时间：2023-03-15 20:14:42
[关键词] 碳纤维布；环氧树脂；加固；钢筋混凝土构件
一、 引言
在工业和民用建筑中，钢筋混凝土（RC）结构在长期使用中，由于设计标准偏低、使用载荷提高、环境化学因素引起的性能劣化等原因，一些钢筋混凝土构件需要加固的情况日渐增多，现已成为建筑结构安全评估和安全保障的重要环节。
在各种加固方法中，用碳纤维增强树脂（CFRP）布或板加固钢筋混凝土构件的方法，在20世纪80年代中后期美、日、欧等发达国家应用以来，现已在我国得到迅速的发展和普及。由于CFRP加固具有很好的比强度、比刚度、耐腐蚀、耐久性强、非磁性、重量轻、耐磨损、抗老化、施工方便和施工工期短等优点，所以现广泛应用于各类工程和民用建筑中。
二、 碳纤维布加固技术简介
碳纤维布加固技术是利用专用结构胶将碳纤维布粘贴在混凝土表面，形成复合结构，CFRP通过与混凝土之间协同工作，对构件或结构起到加固及改善受力性能的作用。
1. 碳纤维介绍
碳纤维是有机纤维在惰性气体中经高温碳化而成的纤维状的碳化合物。它是由沥青纤维、聚合物纤维或含碳气体制成。碳纤维根据原料及生产方式的不同，主要分为聚丙烯腈（PAN）基碳纤维及沥青基碳纤维。碳纤维产品包括PAN基碳纤维（高强度型）及沥青基碳纤维（高弹性型）。
2. 环氧树脂
仅仅依靠碳纤维布本身并不能充分发挥其强大的力学特性及优越的耐久性能，只有通过环氧树脂将碳纤维布粘附于钢筋混凝土结构表面并与之紧密地结合在一起形成整体共同工作，才能达到补强的目的。因此，环氧树脂的性能是重要的关键之一。
环氧树脂因类型不同而有不同的性能，适应于各个部位的不同要求。例如底涂树脂对混凝土具有良好的渗透作用，能渗入到混凝土内一定深度；粘贴碳纤维布的环氧粘贴树脂易于“透”过碳纤维布，使其与混凝土结构有很强粘结力。碳纤维布工法中使用了底涂、腻子、浸渗粘着树脂等三种环氧树脂。
3. 碳纤维材料与其他加固材料对比
（1）抗拉强度：碳纤维的抗拉强度约为普通二级钢的10倍左右；
（2）弹性模量：碳纤维复合材料的拉伸弹性模量高于钢材，但芳纶和玻璃纤维复合材料的拉伸弹性模量则仅为钢材的一半和四分之一；
（3）疲劳强度：碳纤维复合材料的疲劳强度高于高强纲丝。金属材料在交变应力作用下，疲劳极限仅为静荷强度的30%～40%。由于纤维与基体复合可缓和裂纹扩展，以及存在纤维内力再分配的可能性，复合材料的疲劳极限较高，约为静荷强度的70%～80%，并在破坏前有变形显著的征兆。
（4）重量：约为钢材的五分之一，厚度仅为2mm左右，基本上不增加构件截面；
（5）与碳纤维板的比较：碳纤维布可以粘贴在各种形状的结构表面，而碳纤维板更适用于规则构件表面。此外，由于粘贴碳纤维板时底层树脂的用量比碳纤维布多、厚度大，与混凝土界面的粘接强度不如碳纤维布。
4. 碳纤维布的主要力学性能指标
抗拉强度标准值fcfk≥3000MPa； 弹性模量Ecf≥2.1×105MPa； 伸长率≥1.5%
三、碳纤维布加固技术在实际工程中应用
下面举二个我在实际工程中应用碳纤维布加固技术的例子：
1. 在瑞安市朝阳冷冻厂扩建工程中，由于业主要求把月台水箱处屋面标高由原20.200改为21.550，及消防水池改动，经PKPM软件计算复核原基础顶面至6.150标高段处E轴交13轴的柱子配筋不足，所以采用碳纤维布加固技术对已施工完毕此柱进行如下处理：
a. 被粘贴混凝土表面应打平整，除去表面杂质，直至完全露出混凝土结构新面;
b. 当碳纤维布沿其纤维方向需绕构件转角粘贴时，构件转角处要进行导角处理并打磨成圆弧状，圆弧半径不应小于20mm;
c. 框架柱外贴400g/m2碳纤维布，如图一所示;
d. 碳纤维布两端应搭接或采取可靠连接措施形成封闭箍。碳纤维布条带的搭接长度不应小于150mm，且各条带搭接位置应相互错开。
e. 施工应满足《碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程》CECS 146:2003。
2. 在瑞安市肛肠医院门诊（办公）综合楼工程中，5轴交A-C轴、B轴交4-5轴以东3500mm两段二层梁在浇捣混凝土过程中由于支撑下沉而下弯，根据施工、监理单位提供梁下沉数据，做如下处理：(有三点同上例子a,b,f)
a. 梁外贴200g/m2碳纤维布，如图二所示;
b. 碳纤维布采用U形粘贴进行受剪加固, 在上端粘贴纵向碳纤维布压条；
四、 结束语
瑞安市朝阳冷冻厂扩建工程于2006年6月受业主委托进行加固，2007年初交付使用，至今使用状况良好。通过工程的加固设计体会到，用碳纤维布加固钢筋混凝土受弯、轴心受压、大偏心受压及受拉构件，是一种行之有效的办法。
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）[S]. 北京：中国计划出版社，2003.
