应力碳纤维板做相应的规范要求，故我们采用边试验边摸索的方式，总结成功及失败的经验，不断的积累。通过一系列的试验我们发现普通的碳纤维板在张拉的过程中易于断裂，为此，我们找了厂家前来共同查找原因，到底是我们设计问题，还是材料的质量问题，后来通过厂家的介绍后得知，普通的碳纤维板在制造过程中允许存在一定的接头，也就是说存在一定的断点，而我们在张拉的过程中则可能出现接头处应力不足，导致碳纤维板瞬间出现断裂，查找到此原因后，我们要求厂家在预应力碳纤维板支座过程中要求板材在100 m范围内不允许出现接头，从而保证在张拉过程中不出现意外断裂现象，以保证施工质量。
3 施工工艺
3.1 台座及夹具安装
在对碳纤维板进行张拉之前应确保按图施工，在安装台座和夹具之前，为了保证牢固性需要在桥梁加固部位钻孔，但为了不破坏原有的钢筋结构，在钻孔前我们先按照图纸的要求进行现场放样，同时应查阅原有的竣工图纸，大概了解钢筋的分布情况，然后用钢筋位置测定仪对各种钢筋位置进行现场标定，确保在钻孔过程中不触及到梁体的原有钢筋，从而达到钻孔要求。
3.2 碳纤维板涂胶及张拉
碳纤维板的张拉效果是决定加固效果的成败，因此，应作为重要工序进行相应的技术、组织措施，为此，应先对碳纤维板施加10%的张拉强度，对其进行初张拉，然后卸载后进行满碳纤维板涂胶处理，最后逐级进行张拉，直至达到张拉要求，最后进行超张拉，从而确保强度要求。
3.3 台座及夹具防腐处理
台座及夹具的防腐也是我们的工作重点。因为后期防腐出现问题，势必会影响造成碳纤维板预应力松弛，，为此，我们在张拉完成后应对其进行了防腐处理，以保证其长期有效工作。
从以上三个方面粗略的介绍了预应力碳纤维板在桥梁加固中的应用情况。希望通过以上几个情况的介绍让大家对预应力碳纤维板技术有个大致的了解，也为后期的市场化作铺垫。虽然说现在国内已有不少家都已研发和生产了相应的台座和夹具，但从我内心来讲是能够将该项技术真正的市场化和规范化，从而更好的为我国的桥梁维修加固工作作出应有的贡献。
参考文献
[1] 碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程（CECS 146：2003）中国工程建设标准化协会[S].
[2] 王凡.桥梁预应力混凝土施工技术及标准规范实施手册[M].吉林电子出版社，2004.
[3] 彭晖，尚守平，金勇俊，等.预应力碳纤维板加固受弯构架的试验研究[J].工程力学，2008（5）.
关键字：碳纤维布；原理；优势；施工工艺；注意事项
中图分类号：U445.7+2 文献标识码：A 文章编号：
Abstract: in recent years, China highway engineering development is rapid, after years of operation bridge diseases and carrying capacity is to reduce one. Old bridge demolish rebuild cost is higher, so the old bridge reinforcement and maintenance now has also mentioned new agenda. How to guarantee the highway engineering the bearing capacity of the bridge and the security service is we need to constantly improve now faces the task. This paper introduces the shanghai-shaanxi high-speed jiangdu to liuhe period of planning 2 road line across the bridge of carbon fibre reinforced plate beam principle, choose the advantage of carbon fiber reinforced and the construction technology, and to the key process of the construction of the note was further instructions.
Key word: carbon fiber cloth; Principle; Advantages; The construction technology; note
桥梁的生命周期都要经历建造、营运和老化三个阶段，虽然桥梁建设初期充分考虑了近、远期经济发展和社会的诸多需求，采用了当时最先进的技术和材料，但仍然难以摆脱历史的局限。随着科技的进步，车辆载重逐渐增大，车速相继提高，人们对行车的安全性和舒适性也提出了更高的要求。但早期建设的桥梁，荷载标准低，施工水平差，经过多年运营桥梁病害相继出现，因此旧桥加固和维修便成为一个急需解决的问题。
目前，世界上发达国家都投入了不小的人力和物力进行旧桥加固技术研究，在兴建新桥的同时，仍然十分重视旧桥的利用价值。我国现时期正在大力发展基础设施，资金需求量大，如果选择老桥拆除重建不仅需要大量资金，同时也有悖于我国桥梁建设的可持续发展。下面以邗江二标规划2号路主线上跨桥为例介绍碳纤维布在老桥板梁加固与维修中的应用。
1、 工程概况
江六高速邗江二标规划2号路主线上跨桥位于扬州市汊河镇境内，为3孔10+16+10m先张法预应力空心板简支梁桥，东西向跨越城市道路银柏路。本桥为原宁通高速公路项目跨线桥，历经年限已久。经检查该桥整体刚度较好，过重车时有轻微振动，支座、桥面及附属构造物未见明显病害，主要病害见下表：
编号 位置 病害描述
1 右幅1-5#梁 底板熏黑1处
2 梁体 混凝土破损2处
3 梁体 露筋锈蚀3处
4 左幅0#台 护坡沉降1处
5 第1、3跨边中、板，第2跨内边板 底面出现裂缝，承载能力不足
2、 加固措施及建议
对小型病害进行维修处理，对发生沉降的护坡进行空洞灌浆处理，对承载能力不足的空心板底部进行碳纤维布粘贴加固处理。
3、 碳纤维布加固原理及优势
碳纤维是一种新型材料，由环氧树脂粘高抗拉强度的碳纤维束而成。具有高强、轻质、耐腐蚀以及施工简便等优点而成为旧桥加固的理想材料。碳纤维布粘贴加固方法是按构件的不同受力特点，用粘结材料将碳纤维布粘贴于构件表面，使两者共同工作，从而实现对构件变形的约束并由此提高构件的承载能力的一种加固方法。 此种加固法在增强板梁抗弯刚度、增强板梁底面抗拉性能、减少板梁挠度和约束板梁底部及侧面混凝土裂缝扩展方面作用明显。
规划2号路主线上跨桥板梁加固选择此种方法主要是基于碳纤维布质轻、高强（约为普通钢材的10倍）、耐腐蚀、施工方便快捷的优势。此外，由于碳纤维布质轻且很薄，加工裁剪也方便，故碳纤维布拥有了随结构外形随意变化的特点。当所加固的结构部位外形比较复杂，碳纤维布就可发挥此种优势，解决这种疑难问题。碳纤维加固法是一种无损加固法。如果采用外包混凝土或者粘贴钢板加固，其施工难度会很大，造价也高，且这两种方法还会增加梁体自重并可能会对原结构造成进一步的损伤。总之，选择碳纤维加固法，降低了规划2号路主线上跨桥梁板加固造价，减小了施工难度，缩短了施工时间，也就降低了桥下银柏路半幅交通封闭时间，减小了此处施工的安全隐患。
4、 碳纤维加固施工工艺
4.1、施工材料及用具
主要材料：碳纤维底胶A、B组分，碳纤维浸渍液A、B组分，CS-300型碳纤维布（幅宽25cm、厚度0.167mm、抗拉强度标准值3500MPa）。
辅助用具：专用滚筒，刮板，毛刷，角向磨光机，剪刀，凿子，台秤，丙酮，支架。
4.2、施工流程
4.3、操作方法
4.3.1、板梁底砼基底处理
①将板梁底部混凝土表面的粉尘油污擦洗干净；将残缺、破损部位清除干净，用环氧砂浆填平；清除表面劣化层及尖锐凹凸的砼；检查有无外露钢筋及是否锈蚀，对锈蚀的钢筋进行除锈防腐处理，并用环氧砂浆填补露筋部位的空洞，保证钢筋保护层不小于15mm。②对板梁底部的横向裂缝进行修补。对于小于0.15mm宽的裂缝使用环氧树脂在表面反复涂抹封缝；对于大于0.15mm宽的裂缝进行灌浆封缝处理。
4.3.2、涂刷碳纤维底胶
①根据标准用量，算出所涂布面积的底层树脂用量，视现场气温等实际情况，确保在试用期内一次完成，按A组分：B组分为2：1的比例配胶，用电动搅拌器搅拌均匀。②用滚筒刷或毛刷均匀、无遗漏地将底胶涂在需补强的砼表面，涂刷范围应不小于所需粘贴的碳纤维布范围。③待底胶凝胶至指触干燥（经验值一般为1小时左右）后，如发现表面有凸起毛刺，应用纱布打磨光顺，注意不要将底胶层打穿。如有打磨穿的局部应重复操作步骤。
4.3.3、修整找平层
碳纤维布只有与所加固补强的砼表面紧密接触才能产生良好的效果。但是砼表面的锐利突起物、错位和转角部位等都可能使碳纤维布产生损伤，并引起强度降低。而砼表面小的模板错位及砼气孔很难通过基底处理一道工序彻底清理。因此在所涂底胶指触干燥后（视气温情况，经验值一般为1小时左右），必须用找平胶进行找平。同时将矩形断面直角打磨后补成圆弧状。
4.3.4、涂刷碳纤维浸渍液（面胶）
①按A组分：B组分为2：1的比例配制面胶，用电动搅拌器搅拌均匀。②用滚筒刷或毛刷均匀、无遗漏地将面胶涂在已经涂刷底胶的砼表面，涂刷范围应不小于所需粘贴的碳纤维布设计范围。
4.3.5粘贴纤维布
①在前4道工序之前，按设计要求的尺寸裁剪碳纤维布，注意不要在幅宽方向进行裁剪。②涂刷碳纤维面胶的同时，随即把裁剪好的碳纤维布粘贴在设计部位。然后用专用棍子沿碳纤维布的受力方向来回滚压，挤出气泡。③待指触干燥后，再涂刷一层配制好的浸渍液，来回滚压使面胶充分渗入到碳纤维布中去。④待面胶指触干燥后，表面做一层保护层（防火涂料或水泥砂浆）。
4.3.6、养护
粘贴碳纤维布后，需自然养护24小时达到初期固化，初期固化前应免受外力硬性冲击等干扰。每道工序施工过程中及完工后，均应采取适当措施保证不受污染或雨水侵袭。一般常温时，自然养护1-2周即可达到设计抗拉强度。
5、 碳纤维布施工质量控制及注意事项
5.1、为了保证使碳纤维布与混凝土表面充分粘结好，施工前必须保证将砼表面灰尘、油污清除干净。
5.2、涂刷底胶、面胶前务必对基底进行处理，修补蜂窝、麻面、空洞及混凝土松散或缺损的部位，并对锈蚀钢筋进行除锈、防锈处理。
5.3、底胶和面胶配胶时，要严格按照A：B组分2：1的设计比例进行配胶。
5.4、碳纤维布施工要在气温5℃以上、相对湿度RH
5.5、碳纤维底胶和浸渍液的涂刷厚度应均匀，范围应大于碳纤维布的设计粘贴范围。此外要准确把握涂胶和贴纤维布等不同工序间的间隔时间和其它技术要求。
5.6、一般碳纤维材料织成碳纤维布后，其中的各纤维丝很难完成共同工作，但使用粘结剂后，各纤维丝却能很好的共同工作，大大的提高了纤维丝的抗拉强度。所以要使碳纤维布充分发挥其抗拉性能，要务必确保粘结剂底胶和面胶均匀、充分的浸渍到纤维布中去，来确保碳纤维布与混凝土的剪力传递。
5.7、碳纤维布为纵向抗拉，故要准确把握好碳纤维布的粘贴方向。需要搭接时要保证搭接长度在10cm以上，且此处应多涂刷粘结胶，横向不需要搭接。
5.8、碳纤维布为导电材料，使用时应远离电气设备和电源。同时，使用时应避免碳纤维布弯折断丝降低其抗拉性能。
6、结论
通过对规划2号路主线上跨桥板梁的碳纤维加固施工，深深地体会到碳纤维加固技术的优越性。碳纤维布裁剪方便，在支架遮挡处可以随意穿行，施工非常方便。该项施工，在确保安全的前提下仅使用了简单的支架搭设就完成了碳纤维布的粘贴。从开工到结束仅4天的时间就全部完成了264m2的碳纤维布粘贴，工程总费用仅约13万。另外，从2011年4月份加固后到现在，在梅雨季节高温、潮湿等恶劣天气的影响下未见一处被腐蚀，未见一处碳纤维布脱落、断丝或老化。碳纤维布与混凝土的粘结力度和剪力传递能力也很好，梁体承载能力明显增强。由此可见，碳纤维布加固桥梁技术的优势很明显，应用前景非常广泛。
参考文献：
[1]王英才等.公路桥涵养护规范（JTG H11-2004）,人民交通出版社,2004.9.
[2]徐洪平.碳纤维布加固混凝土结构的原理与施工技术探讨.
[3] 沪陕国家高速公路江都至六合段邗江二标施工图设计.