[2] 混凝土结构加固设计规范（GB 50367-2006）[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2006.
[3] 混凝土结构设计规范（GB 50010-2002）[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2002.
关键词 危旧桥梁；维修；加固
中图分类号U445 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）91-0103-02
公路桥梁是跨越沟壑、河流、道路、铁路暴露在大自然中的构造物，由于受到环境影响，使大气中的有害物质及易腐蚀的物质侵蚀混凝土构件。又因近几年工业的发展，车辆急剧增重，且排放高腐蚀废气，再加上乱采砂石，使桥梁耐久能力受到更严苛的挑战。造成部分桥梁荷载降低，技术状况下降，使用寿命减弱。旧桥维修加固，提高承载能力，确保桥梁的安全运营是目前和今后面临的任务。本文论述了我段目前桥梁存在的问题和采取的加固措施。
1 碳纤维布加固概述
碳纤维材料用于旧桥加固修补在我国技术起步比较晚。但随着我国交通事业的发展，现有桥梁中有相当一部分由于当时车辆载重小、设计荷载标准低等原因，难以满足当前规范使用的需求，碳纤维加固修补结构技术作为一种新型的结构加固技术快速发展起来。碳纤维布它具有高强度、重量轻、高耐久性（防锈性）等特性，粘贴在即有的混凝土构造物的梁、柱、梁板等受弯曲受拉面的表面，提高补修构造物的强度、耐力，改善构造物的耐震性能和耐久性能。
2 施工工艺和方法
2.1主要材料及其性能
2.1.1碳纤维布
粘贴单层碳纤维布的单位面积碳纤维质量一般为了200g/m2～300 g/m2，不宜低于150g/m2，且不宜高于450g/m2。
2.1.2粘结材料
粘贴用底胶和粘浸胶是粘贴碳纤维布的专用胶，它是一种双组份、100%固含量、高强度、不流淌、触变型粘合剂。
2.2 主要施工工序
施工准备放设施工线 灌缝处理 刷抹漆底胶粘贴碳纤维布 表面养护涂刷碳纤维专用胶。
2.2.1灌缝
灌缝是用一种相对流动好、灌入深、凝结时间短、粘接好的专用胶对混凝土构件进行填充，从而加强混凝土强度的一种施工工艺。它的作用是对混凝土构件裂缝进行补强，对混凝土的内部进行加固，它可以防止混凝土构件内部钢筋的锈蚀及氧化。可以广泛应用在桥涵的加固处理中。
1）施工准备（原材料封缝胶、灌缝胶的配制，灌缝胶采用成品进口胶，分主剂与固化剂，重量比4：1掺配）；
2）清理及化学清洗（沿缝宽每侧2cm～4cm、剔除粉刷层及其他面层，用丙酮清洗）；
3）埋设注胶设备（专用注胶嘴）；
4）封堵裂缝（用配制好的封缝胶对裂缝进行封堵）；
5）注胶（专用注胶器注入灌缝胶）；
6）养护；
7）除去注胶嘴等。
2.2.2刷抹漆底胶
1）施工准备（准备好将使用的材料及机具，漆底胶采用成品进口胶，分主剂与硬化剂，重量比2：1掺配）；
2）表面处理。清除被加固混凝土构件表面的剥落、疏松、蜂窝、腐蚀等劣化混凝土。将混凝土表面处理干净，并使表面保持绝对干燥；
3）找平处理。采用专用碳纤维找平胶对混凝土表面凹陷部位填补平整，并在找平材料表面指触干燥后尽快进行下一道工序；
4）涂刷碳纤维底胶。采用特制滚筒刷将面胶均匀涂抹于所要粘贴部位。
2.2.3粘贴碳纤维布
1）按设计要求的尺寸裁剪碳纤维布；
2）粘贴碳纤维布时间控制在涂刷面胶2h～3h后进行；
3）粘贴碳纤维布时，使用器具沿着纤维方向在碳纤维片上多次滚压，挤除气泡，以确保浸渍胶均匀地充分渗浸入碳纤维片的碳纤维束中。在滚压时注意不可损伤碳纤维布；
4）涂刷碳纤维面胶
待碳纤维布粘贴完大约1h左右后在碳纤维布的表面均匀涂抹一层面胶。
3优点与缺点
3.1优点
1）施工简便迅速，无需模板、夹具、支撑等；
2）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；
3）能适应各种结构外形的补强；
4）可以多层粘贴。可根据设计要求，在一个部位重叠粘贴；
5）具有良好的耐腐蚀性，寿命较长，可以在不利环境下使用，并便于养护。
3.2缺点
其会影响到受弯构件的破坏形态及其延性，而且目前的材料价格仍然偏高，应在考虑各项综合因素以后，慎重选用。
4 碳纤维加固工程实例
我段管养的G312 K3319+825柳星桥2、K3374+321红柳河中桥等桥梁经过碳纤维布加固后，钢筋砼梁的极限荷载及抗弯刚度等都得到了较好的改善。碳纤维布粘贴在危旧桥梁承重构件表面，使两者能够共同工作，较好的提高了危旧桥的抗弯、抗剪能力。两桥梁经过该措施加固后提高了梁体自身承载力也解决了病害，同时加强了桥梁结构的整体刚度和耐久性，限制了危旧桥病害的继续发展，达到了维修加固、补强的目的。
总之，公路危旧桥梁养护维修、加固改造，是一门新型的技术学科，从我们已实施的桥梁加固方案来看，实现即经济、又合理、节约费用，效果是明显的，但在今后的公路危旧桥梁养护维修、加固改造中，仍然还有很多值得我们在研究、在学习、在探讨，随着国内桥梁维修加固新技术、新工艺、新材料的不断出现，桥梁维修加固改造技术也将更加完善，方法更加合理，来提高公路危旧桥梁使用寿命，确保桥梁安全畅通，为社会提供安全的通行条件。
参考文献
[1]《公路桥梁加固技术规范》人民交通出版社2008-8-2中华人民共和国交通运输部.