【关键词】空心板梁；裂缝处理；碳纤维布
随着我国交通运输的发展和通行荷载等级的提高，大量现役桥梁需要进行承载力提升和维修加固。本文着重于分析粘贴碳纤维加固空心板梁的加固效果。力求能够在现实中为空心板梁裂缝的情况出现时对其进行更好的处理，提供理论依据。
1、裂缝的处理
1.1裂缝封闭处理
在裂缝的封闭处理方面，本文主要以相关的混凝土建筑为工程实例，其对于混凝土表层徽细独立裂的缝裂缝宽度或网状裂纹，完全可采用表面封闭，具体方法为，先用钢丝刷清除缝口，之后。表面封浆并打毛，然后用压缩空气，在吹尽缝口浮尘后，继续用工业丙酮对其进行清洗、缝口，最后，刷上两层XH7307A/B裂缝封闭胶进行裂缝封闭。这就基本是对裂缝进行封闭处理的基本过程。
不同裂缝宽度、不同对待。对于裂缝宽度0.15mm
1.2底板纵向裂缝维修处治技术
底板纵向裂缝的出现很有可能直接影响空心板梁桥结构的使用性能，与此同时，其具体的通行能力也会受到极大的限制，毫无疑问，这对于公路交通运输的安全和效率而言，会产生巨大影响。因此，在现实情况中，底板纵向裂缝病害就应该引起交通主管部门、设计部门和养管部门的高度重视，而从现实来看，笔者认为，想要更好的保证桥梁结构的安全运营，就必须要消除底板纵向裂缝对板梁桥结构受力和使用性能的不利影响，而在这一种具体的方法选择方面，我国近些年来出现了多种方法，也针对其具体情况。采取了多种处治措施，而在这其中，就主要包括这表面修补法、压力灌缝法、嵌缝修补法、碳纤维粘贴加固法、钢板粘贴加固法多种方法，另外，在这其中甚至还包括着并不常用的体外预应力加固法等，可以说，这些防范都被用到了底板纵向裂缝的这一问题上，但是从其具体的效果而言，其往往并不尽如人意。这也是因为，虽然这些方法都具备着一定的先进理念，同时也具有着别的方法难以企及的优点，但是，从实际情况来看，这些方法都有着各自的适用领域。这就需要相关人员能够针对空心板梁桥底板纵向裂缝的分布性状、板梁底板厚度不足及板梁自身渗漏水等等实际情况方面，对其进行综合考虑。
1.3底板纵向裂缝维修处治基本原则
在这一方面，本文主要以长春市亚泰大街段的立交桥为主要的实例，其在使用的过程中，出现了底板纵向裂缝的情况，这也就导致相关部门与2010年对该立交桥其中一段裂缝情况出现的较为严重的地区进行了维修、处治。在这里，笔者通过多方面途径，对其进行了了解，并得出了一定的经验，那就是在对这一类型的底板纵向裂缝的情况进行维修，必须在实际情况中，遵循以下基本原则：①标本兼治。所谓标本兼治，就是必须要注意到其具体的实用性。这就需要在实际的维修过程中，尽可能地消除或减少诱发底板纵向裂缝的因素，以此来避免维修处治后原有裂缝的加剧以及新的裂缝产生。另外，相关人员还应确保维修处治后板梁桥结构承载力、耐久性以及防渗漏等功能有所提高。其次，具体的维修过程还需要注意降低对板梁造成的损伤的问题，这就说明相关人员应该尽量避免大修大补，尽可能保持结构的原貌，这也是为了与“标本兼治”的原则保持统一。再次，在维修处治技术防护方面，施工应该要简便、安全可靠、适用耐久以及经济合理。这也是对其进行维修的最基础的条件之一。最后，相关人员应该尽可能避免或减小对桥面现有交通的影响。
2、碳纤维布补强
2.1碳纤维布复合材料
想要完成碳纤维布的补强措施，主要就应该注意碳纤维布材料的选用，据此，笔者得出结论，那就是应该对碳纤维布复合材料进行分析。碳纤维片材料在现实情况中，应该要采用进口优质针织单轴向的碳纤维布，且带有一定的玻璃纤维贴面。而从基础的角度来看，粘贴碳纤维布所用的胶粘剂，必须完全是与所用的碳纤维布相匹配的进口品牌优质A级改性环氧树脂类底胶、修补胶，这样，其具体的材料安全就能够得到保证。另外，碳纤维布的符合材料，还需要持有国家建设主管部门的审查合格证。这一点也是十分重要的。当碳纤维布与其他改性环氧树脂类胶粘剂进行配套使用时，其也必须要满足设计指标和国家标准《混凝土结构加固设计规范》的具体要求.
2.2碳纤维布补强施工
2.2.1施工前准备。在进行具体的补强施工之前，必须对其进行准备。首先，在施工前，应该对粘贴部位混凝土的表层含水率进行测量，同时，还需要对其具体所处环境的温度进行测量，这都是十分重要的，而无论是含水率还是具体的温度，都是同等重要的，需要被直接注意的，一旦发现其超过了具体的标准，就应该在实际中，采取相关的措施，只有在其达到了相关要求后，相关人员才可以继续施工。另外，在施工前，相关人员应该按照事先设计好的设计图纸，在加固部位放线定位。这就基本完成了整个碳纤维布补强的施工前措施。
2.2.2棍凝土表面处理。混凝土表面处理也是十分重要的，首先，应该在实际的工作中，清除被加固构件表面的剥落、疏松、蜂窝、腐蚀等劣质混凝土，以此来露出混凝土结构层，其后，相关人员也并不能，满足于这一点，还应该在在露出混凝土结构层之后，用修补胶将表面修复平整，以此来保证混凝土保护层厚度不会小于具体的标准。之后，经过了这样的处理，相关人员还需要进一步的针对粘贴混凝土表面的问题，进行下一步工作，首先，应该将粘贴混凝土表面打磨平整，除去表层浮浆、油污等杂质，这样做是为了使礴出集料新面能够完全的、平整的被打磨出来。而后，其具体的构件转角，相关人员也应该对其进行细致的打磨，将其打磨成圆弧状，而具体的半径也不能弱于一定的标准。在表面被打磨以后，相关工作人员还需要注意一点，那就是必须用强力的吹风器，将表面粉尘彻底清除。这样，就基本完成了混凝土的表面处理。
2.2.3涂刷底胶。涂刷底胶这一步，也是十分重要的工作步骤之一。首先，工作人员就应该按照所选粘结剂供应商的产品说明书，对底胶进行配置。这样，在涂刷底胶时，丙酮就能够得到更好的应用，将其应用在擦净混凝土的表面上，这对于碳纤维布补强而言，是最基础的步骤之一。
3、结束语
综上所述，对于我国而言，混凝土结构在使用中，往往会由于种种原因产生病害，这在本文所列举的工程实例中就能够看到了。而为了达到安全、经济、的相关目的，我们就必须对混凝土结构产生的病害进行加固处理。对于空心板梁裂缝的这一问题，包括采用手工操作的碳纤维布加固问题，都需要在实际情况中，被相关人员所重视起来。
参考文献：
[1]周里鸣.多跨连续预应力混凝土薄壁空心板桥病害原因研究[D].长沙：湖南大学，2007.