[2]《公路桥涵施工技术规范》人民交通出版社2011-6-7中华人民共和国交通运输部.
[3]王建环.碳纤维增强复合材料在工程加固过程中的应用[J].治淮，2009（10）.
[4]石铭，屈文俊.粘贴碳纤维布对框架梁端负弯矩区加固的试验探索[J].结构工程师，2006（2）.
Abstract： Carbon fiber reinforcement technology not only can improve the shear and bending capability of the structure， and also its construction is simple and convenient. This paper， combined with engineering examples， describes construction process of reinforcing concrete beams by carbon fiber reinforcement technology and quality control technology.
关键词： 碳纤维布；加固；施工技术
Key words： carbon fiber；reinforcement；construction technology
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）25-0099-02
1 工程概述
某市医院外科住院大楼工程为十一层钢筋砼框架结构，砼设计强度地下室至六层为C40，六层以上为C30。一至三层砼施工完毕后，由于种种原因，砼标准养护的试块28天强度未达到设计要求，经检测单位回弹、取芯检测仍未达到设计要求。设计人员根据回弹结果对结构局部框架梁、柱验算表明，结构不能满足设计要求，必须加固处理。
2 加固方案的选择和加固计算
2.1 加固方案的选择 项目经理部组织设计等多家相关单位对多种加固方案进行分析比较，鉴于碳纤维布加固具有强度高（强度约为普通钢材的10倍），耐腐蚀性及耐久性好，自重轻（约300g/m2），易于裁剪，适用范围广，施工简便（不需大型施工机械及周转材料），施工工期短等优点，最终确定采用碳纤维布加固。
2.2 加固计算 ①碳纤维布加固砼梁抗弯验算如表1。②碳纤维布加固砼梁上端支座抗剪验算如表2。
3 碳纤维布加固材料技术指标
所有材料的选用均参照《混凝土结构加固设计规范》GB50367-2006的技术要求。
3.1 碳纤维布 选用上海怡昌碳纤维材料有限公司生产的同固牌碳纤维布及碳纤维布粘贴专用胶。碳纤维布规格：200g/m2，幅宽10～60cm，厚度0.167mm，碳纤维布的主要技术指标如下：弹性模量≥2.4×105MPa；抗拉强度≥3400MPa；延伸率≥1.77%。
3.2 粘贴用胶（底胶、修补胶、面胶）技术指标粘贴用胶主要技术指标如下：①底胶：拉伸剪切强度≥14MPa；正拉粘结强度≥2.5MPa。②修补胶：抗拉强度≥30MPa；抗弯强度≥40MPa；正拉粘结强度≥2.5MPa。③面胶：抗拉强度≥40MPa；拉伸剪切强度≥14MPa；受控弹性模量≥2500MPa；弯曲强度≥40MPa；正拉粘结强度≥2.5MPa；延伸率≥1.5%。
4 施工工艺
4.1 施工工艺流程如图1
4.2 碳纤维布粘贴的构造要求 ①采用粘贴碳纤维织物加固工艺的砼承重结构构件其砼强度等级不应低于C15。②砼构件粘贴部位的含水率不应大于4%，环境温度不应小于5℃，否则应采取一定的处理措施。③砼粘贴表面需进行打磨处理，应达到平整度5mm/m，构件转角粘贴处要打磨成圆弧状，圆弧半径应不小于20mm。④碳纤维布粘贴采用连续法施工工艺，允许搭接，搭接长度不小于10cm，碳纤维布在加固区段外的锚固长度规定如下：对受拉区，不应小于200d，且不应少于600mm；对受压区，不应小于180d，且不应少于480mm。（d为高强度复合纤维增强布的厚度）。
4.3 施工准备 ①量测记录梁的实际尺寸，砼表面的凹凸或破损状况、表面龟裂状况，现构件上的附属物情况，周围有无水、粉尘、外来物之污染。同时对影响梁加固的障碍物进行清除，确保梁底有30cm以上作业空间。②粘贴定位。根据图纸内容在需加固的砼梁、柱表面定位，保证粘贴的准确性。
4.4 砼表面机械打磨 ①根据定位打磨梁底、梁面、柱周围待粘贴砼表面，用角向手提砂轮机安装金刚石磨片打磨，使碳纤维布能平滑地贴附于梁、柱表面，以避免碳纤维布折角处造成应力集中。②待底面打磨平整后，将待粘贴面清理干净。
4.5 基面处理 用麻布将待贴布砼表面揩净，并充分干燥。
4.6 涂刷底胶 ①按胶水配比甲：乙=3：1（重量比），配制搅拌均匀。②用涂料辊筒将纤维胶均匀涂刷在砼表面。
4.7 批补修补 ①手摸不粘手时，即可涂刷修补（约2小时）。②按修补胶配比甲：乙=3：1（重量比），最取各组分配制粘贴用胶，搅拌均匀。③对于特别不平处在加固前用批刀将修补材料满批在砼表面，手摸无高低不平为止，填补时需将小槽处碎砼及浮屑清除掉并用麻布擦拭干净。
4.8 涂刷面胶 ①手摸不粘手即可涂刷面胶（约2小时）。②按面胶配比甲：乙=3：1（重量比），量取配制，并搅拌均匀。③用涂料辊筒将面胶均匀涂刷在处理好的砼表面上，抹成厚为1mm左右的纤维粘结剂，且应为中间厚边缘薄。
4.9 按设计图纸要求裁剪碳纤维布 ①砼表面处理完后，先根据位置放样剪切碳纤维布。②剪切时沿碳纤维布轴向裁剪，并卷好。
4.10 粘贴碳纤维布 ①将裁剪成料的碳纤维布粘贴在面胶上，并应拉紧、压实、赶平，不能留有气泡和皱褶，边放布边用专用辊筒沿碳纤维布方向压布辊实、来回滚压，挤出气泡使树脂充分漫渍碳纤维布，直到面胶浸透布并渗到布外层为止，等待固化。②施工过程中必须使得每束纤维布不打折，均处于拉紧状态。每层粘贴质量自检合格后，方可再贴下一层碳纤维布，同时重复以上步骤。③粘贴完后，再在表面用毛辊筒涂刷一层碳纤维粘结剂，自然固化。最后检查粘贴是否密实。
4.11 表面处理 确保粘贴密实后，在外表层均匀洒上一层细砂，以利今后粉刷。如无粉刷则此工序可省略。
5 质量检验及验收标准
①纤维产品应按设计图纸要求选用，技术指标必须符合有关规定，所用纤维产品应有产品质保书及复检报告。②粘结胶料应按设计要求选用，符合基本性能要求，所用胶料产品应有质保书及复检报告。③施工质量检验及验收标准（表3）。
6 结论
通过对某市医院外科住院大楼工程的炭纤维布的施工实践，碳纤维布加固钢筋混凝土结构技术具有裁剪简便，施工方便，工期短，质量可靠等优点。工程自2012年11月12日加固完毕后至今，使用良好。
参考文献：
[1]CECS25：90，混凝土结构加固技术规范[S].
[2]JGJ116-98，建筑抗震加固技术规程[S].
[3]CECS146：2003，碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程[S].
[4]JG/T166-2004，纤维片材加固修复结构用粘结树脂[S].
关键字：碳纤维布桥梁加固
中图分类号：U445.7+2文献标识码： A 文章编号：
1.前言：
嘉兴市南溪路迎宾桥位于南湖风景区主入口，建成于1993年，为三跨3X16.8m简支梁桥，桥面宽度12.5m，上部为16.76m工字梁加微弯板结构，下部为钻孔灌注桩接盖梁基础，设计荷载为汽-20，挂-100。现实施南溪路拓宽改建，该老桥两侧各拼宽15m，使桥面总宽度达42.5m，设计荷载提高至城-A级。
老桥加固项目中由于老桥梁板原设计荷载较低，无法满足新荷载等级要求，经结构计算原梁板抗弯不足，需对原梁板实施加固处理，提高其荷载承载能力。经方案比选决定采用对梁板底粘贴碳纤维布加固法。
2. 碳纤维布加固特点
碳纤维布加固修复混凝土结构技术是采用配套粘结树脂将碳纤维布粘贴于混凝土表面，起到结构补强和抗震加固的作用。广泛适用于建筑梁、板、柱、墙等的加固，以及桥梁、隧道、烟囱、筒仓等其它土木工程的加固补强。
碳纤维布具有以下优点：1.重量较轻，柔软、容易粘贴、质量可保证，施工方便。基本上能不增加构件自重也不改变构件截面的尺寸。2.碳纤维布的抗拉强度较高，其抗拉强度达HRB级钢筋强度的10倍以上，可得到与使用钢板补强相同效果。3.产品厚度小，可交叉重叠，能适用于各类不规则面及曲面等结构上。4. 可以按要求裁切，柔软性也很好，能够与钢筋混凝土表面粘接紧密，对于施工质量的易于控制和保证。不需要大型的施工机具，作业时不产生明火，并能搭接粘结任意延长。5.耐酸性、碱型及大气环境等的腐蚀作用，耐久性好。6.可提高柱体的抗震能力约2至4倍。7.环保无有害物质，且贮存时间长，对施工的工期调整而产生的影响小。
3. 碳纤维布加固施工工艺简介
碳纤维施工工艺主要包括以下步骤：1.施工前期准备；2.基面的处理；3.配制并涂刷底层环氧树脂胶并做好找平处理；4.粘贴碳纤维布；5.碾压；6.滚涂环氧树脂浸渍胶；7.表面防护处理。
1.施工前期准备：拟定加固工程的整个施工方案以及施工的计划进度安排，对所使用的碳纤维布、配套的树脂胶以及所使用的机器设备做好施工前的检测和准备工作。认真阅读施工设计图纸复核相关尺寸及数量。