[2]周志祥.预应力混凝土空心板桥纵向裂缝分析[J].重庆交通学院学报，2005，24（2）：8-11.
[3]赵卫国.先张法预应力混凝土空心板梁纵向裂缝分析[J].公路，2006（10）：52-53.
【关键词】碳纤维增强复合材料；建筑工程；施工
在建筑工程中，使用碳纤维材料的主要作用在于加固结构，该材料的使用可以促使工程承载能力大大提升，或者促进工程承载功能的改善，目前在建筑施工中的有所应用。在施工中常应用到的碳纤维材料包括碳纤维网格、碳纤维板、碳纤维条带、碳纤维布等。在加固过程中，要以加固方法、加固部位、加固能力等因素为依据，对材料进行选择。若加固构件比较复杂，则需选择强度较高的碳纤维布，如果加固方法为嵌入式加固，则需选择碳纤维条带或者碳纤维板[1]。在柱加固、平板加固中，需选用柔性挪摹＝ㄖ工程结构不同，对碳纤维增强复合材料的选择也不同，在材料使用过程中，要充分考虑到施工性能、耐久性能、力学性能等因素，确保碳纤维增强复合材料复合施工要求。
一、碳纤维增强复合材料的特征
目前，在建筑工程施工中，碳纤维增强复合材料的使用逐渐增多，该材料的主要特征为纤维增强，产品形式较多，包括网格材、模压型材、拉挤型材、筋材、片材、格栅，其中片材包括纤维板、纤维布两种，应用最多的是纤维布，在结构工程加固中非常受用，在使用之前，无需浸润树脂，加固过程中，经树脂浸润后，可于结构表面进行粘贴。
（一）具备耐腐蚀性
碳纤维增强复合材料具备耐腐蚀性的特征，在潮湿、氯盐、碱、酸性环境中均可被使用，该材料在海洋工程、化工建筑等工程中适用，其腐蚀性已经被得到验证。针对近海地区、寒冷地区的建筑，可将碳纤维增强复合材料应用于其中，能够对空气内盐分腐蚀起到抵抗作用，促使结构维修费用减少，可将结构使用寿命延长[2]。
（二）拥有良好的比强度
所谓比强度较高，也就是指轻质高强，碳纤维增强复合材料可将结构自重减轻，在建筑工程施工中，若采用传统材料施工，则会降低大跨度空间结构体系理论极限跨度，另外，该材料还能够被应用于抗震结构内，因其可将结构自重减轻，从而促使地震作用减小，提升建筑结构的安全性与耐疲劳功能[3]。
（三）弹较好 可应用于特殊场合
碳纤维增强复合材料的弹较好，应力应变曲线与线弹性接近，即便因偶然超载出现变形，也可自行恢复。另外，该材料还拥有良好的隔热、绝缘等功能，在特殊场合中受用，包括医疗核磁共振设备、地磁观测站、雷达站等。
（四）设计性强
在建筑施工中，以工程所需的纤维含量、材料性质、铺设方式等为依据，需选取不同设计的材料，碳纤维增强复合材料属于人工材料，其设计性比较强，针对建筑功能的特殊要求，可采用不同的设计方法，设计比较灵活。
与传统结构材料相比，碳纤维增强复合材料主要是各向异性材料，材料的弹性模量、纤维方向强度非常高，垂直纤维弹性模量、方向强度低，会导致碳纤维增强复合材料设计难度、结构分析难度增加。该材料在弹性模量上与木材、混凝土的数量级基本一致，其设计主要为变形控制，与钢材相比，该材料的弹性模量要低，可将混凝土与碳纤维增强复合材料相组合，对结构变形进行控制，可弥补刚度不足的缺陷[4]。
碳纤维材料的层间拉伸强度、剪切强度低于抗拉强度，在结构设计过程中，需将连接减少，同时还需注重对连接进行设计。通常而言，碳纤维增强复合材料并不具备良好的防火性能，在高温情况下，树脂会渐渐软化，可降低树脂的力学性能。现阶段，可将阻燃剂加入材料中，使材料的抗火性能大大提升，除此之外，工作环境、初始缺陷会对该材料的抗疲劳性能产生较大影响。从经济的角度上而言，碳纤维材料的价格比较昂贵，不过该材料具备耐腐蚀、自重轻、可减少维修次数等特征，应用价值更高[5]。
二、碳纤维增强复合材料在建筑工程中的具体应用
本文以某建筑施工情况为例，分析碳纤维增强复合材料在建筑工程中的具体应用。在该施工工程中，碳纤维增强复合材料的主要作用为加固，在混凝土结构加固、钢结构加固修复中发挥了重要作用。
（一）材料在加固混凝土结构中的应用
①混凝土缠绕。利用碳纤维布，对加固混凝土进行缠绕，可达到混凝土加固的目的。对混凝土进行约束，能够促使其变形能力、强度的提升，还可将混凝土柱的抗剪能力提升。截面形状与碳纤维增强复合材料对混凝土柱的约束效应两者间存在较大关联，针对矩形截面柱，其承压能力非常有限，提高幅度不大，不过可提高其抗剪能力、变形能力。在加固过程中，通过处理截面形状，使其有一定弧度，能够促使结构受压能力提升[6]。碳纤维增强复合材料将混凝土柱缠绕起来，能够改善结构延性。
②将碳纤维增强复合材料粘贴于受拉面。将该材料粘贴于板、梁的受拉面，有利于促进受拉承载力的提升，不过值得注意的是，当受拉钢筋屈服后，该材料才能够充分发挥受拉作用，然而在这一阶段，板、梁挠度已经非常大，因此，碳纤维片材只可作为安全储备。碳纤维增强复合材料片材受到受弯加固作用的影响后，可能会发生剥离破坏现象，为此，可将碳纤维条带粘贴于梁侧面，便于对梁腹配筋不足从而引起的缝隙进行控制，在板、梁加固中均可被应用。目前，碳纤维增强复合材料在混凝土结构中的应用较多，不过其中也存在一些问题尚未解决，例如疲劳性能、环境影响、粘接性能、防火问题等。