2.基面的表面处理：全面打磨基材表面，清除被加固体表面的疏松、受腐蚀、风化等的问题面层，并去除其表层的油污或浮浆等杂质，使其无任何附着物。粘贴处如有尖锐棱角处需将其打磨成圆角，其最小圆弧内径不小于20mm。如结构表面有裂缝需按设计要求对其进行加固修复，如裂缝宽度超出规范限值应报设计单位复核确认。
3. 配制并涂刷底层环氧树脂胶并做好找平处理：涂底层环氧树脂，修正不合处，在底层树脂胶表面干燥后涂环氧树脂浸渍胶到粘结面，胶量需充足并饱满并同时做好找平处理。
4.粘贴碳纤维：按设计要求尺寸裁剪后碳纤维布后将其粘贴于混凝土涂胶面，碳纤维方向应与粘贴部位的受力方向一致，碳纤维布应平直、延展，如有接头，其搭接长度应不小于20cm。但有多层粘结时，应在碳纤维布表面干燥后即实施下一层的粘结。如果间隔时间超过40分钟，则需等12个小时后再涂刷环氧树脂粘结剂粘贴下一层碳纤维布。
5.碾压：粘贴好碳纤维布后应立即用橡胶棍或塑料刮板反复碾压其表面，使其平顺、无气泡并使粘结剂充分渗透，确保粘贴效果。
6.滚涂环氧树脂浸渍胶：再次在碳纤维布表面滚涂环氧树脂浸渍胶，要求能充分浸润碳纤维布的纤维中。
7.表面防护处理：用水泥砂浆或3～6mm石英沙覆盖在碳纤维布加固面上，使其能减缓风化腐蚀等外界影响，增长其使用年限。
4. 施工条件和注意事项
1、施工表面应清洁和干燥。
2、施工温度 理论上应大于5℃，小于40℃。
3、严禁在雨天露天施工。
4、相对湿度大于85%或混凝土表面结露的场合，不允许施工。
5、请于作业场所设置局部排气设备。作业中应着保护镜、保护手套、防尘口罩等保护工具。若附着于皮肤时请于使用肥皂后以清水冲洗。请尽量勿使毛羽及线屑附着于插座及其他电器产品，亦不可让本产品与电源接触。
5.注意事项
1.碳纤维布为导电的材料，故施工中应注意远离电气设备和电源，或采取安全的措施予以防护。
2.碳纤维布应避免弯折、扭曲或附着杂质，不然会严重影响其强度性能。
3.碳纤维应存储于凉爽干燥的地方，避免阳光直接照射或日晒雨淋。
4.现场施工人员应采取相应的劳动保护措施。
6. 检验和验收
1.施工开始前，应确认碳纤维材料和粘结剂、底层树脂、找平材料的产品合格证、质量检验报告。
2.施工质量检验及验收标准如下
3. 粘接质量不符合要求需割除修补时，应沿空鼓边沿，将空鼓部分的碳纤维割除，以每边向外缘扩展100大小之同样碳纤维材料，用同样粘结剂，补贴在原处。
7.桥梁工程应用中的可行性
桥梁工程由于其结构较繁琐，桥梁周围地形复杂，多建筑物、水管、通讯设施等，桥梁加固作业面较小，对加固限制条件较多，但运用碳纤维布材料进行加图时只需要用相应的粘结剂将碳纤维布粘贴于桥梁需加固部位的结构层表面即可，同时它具有柔软可裁剪的特性故施工十分方便；另外由于碳纤维布自身重量很小，相对于桥梁受力结构的自重来说其质量几乎可以忽略，因而对结构的整体受力所增加的额外荷载也可忽略，对结构受力有利而无害。
本工程中工字梁底宽30cm，梁高80cm，长16.76m，经结构计算，设计采用UT70-30型碳纤维布，纤维重量300g/m2,设计厚度0.167mm，设计抗拉强度3.4kN/mm2,宽度50cm。采用“U”型粘贴法，分三层粘贴于原工字梁底部，每层端部各缩短1.5m。由于梁底距水面高度近1.7m，施工时采用驾船施工作业。该设计施工图其经济高效性及施工便捷性获得业主及施工单位一致认可，其加固效果将待工程完工后做进一步追踪调查。
8.结束语
粘贴碳纤维布或碳纤维板加固技术在桥梁加固工程领域是一种新型的加固技术，截止目前已在国内一些城市的桥梁加固领域得到了初步的应用，并取得了不错的效果，经济效益也相对明显；在对应桥梁类的钢筋混凝土结构来说碳纤维布的能提高结构构件的抗拉强度增强抵抗变形的能力，有效减少裂缝的开展。此加固技术施工便捷，材料自重轻、强度高、具有柔韧性、能包裹复杂外形的构件，成本经济，具有较高的实用价值。该项加固新技术如能逐步推广，并展现其优越性能将是加固技术领域的一次重大变革。
作者介绍：
作者1：蔡睿（1980～）男（汉族），工程师，籍贯浙江，2003年毕业于武汉理工大学土木工程系（路桥方向）。
关键词碳纤维布 桥梁 维修 应用 工艺
Abstract: along with the development of social development and progress, pay attention to the application of carbon fiber cloth is of great significance. This paper mainly introduces the carbon fiber cloth in bridge maintenance of the relevant contents of the application.