（二）材料在钢结构加固修复中的应用
在钢结构加固修复过程中，可利用碳纤维增强复合材料，取得较好的加固修复效果。选取钢结构损伤部位，将纤维板粘贴于该部位，对钢结构受力性能具有改善作用，把纤维板粘贴于梁受拉面，可促使结构的抗弯刚度、承载力大大提升，这种方法非常有效。将片材粘贴于梁腹板部位，可使抗剪承载力提升，若钢结构发生疲劳损伤，利用碳纤维材料进行加固，可使剩余疲劳寿命提升，可将纤维布于钢管柱上缠绕，有利于防止局部失稳的现象发生，对抗压承载能力的提升非常有利。
①加固受拉构件
利用碳纤维增强复合材料对受拉构件进行加固，可促使钢构件极限荷载能力提升，脱胶程度、脱胶位置不同，极限承载力也存在差异，在受拉构件中，需充分发挥粘胶剂的作用，在粘贴过程中，沿着柱子环向粘贴，可取得较好的粘贴效果，能够提高极限承载力，提高幅度在15%至18%间，且不会出现剥离现象，材料也不会发生断裂。碳纤维增强复合材料的使用能够延长钢结构剩余疲劳寿命，加固效果非常显著。经材料加固后，钢结构原来的受力状态会产生一定变化。钢结构、碳纤维材料间胶层存在正应力或者剪应力，针对不连续区域，可能会出现漏胶、损伤裂纹等情况，胶层正应力、剪应力均有应力集中，可破坏胶层。要想防止胶层出现剥离破坏的情况，则需将碳纤维板材料两端做成45度角，可将胶层应力减少。
②加固受弯构件
针对不存在初始损伤的钢梁而言，采用碳纤维增强复合材料给予加固，不会对其刚度造成太大影响，不过可提高承载能力。利用碳纤维材料采取加固措施，钢梁、材料受损部位出现剥离破坏后，会导致损伤变得更加严重，剥离破坏现象会加重，因此，要对材料合理使用，充分利用与发挥该材料的高强性能，提高极限承载力，预防剥离破坏的发生。
（三）碳纤维增强复合材料的空间结构
碳纤维增强复合材料具备耐腐蚀、轻质等特征，在大跨度空间结构中可被应用，可将该材料制作为杆件，在网壳、网架结构中应用，不过碳纤维材料在应用过程中，节点处理难度较大、弹性模量低，为此，其优势难以发挥。现阶段，带有铝合金结构的碳纤维材料被开发，在空间网架结构中的应用效果较好，该材料的使用可将施工周期缩短，具有良好的耐腐蚀性，不会增加维护费用，在环境恶劣、超大跨度的工程中受用。
碳纤维增强复合材料可制作为夹芯板、波纹板、空心板，组成不同形状的空间结构，在娱乐设施、雷达天线罩、厂房等建筑结构中可被应用，建筑施工难度不大，易成形，具备良好的保温效果。
三、建筑施工对碳纤维增强复合材料性能的要求
针对建筑施工的特征而言，在碳纤维增强复合材料的选择中，要注重材料性质符合施工特征，碳纤维增强复合材料必须具备三个特征，分别为施工性能、耐久性能、力学性能。就材料的力学性能而言，碳纤维材料必须要有足够强度，不易受到外界作用的影响，因碳纤维材料具备高强性能的特征，一般而言，能够满足建筑施工的要求。另外，从耐久性能上看，碳纤维复合材料对自然界因素可起到良好的抵抗作用，且在使用期间，结构设计也不会产生变化。使其设计能力得以保持。从施工性能上看，在现代建筑施工中，将碳纤维复合材料应用于其中，可使结构材料的耦合效应、适配效应相结合，确保施工工艺的提升。
碳纤维复合材料在提高建筑结构承载能力、建筑结构加固中均可充分发挥作用，能够促使承载性能得以改善，值得注意的是，加固方法、加固位置不同，其加固效果也存在差异，若建筑承载力需提升，则需选择强度较高的材料（碳纤维布），若建筑刚性需提升，则选用碳纤维板。新的建筑工程会根据施工要求选择材料。针对面临腐蚀风险的建筑，可选用碳纤维筋，达到控制钢筋结构损害的目的，提升钢结构的可靠性、稳定性，促使结构使用寿命延长。碳纤维增强复合材料的使用能够使钢筋使用数量减少，将操作流程简化，提升结构抗拉力功能。
碳纤维材料的抗疲劳、耐腐蚀、低松弛特征显著，选取预先制作的碳纤维管，将混凝土浇筑于该构建中，能够促使混凝土变形能力、强度提升，预防碳纤维材料管发生屈曲破坏的现象，增强结构的受力性，在建筑工程中非常受用。
结束语：
碳纤维增强复合材料具有较多的优势，例如抗腐蚀、施工性能良好、力学性能稳定，不过从目前总体使用情况上看，该材料在建筑工程中的使用并不多，究其原因，主要在于价格昂贵，购买需要较多的资金。伴随科学技术的不断进步与发展，复合材料技术会逐渐提升，碳纤维材料价格也会有所降低，该材料在建筑工程中有着较高的应用价值，在未来还将出现更多相关的应用，例如复合材料棒、碳纤维增强混凝土等，上述材料的使用能够大大提高建筑工程的稳定性与安全性，充分发挥建筑材料的作用，提高建筑质量。
参考文献：
[1]朱显巨，钱国芬，茹建中.浅析碳纤维增强复合材料在建筑工程中的应用[J].中华民居（下旬刊），2014（05）：148.
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[4]李瑞杰，何安荣，徐超，林松.碳纤维增强复合材料结构阻尼性能研究[J].宇航材料工艺，2012（04）：64-67.
[5]宁素娟，王帮峰，卢吉云等.基于碳纤维增强复合材料的柔性蒙皮性能研究[J].兵器材料科学与工程，2011（01）：5-9.
【关键词】碳纤维;加固技术;土建工程;应用
1.碳纤维加固技术的优点
(1)高强高效。由于碳纤维材料优异的物理力学性能，在加固修补混凝土结构中可以提高混凝土结构及构件的承载力和延性，改善其受力性能，达到高效加固修补的目的。
(2)施工便捷，工效高，无湿作业，不需大型施工机具，施工占用场地少。根据有关统计资料，同为粘贴加固工法，粘贴碳纤维材料是粘贴钢板施工工效的4-8倍。
(3)具有极佳的耐腐蚀性能及耐久性。试验表明，碳纤维材料加固混凝土结构有良好的耐腐蚀性和耐久性，可以抗御建筑物经常遇到的酸、碱、盐对结构物的腐蚀。
(4)适用面广。粘贴碳纤维材料加固修补混凝土结构可广泛适用于各种结构类型(如建筑物、构筑物、桥梁、隧道等)、各种结构形状（如矩形、圆形、曲面结构等)、各种结构部位(如梁、板、柱、节点、拱、壳、墩等)的加固修补，且不。
(5)改变结构形状，这是目前任何一种结构加固方法所不可比拟的。尤其重要的是，对于一些大型桥梁桥墩、桥梁、桥板以及隧道、大型筒体及壳体结构工程等，采用旧的加固手段几乎无法实施，而采用该项加固技术都能顺利解决。
(6)施工质量易保证。由于碳纤维材料是柔性的，即使被加固的结构表面不是非常平整也基本可以达到100％的有效粘贴率，而粘贴钢板则很难达到100％的有效粘贴面，相应的验收标准也只要求其达到70％就可以了。
2.施工工序概述
一般工艺流程为卸荷一基底处理一涂底胶一找平一粘贴一保护。在实际施工中，要考虑施工环境因素，加固中应进行卸荷。加固前先将板面粉刷层及板面杂物清除，应先凿开保护层直至结构层基面，方可进行下一步处理。基本施工步骤：
(1)基底处理：混凝土表面出现剥落、空鼓、蜂窝、腐蚀等劣化现象的部位应予以凿除，对于较大面积的劣质层在凿除后应用环氧砂浆进行修复。混凝土角磨机、砂纸等机具除去混凝土表面的浮浆、油污等杂质，构件基面的混凝土要打磨平整，尤其是表面的凸起部位要磨平，转角粘贴处要进行倒角处理并打磨成圆弧状(R)ZOmm)。风机将混凝土表面清理干净，并保持干燥。
(2)涂底胶按配合比主剂二固化剂一3：1配置底胶。将主剂与固化剂先后置于容器中，用弹簧秤计量，电动搅拌器均匀搅拌。根据现场实际气温决定用量并严格控制使用时间，一般情况下20-50mim内用完。将底胶均匀涂刷于混凝土表面，待胶固化后(固化时间视现场气温而定，以指触干燥为淮)再进行下一工序施工。一般固化时间为6-24h。
(3)找平混凝土表面凹陷部位应用修补剂填平，模板接头等出现高度差的部位应用修补剂填补，尽量减小高度差。转角处也应用修补剂修补成光滑的圆弧，半径不小于20mm。待修补剂表面指触干燥后方可进行下一步工序。
(4)粘贴：按设计要求的尺寸裁剪碳纤维布。调配、搅拌粘贴材料粘结剂(使用方法与底胶相同)，然后均匀涂抹于待粘贴的部位，在搭接、混凝土拐角等部位要多涂刷一些。涂刷厚度要比底胶稍厚。严禁出现漏刷现象，特别注意要粘贴碳纤维的边缘部位。粘贴碳纤维布，在确定所粘贴部位无误后，用特制工具反复沿纤维方向滚压，去除气泡，并使粘结胶充分浸透碳纤维布；并用刮板刮涂碳纤维布表面粘结胶，使之均匀。多层粘贴应重复上述步骤，待碳纤维布表面指触干燥方可进行下一层的粘贴。在最后一层碳纤维布的表面均匀涂抹粘结胶。用工具反复沿纤维方向滚压，并用刮板刮涂碳纤维布表面粘结胶，使之均匀。碳纤维布沿纤维方向的搭接长度不得小于200mm。
(5)保护：加固后的碳纤维布表面采用抹灰或喷防火涂料进行保护。
3.质量控制要点
(1)施工之前，应确认碳纤维片材和配套树脂类粘结材料的产品合格证、产品质量出厂检验报告，各项性能指标符合规定要求。
(2)按规定进行各工序隐蔽工程的检验及验收，如施工质量不满足规范要求，要立即采取补救措施或返工。
(3)碳纤维片材的实际粘贴面积不应小于设计面积，位置偏差不应大于10mm。碳纤维片材与混凝土之间的粘结质量，可用小锤轻轻敲击或手压碳纤维片材表面的方法检查，总有效粘结面积不应低于95％。当碳纤维布的空鼓面积小于100cm2时，可采用针管注胶的方式进行修补。空鼓面积大于100cm2时，宜将空鼓处的碳纤维片材切除，重新搭接贴上等厚的碳纤维片材，搭接宽度不小于100m。
(4)粘贴面是否按要求处理、胶配比是否准确、是否搅拌均匀、胶是否将碳纤维布完全浸透决定了粘贴效果的好坏。
(5)粘碳纤维布构造措施宜满足GB50367-2006混凝土结构加固设计规范的有关规定。
(6)冬季气温低时，A组分偶有结晶变稠现象，只需对A胶水浴加热至50℃左右，待结晶消除搅匀即可，对胶性能无影响。
(7)推荐的搅拌时间应予以保证，冬季施工应再延长3min；A，B胶配胶工具不得混用；包装桶内一次用不完的胶注意重新盖严密封贮存。
(8)施工场所平均温度低于0℃，可采用碘钨灯、电炉或水浴等增温方式对胶使用前预热至30℃～50℃左右使用，应注意不得让水混入桶内。施工场所平均温度低于-5℃,建议对粘贴部位也加温至0℃以上，并维持24h以上。
(9)结构胶完全固化后为无毒级材料，但未固化前个别组分对皮肤、眼睛有刺激性，而且胶固化后也不易清除，所以施工人员应注意适当的劳动保护，如配备安全帽、工作服、手套等。人体直接接触后应用清水冲洗干净。
(10)周围环境温度越高，每次配胶量越大，可操作时间越短；预估适用期内的每次配胶量，以避免不必要的浪费。
(11)碳纤维布使用中易产生线屑、毛羽，若附着皮肤会产生刺激而瘙痒，若吸入会引起喉咙、气管、肺的伤害；施工时最好着工作服、手套、口罩、护目镜等；施工完毕用肥皂水将外漏部位清洗干净；碳纤维有导电性，不要与电源接触；浮游在空气中的线屑、毛羽也可能造成短路和电器故障；场所宜适当通风。
4.碳纤维工程技术特点评价