Key words carbon fiber cloth bridge maintenance application process
中图分类号：K928.78文献标识码：A 文章编号
引言
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。在加固工程中应用最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。
2.2环氧树脂
2．2．1简介
仅仅依靠碳纤维布本身并不能充分发挥其优异的力学特性及耐久性能，只有通过环氧树脂将碳纤维布粘附于钢筋混凝土结构表面并与之紧密结合在一起形成整体共同工作，才能达到补强的目的。因此，环氧树脂的性能十分关键。不同类型的环氧树脂有不同的性能，可满足各个部位的不同要求。例如底涂树脂对混凝土具有良好的渗透作用，能渗入到混凝土内一定深度。粘贴碳纤维布的环氧树脂易于透过碳纤维布，并产生很强的粘结力。根据使用温度的不同，树脂还分为夏用和冬用树脂。
2．2．2物理性能
碳纤维布施工中需使用底涂、腻子、浸渗粘着树脂3种环氧树脂，上述环氧树脂的使用目的各不相同，其物理性标准也各异。一般要求底层树脂及找平材料的正拉结强度大于2．5 MPa且不小于被加固混凝土拉结强度的标准值，而浸渍树脂和粘结树脂性能指标则应达到表2的要求。
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。
3．碳纤维布加固旧桥特点
3．1 不增加恒载及断面尺寸
碳纤维布的自重仅为200～300g／m2，设计厚度为0．111～0．167mm，环氧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微乎甚微，可忽略不计。同时，碳纤维布可以多层粘贴。根据补强的要求，碳纤维布可以在一个部位重叠粘贴，充分满足补强的要求。这一优点更是传统补强方式所难以比拟的。
3．2可适应不同构件形状，成型很方便
斜、弯、坡及异型结构的补强，采用传统的方法，施工难度极大，采用碳纤维布补强法，利用碳纤维布的随型性极强的特点，可以随结构外形变化任意施工，从而降低施工难度，减少施工成本，缩短施工工期，产生巨大的社会及经济效益。
3．3施工简便
特别是当箱梁内部的作业空间受到限制时，碳纤维布加固方法是可选择的一种方法。该法工艺简便，无需大型设备、模板、夹具及支撑，操作起来简单易行，因而施工时所需工作面小。在作业空间受限制时，该优点是其它加固方法无法比拟的。
3．4采用碳纤维布加固补强，对原结构不产生新的损伤
碳纤维布加固补强系采用环氧树脂系列的粘结材料进行粘贴，不需要设置锚固螺栓及开凿混凝土等，因而不会对已经损伤的结构产生新的破坏，更可避免钻孔时与结构内原有钢筋和预应力索发生冲突而引起新的问题。
3．5能有效地封闭混凝土的裂缝
碳纤维布(片)粘贴在混凝土的表面，不仅封闭了混凝上的裂缝，其高强高模量的特性还约束了混凝土结构裂缝的生成与扩展，改变了裂缝的形态，使宽而深的裂缝变成分散的细微裂缝，从而提高了混凝土构件的整体刚度。
3．6碳纤维布(片)具有优良的耐化学腐蚀性
碳纤维布(片)是一种复合材料，几乎无腐蚀性和磁性以及具有较好的耐热性，不仅能经得起水泥碱性的侵蚀，而且当应用于经常受盐害侵蚀等腐蚀性环境时，其寿命也较长。因而碳纤维布加固法，在不利环境下较其它方法更显出其优异性。
3．7 不影响结构的外观
碳纤维布(片)的厚度很薄，粘贴尉化后其表面还可以涂刷一层与原有结构外观颜色一致的涂料，而不影响结构的外观。
4.碳纤维布加固旧桥施工工艺与要求
4．1 施工工艺
4．1．1施工前的准备作业
4．1．2基面处理．
(1)混凝土表面的劣化层(如浮浆、风化层等)要用砂轮机进行清除和打磨；
(2)基面的错位与凸出部分要磨平，转角部位要进行倒角处理：
(3)裂缝部分要注入环氧树脂浆进行修补。
4.1.3基面的清洗
(1)先用钢丝刷将表面松散浮渣刷去，然后用压缩空气除去粉尘；
(2)用丙酮或无水酒精擦试表面，也可用清水冲洗，但必须保证其充分干燥后才能进行下一道工序的施工。
4.1.4涂刷底胶
(1)按比例准确配制好底胶并搅拌均匀，对已失效的坚决不能使用，以确保粘接质量；
(2)用滚筒或刷子均匀地涂抹在基面上，粘度较高，不能涂得太厚；
(3)底胶硬化后，在表面有凸起部分时，应除去重涂；
(4)待底胶指触干燥后，进入下道工序。
4．1．5粘贴面的修补
注意一次调和量在可使用时间内用完，超过时间的绝不能使用，注意直横均匀涂抹，自然风干。如在冬季施工，粘贴面要剐磨光机或砂纸打光。
(1)若发现粘贴面上有凹凸部位，应用找底胶进行修补，保证粘贴面的平整，以确保加固效果。
(2)待找平胶指触干燥后进人下一道工序。
4．1．6粘贴碳纤维布
(1)在待粘贴面上划出各层位置；
(2)依设计尺寸裁剪碳纤维布，应根据现场施工经验和作业空间确定下料长度，若需要进行接长时，接头的长度应根据实际情况而定，一般不得小于15cm；