加固结构作为二次组合结构，是通过新旧两部分整体工作，提高建筑的承载能力，与传统的加大截面法、外包钢板法、缠绕钢丝法、预应力法相比，碳纤维加固砼技术无须对砼结构打孔穿洞，不会造成结构加固损伤，不用担心由于结构新旧结合处应力集中而减弱加固效果。与较为先进的粘钢板加固技术相比，碳纤维加固不需要施工功效较高。与玻璃纤维、尼龙纤维加固技术相比，由于碳纤维的比模量、比强度较高，柔韧性、耐腐蚀、抗老化性较好，使得碳纤维加固构件的延性改善程度较高，适用范围较广，利用年限较长。
论文摘要:桥梁工程在使用过程中会由于种种原因产生病害 ,为了达到安全、经济和适用的目的,必须对产生的病害进行结构补强。介绍用碳纤维布和碳纤维棒材对桥梁结构进行补强加固的一种方法，包括碳纤维布和碳纤维棒材的特点和用于加固桥梁的技术特点、补强适用范围、补强施工要点等。本文试图从碳纤维的特性分析出发，论述了碳纤维加固技术在桥梁结构建设中的应用。
自上世纪七十年代末初期，欧洲进行纤维增强复合材料（FRP）在土木工程应用研究以来，具有极好的比强度和比刚度、优秀耐腐蚀性的纤维增强复合材料已广泛用于混凝土结构的粘贴加固工程，形成了纤维增强复合材料补强加固已有混凝土桥梁的新技术，其中碳纤维增强复合材料（CFRP）应用更多。混凝土桥梁结构的粘贴碳纤维板技术在加固中具有不中断交通，且工期短，人工少的优点。所以扩展该项技术开展了配有大偏心CFRP体外束预应力混凝土连续梁桥体系应用研究，是本世纪新型桥梁建设方向之一。
一、碳纤维材料的基本特性
碳纤维增强复合材料补强加固所采用的基本材料是高强度或高弹性模量的连续碳纤维，单向排列成束，用环氧树脂浸渍固化的碳纤维板或未经树脂浸渍固化的碳纤维布，统称碳纤维片材。将片材用专门配制的粘贴树脂或浸渍树脂粘贴在桥梁混凝土构件需补强加固部位表面，树脂固化后与原构件形成新的受力复合体，共同工作。
1、碳纤维片材。
片材碳纤维材料的拉伸强度在（2400～3400）MPa之间，与普通碳素钢板拉伸强度为240MPa相比，片材的拉伸强度很高。
片材碳纤维材料的弹性模量依片材力学性能不同，碳纤维片材依力学性能分成高模量、高强度和中等模量三类。高模量碳纤维片材的弹性模量较高，但其伸长率较低。
相比之下，碳纤维片材的单位重比钢材低许多，说明碳纤维片材较轻。碳纤维的化学结构稳定，本身不会受酸碱盐及各类化学介质的腐蚀，有良好的耐寒和耐热性。
2、配套树脂类粘结材料。
混凝土结构加固修补配套树脂系统包括底层涂料，用于渗透过混凝土表面，促进粘结并形成长期持久界面的基础；油灰，用于填充整个表面空隙并形成平整表面以便使用碳纤维片材；浸渍树脂或粘结树脂，前者用于碳纤维布粘贴，后者用于碳纤维板粘贴。
浸渍树脂或粘贴树脂是将碳纤维片粘附于混凝土构件表面并与之紧密地结合在一起形成整体共同工作的关键，因此，树脂同混凝土的粘贴强度大于混凝土的拉伸强度和剪切强度。
就公路混凝土桥梁用碳纤维片材加固技术而言，环氧树脂在不同施工环境温度下固化性能有十分重要的意义，因为这涉及到粘贴工作质量与如何尽量减少桥上正常交通中断时间紧密相关。采用专配的环氧树脂材料，在混凝土施工表面温度（10～40）摄氏度时，粘贴环氧树脂固化时间约15小时以上，但粘贴后就可以使用的时间为45分钟以上，专配的环氧树脂材料的这一性能是完全适合混凝土桥梁的加固工作。
二、碳纤维加固补强的施工工艺
1、根据设计确定粘贴碳纤维的范围进行基底处理
a）将砼构件表面的残缺、破损及碳化层部分清除干净，达到结构密实部位。检查外露钢筋是否有锈蚀，并进行必要的处理。对经过剔凿、清理和露筋的构件残缺部分进行修补复原；
b）裂缝修补。缝宽小于0.2mm的裂缝，用环氧树脂进行表面涂刷密封；大于0.2mm的裂缝用环氧树脂灌缝；
c）将构件表面凸出部分（模板的段差等）打磨平整，修复后的段差尽量平顺。用磨光机把棱角磨成半径大于30mm的圆角；
d）清洗打磨过的构件表面，并使其充分干燥。
2、底层涂刷（底层涂料具有较强的渗透性，可渗入砼表面内）。
a）把底层涂料的主剂和固化剂按规定比例称量准确后放人容器内，用搅拌器拌均匀，一次调和量应在可使用时间内用完为准；
b）用滚筒刷均匀的涂刷底层涂料；
C）底层涂料固化后，表面有凸起部分时要用砂纸磨光；
d）注意在气温小于5C，相对湿度大于85，砼表面含水率在8以上，有结露可能而无可靠保证措施时，均不得施工。
3、环氧腻子对构件表面残缺的修补。
a）构件表面凹陷部位应用环氧腻子填平，修复至表面平整；
b）内角（段差、起拱等）要用环氧腻子填补使之平顺。
4、贴碳纤维片。
a）为了防止碳纤维受损，在碳纤维片运输、储存、裁切和粘贴过程中，严禁受弯折。贴片前应用钢直尺与壁纸刀按规定尺寸切断纤维片，每段长度一般不超过6rn；。
b）碳纤维接头必须搭接10cm以上，横向不需搭接；
c）按规定比例掺配树脂主剂和固化剂，用滚筒刷均匀地涂刷黏结树脂，称为下涂；
d）贴片时，在碳纤维片和树脂之间尽量不要有空气，可用罗拉沿着纤维方向在碳纤维片上对此滚压，使树脂渗入碳纤维中。
5、养护。
粘贴碳纤维片后，需自然养护24h达到初期固化，并保证固化期间不受干扰。
6、涂装。
根据需要可在树脂固化后加固补强构件表面，涂刷耐火涂层和色彩。
三、碳纤维（片材）加固处理要点
在进行结构加固处理前，先对梁板采取有效地卸载和支顶措施，然后按以下施工工序进行加固施工。
（1）破损面混凝土表面处理：清除被加固构件表面的剥落、疏松、蜂窝、腐蚀等劣化混凝土，露出混凝土结构层。
（2）按设计要求对破损面钢筋处理后用M45的环氧树脂砂浆进行灌缝或封闭处理，并保证钢筋保护层厚度不小于15mm.利用打磨机将其表面打磨平整，并用钢刷将其表面的粉尘、油污等不洁物清除干净，使构件加固表面平整、干燥无粉尘。另外，如碳纤维需沿基纤维方向绕构件转角处粘贴时，转角粘贴处要进行倒角处理并打磨成圆弧状，圆弧半径不应小于20mm.