(3)下料数量应以当天能用完为准；
(4)粘贴碳纤维布时，应依设计位置由上而下，由左至右有秩序地粘贴，并以滚筒压挤贴片，使碳纤维布与浸渍树脂充分结合，同时以压板去除气泡；
(5)即时观察贴片是否粘贴密实，若发现有间隙或气泡，应及时处理。
4．1．7罩面防护处理
(1)粘贴完碳纤维布后，即时在其表面再直横均匀涂抹一层浸渍树脂，自然风干；
(2)确保贴片表面已充分风干结合后，在其整体涂抹罩面胶或采取其它措施处理，以保证各层胶的耐久性。
4．2粘贴施工要求
4．2．1 对被加固陶件的整面要求
因为用碳纤维布加固混凝土构件是依赖于碳纤维布与构件表面的粘贴效果，所以要求基面的混凝上强度等级不低于C15。同时要求砼加固构件应具有较好的保护层，即基面平整且具有一定强度。对于构件有剥落、起皮、腐蚀、裂缝及严重碳化等表面缺损，必须先进行修复，并应将粘贴基面打磨平整、清理干净，且不应存在尖锐楞角和浮灰粉尘，防止碳纤维布的局部剥断破坏和粘贴失效。
4．2．2碳纤维布的粘贴
用碳纤维布加固混凝土构件宜采用薄布多层的粘结方法，使其与粘结材料充分浸润，确保粘结效率。对于受弯构件宜在受拉区沿轴向平直粘贴碳纤维布进行加固补强，并在主纤维方向的断面端部进行附加锚固处理．。
4．2．3碳纤维布的搭接与截断
加固用的碳纤维布一般不宜采取沿主纤维方向的搭接，尤其是对受拉构件和受弯构件受拉区的加固。根据国内外对碳纤维布与混凝土间粘结锚固的试验结果，粘结应力主要集中于端部100mm范围内，粘结破坏是脆性的，且粘结应力一般不会产生扩展。因此，若碳纤维布确需搭接时，其搭接部位应避开构件应力最大区段，搭接长度不应小于15cm，且搭援端部应平整无翘曲。多层搭接的各层接口位置不应在同一截面，每层接口位置的净距宜大于200mm。
4．2．4施工时其它应注意的事项
(1)现场气温低于5℃及雨天或可能结露时，应停止施工；
(2)在施工现场，应做好防火等安全措施；
(3)各种胶粘附在皮肤上时，要用肥皂水冲洗，特别是进入眼内，要立即用水冲洗，或接受医生诊治。
4．2．5加固所用的碳纤维布及其配套粘结材料均应有厂家所提供的材料检验证明和合格证。
结束语
综上所述，粘贴碳纤维布新技术是加固钢筋混凝土结构行之有效的方法，值得推广和应用。
参考文献
[1]贺栓海．桥梁结构理论与计算方法[M]．北京：人民交通出版社，2003．
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[6]梅葵花，吕志涛，张继文，等．碳纤维复合材料索斜拉桥的设计与测试U]．长安大学学报：自然科学版，2007．27(6)：48―53．.
关键词：碳纤维布 桥梁加固 计算要点 质量控制
中图分类号：K928文献标识码： A
常见的桥梁加固方法有增加截面、粘贴钢板、粘贴碳纤维布、体外加固等，碳纤维布作为一种加固技术，以其良好的力学性能、施工方便、周期短等特点，被越来越多的采用。
1、材料特点
碳纤维是由含碳量较高，在热处理过程中不熔融的人造化学纤维，经热稳定氧化处理、碳化处理及石墨化等工艺制成的，是一种力学性能优异的新材料，在我国近年来发展迅速，碳纤维复合材料已经在各个领域得到广泛的应用，主要有航空航天、汽车、新能源开发、结构加固、休闲用品等。
碳纤维布是碳纤维复合材料（CFRP）的一种，其加固原理是采用高性能粘结剂将碳纤维布粘贴在结构构件表面，提高结构的强度、刚度、抗裂性和延伸性，达到对结构进行加固的目的。
2、碳纤维布加固的优点
1）材料优点
碳纤维布是一种复合材料，几乎无腐蚀性和磁性，具有较好的耐热性，使用寿命较长；碳纤维布抗拉强度高，是普通钢材的10倍左右；重量轻，密度只有普通钢材的1/4；基本不增加结构自重及截面尺寸。
2）施工优点
碳纤维布柔性好，易于裁剪，适用范围广，可根据结构尺寸进行随便变化；施工方便、节省空间，不需要现场固定设施；碳纤维布直接粘贴于需要加固结构表面，对原结构没有损坏，不影响结构的外观。其耐腐性好，适用于经常受盐害侵蚀等腐蚀性的环境。
3、计算要点
目前，采用碳纤维布加固桥梁的计算采用估算的方法，将碳纤维布近似换算成一定用量的钢筋，然后根据原结构的受力情况、尺寸及配筋、现场条件等，结合设计人员的工程经验，对结构进行受力分析和理论计算，有条件的工程可根据专业检测部门的检测结果进行计算。估算公式：
Afe=As(Ry/Rcf)
式中：Afe――碳纤维布有效截面（面积）；
As――为抵抗不足弯矩所需的钢筋面积；
Ry――钢筋的抗拉设计强度；
Rcf――碳纤维布抗拉设计强度。
而实际采用的截面，在计算的有效面积基础上需要考虑一定的折减系数km，计算公式：
Af=Afe/ km
式中：Af――碳纤维布实际截面（面积）；
km――折减系数。计算公式：
式中：――碳纤维布弹性模量设计值（MPa）；
和――碳纤维布层数和单层厚度。
碳纤维布主要力学性能指标以及单位宽度的截面面积和计算厚度参考相关规范。
4、质量控制