（3）涂刷底层树脂：用专用滚筒刷将底层树脂均匀涂抹于混凝土表面，待树脂表面指触干燥时即进行下一道工序施工。
（4）找平处理：表面凹陷部位用找平材料填补平整，且不应有菱角。
（5）粘贴碳纤维片材：将配制好的浸渍树脂均匀涂抹于所要粘贴的部位，并用橡胶滚筒沿纤维方向多次滚压，挤除气泡，使浸渍树脂充分浸透碳纤维布，滚压时不得损伤碳纤维布。多层粘贴重复上述步骤，待纤维表面接触干燥时即可进行下一层的粘贴。如超过60min，则应等12h后，再行涂刷粘结剂粘贴下一层。
（6）在最后一层的碳纤维布的表面均匀涂抹浸渍树脂。
四、对碳纤维加固补强技术的展望
碳纤维用于砼结构的修复补强虽然时间不长，但发展很快，其主要原因在于碳纤维片加固存在较多优点：
a）施工简便迅速，无需模板、夹具、支撑等；
b）不增加结构重量，碳纤维片重量200g/m.～300g/m，设计厚度0.1l1mm～0.167mm，加上环氧树脂的重量也很轻，对结构自重影响可忽略不计；
c）能适应各种结构外形的补强；d）可以多层粘贴。可根据设计要求，在一个部位重叠粘贴。
关键词：碳纤维 加固技术 工程建筑
1.碳纤维加固结构构件技术原理
外贴纤维增强复合材料加固混凝土技术是通过在混凝土结构外部粘贴纤维增强复合材料片材，通过二者协同受力，达到加固目的。碳纤维材料具有高强度、高弹性模量、重量轻及耐腐蚀性好等特点，其抗拉强度是普通钢筋的十倍左右，弹性模量略高于普通钢筋的弹性模量。加固修复混凝土结构所有碳纤维材料主要为两种：碳纤维材料与配套树脂。其中碳纤维的抗拉强度为建筑钢材的十倍，而弹性模量与钢材相当，某些（如高弹性）碳纤维的弹性模量甚至在钢材的两倍以上，且施工性能与耐久性良好，是一种很好的加固修复材料；配套树脂则包括底层树脂、找平树脂及粘结树脂，前两者的作用是为了提高碳纤维的粘结质量，而后者的作用则是使碳纤维与混凝土能够形成一个复合性整体，并且共同工作，提高结构构件的抗弯、抗剪承载力，达到对结构构件进行加固、补强的目的。
2.采用碳纤维布加固具有的优点：
采用碳纤维布加固结构具有高强高效的优点。由于碳纤维材料优异的物理力学性能，在加固修补混凝土结构中可以提高混凝土结构及构件的承载力和延展性，改善其受力性能，达到高效加固修补的目的。施工便捷，工效高，无湿作业，不需大型施工机具，施工占用场地少。根据有关统计资料，同为粘贴加固工法，粘贴碳纤维材料是粘贴钢板施工工效的4-8倍。具有极佳的耐腐蚀性能及耐久性。试验表明，碳纤维材料加固混凝土结构有良好的耐腐蚀性和耐久性，可以抗御建筑物经常遇到的酸、碱、盐对结构物的腐蚀。适用面广。粘贴碳纤维材料加固修补混凝土结构可广泛适用于各种结构类型(如建筑物、构筑物、桥梁、隧道等)、各种结构形状(如矩形、圆形、曲面结构等)、各种结构部位(如梁、板、柱、节点、拱、壳、墩等)的加固修补，且不改变结构形状，这是目前任何一种结构加固方法所不可比拟的。尤其重要的是，对于一些大型桥梁桥墩、桥梁、桥板以及隧道、大型筒体及壳体结构工程等，采用旧的加固手段几乎无法实施，而采用该项加固技术都能顺利解决，施工质量易保证。由于碳纤维材料是柔性的，即使被加固的结构表面不是非常平整也基本可以达到100％的有效粘贴率，而粘贴钢板则很难达到100％的有效粘贴面，相应的验收标准也只要求其达到70％就可以了。碳纤维材料质量轻且薄，粘贴后每平方米重量不到1.0kg，粘贴一层的厚度仅1.0mm左右，加固修补后基本不增加原结构自重及原构件尺寸。
3.碳纤维材料在结构加固方面的运用
3.1碳纤维材料结构加固适用范围
碳纤维材料适用于各种结构类型、各种结构部位的加固修补，如梁、板、柱、屋架、桥墩、桥梁、烟囱、筒体、壳体等结构；另外，砖砌体的某些力学性能也可以用碳纤维进行加固。具体说来可以但不限制于：利用碳纤维加固公路桥敦结构、对既有钢筋混凝土烟囱的加固；构件抗弯加固、梁柱构件的抗剪加固、混凝土柱子牛腿断裂加固、砌体的抗震加固、承载力不足加固、楼宇增层加固、框架柱轴压比超限加固、楼板开裂加固、剪力墙开洞加固、楼面荷载增大加固、桥梁断裂、旧桥大修加固和水塔加固等等。
3.2碳纤维片材加固修复混凝土结构规范
采用粘贴碳纤维片材加固混凝土结构时，应通过配套粘结材料将碳纤维片材粘贴在一起，使碳纤维片材承受拉力，并与混凝土变形协调，共同受力。
3.3碳纤维片材可采用下列方式对混凝土结构构件进行加固：
在梁、板构件的受拉区粘贴碳纤维片材进行受弯加固，纤维方向与加固处的受拉方向一致；采用封闭式粘贴、U形粘贴或侧面粘贴对梁、柱构件进行受剪加固，纤维方向宜与构件轴向垂直；采用封闭式粘贴对柱进行抗震加固，纤维方向与柱轴向垂；当有可靠依据时，碳纤维片材也可用采用其它形式或其它受力状况的混凝土结构进行加固；采用粘贴碳纤维片材加固混凝土结构时，应按国家现行有关标准采用以概率理论为基础的极限状态设计法进行承载能力极限状态计算和正常使用极限状态验算；钢筋和混凝土材料，根据检测得到的实际强度，按国家现行有关标准确定其相应的材料强度设计指标；碳纤维片材应根据构件达到极限状态时的应变，按线弹性应力应变关系确定其相应的应力；碳纤维片材应取生产厂提供的不小于95%保证率的极限抗拉强度作
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为抗拉强度标准值；当采用粘贴碳纤维片材对结构或构件进行加固时，应考虑加固后对结构中其它构件或构件的其它性能可能产生的影响；采用粘贴碳纤维片材进行结构加固时，宜卸除作用在结构上的活荷载。如不能在完全卸载条件下进行加固，应考虑二次受力的影响；在受弯加固和受剪加固时，被加固混凝土结构和构件的实际混凝土强度等级不应低于Cl。采用封闭粘贴碳纤维片材加固混凝土柱时，混凝土强度等级不应低于C。
.结语
随着碳纤维加工技术的普及，我国各种应用占碳纤维率需求比例不断上升，从这个角度上已预示了碳纤维在工程的广阔应用前景，也许在未来人类社会在材料应用上会从钢铁时代进入到一个碳纤维材料广泛应用的时代。