碳纤维布加固桥梁的施工工序：施工准备――结构表面处理――刷粘结剂――粘贴碳纤维布――养护及其他涂料等。针对不同的工序，质量控制可分为施工前、施工中、施工后控制。
1）施工前控制
施工前控制主要在施工准备阶段，根据施工图纸进行现场定位，对设计采用的碳纤维布以及粘结剂进行采购及存储。需要注意的是所有进场材料，包括碳纤维材料和粘结剂，必须符合质量标准，并具有出厂产品合格证，符合工程加固补强设计要求。同时，碳纤维布在运输、储存中不得受挤压，以免碳纤维受损，也不得直接日晒和雨淋，胶结材料应阴凉密闭储存。
2）施工中控制
施工中控制主要在结构表面处理、刷粘结剂以及粘贴碳纤维布阶段。施工中控制是碳纤维布桥梁加固工艺质量控制的重要环节。需要注意的是：
a）结构表面处理：将结构表面破损的部分清除干净，裂缝等修补符合规范要求。
b）涂刷粘结剂：粘结剂根据厂家配合比和工艺要求进行调配，均匀涂刷于需要粘结的砼表面，应涂刷均匀、不得漏涂，严禁在不适合气温条件下施工，添加溶剂稀释后的涂料应在规定时间内用完。
c）粘贴碳纤维布：粘贴碳纤维材料之前，首先应确认粘贴表面干燥、无粉尘。碳纤维布应按设计要求尺寸裁切，根据施工图纸要求迅速粘贴到位。用滚筒沿碳纤维布受力方向多次滚压挤出气泡，使得碳纤维布与结构表面紧密粘结。
3）施工后控制
施工后控制主要在养护以及检验和验收阶段。需要注意的是：
a）养护及其他涂料：碳纤维片粘贴后自然养护24小时，达到初期固化，外层涂料可结合结构物外观确定是否涂刷。
b）检验和验收：对碳纤维材料规格，粘贴位置、长度、宽度、纤维方向、层数符合图纸及规范要求进行检验，检查碳纤维布有无空洞或气泡，如果存在这些现象，应进行修补。
5、工程实例
崇明岛某桥梁，管理人员发现梁板底部有异常裂缝，根据检测中心的《桥梁承载能力监测评定报告》，报告中指出该桥桥梁跨中截面受拉钢筋应变校验系数大于规范规定的限制值，应进行加固。
经过计算，采用两层碳纤维布进行加固，碳纤维布的宽度同梁宽，主要力学性能指标见下表：
在同等受力情况下，碳纤维布加固方法比其他加固方法施工容易，而且不增加结构自重以及截面尺寸，保持了结构原状。
6、结束语
碳纤维布作为一种新材料，其特点是施工难度低、施工成本少、施工工期短，是桥梁加固比较有效的方法，值得推广应用。需要注意的是设计计算时，假定碳纤维布与结构没有剥离的情况，因此，在粘贴碳纤维布时，一定要控制施工质量，使粘结剂充分渗入纤维之间的缝隙内，确保这一假定成立。
参考文献：
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[7]JTG D62―2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范；
[8]单成林，旧桥加固设计原理及计算示例，人民交通出版社，2007年；
[关键词]预应力；碳纤维布；补强加固；混凝土梁
Study on RC beams strengthened with prestressed CFRP sheets
Gao jihong
(China Ocean Engineering Construction General Bureau ,Dalian,116024)
Abstract: This paper present a primary study of strengthened reinforced concrete beam using prestressed CFRP sheet. The strengthened beams using prestressed CFRP sheets were compared with strengthened beams using non-prestressed CFRP sheets on the properties of cracking load, yield load and ultimate load to determine the effects of prestressing force on these behavior. The conclusions were drawn that strengthening
Keywords: prestressing; CFRP sheets; strengthening; RC beam
1前言
由于纤维弱强塑料具有很高的强度重量比、极好的耐腐蚀性能及耐久性、施工便捷等优点，这种材料已广泛地庆用于很多国家和地区的土木结构补强加固上，尤其是对桥梁和结构大梁的加固。但是，我们在工程实践及试验研究中发现，用此方法加固的构件中的碳纤维布在梁中主筋屈服以后其高强度特点才得以发挥，在混凝土梁破坏时，粘贴的碳纤维布中的拉应力仅为其抗拉强度的10%~20%，对梁的开裂荷载和屈服荷载提高程度有限，对梁在使用阶段的各项性能的改善作用也有限。为了更加充分而合理的利用碳纤维布的高强度特点，宜将碳纤维布进行预张拉后再用于结构的加固，以便使碳纤维布可以较早的参加工作，从而使其高强度的特点得以发挥，又可以使加固梁的承载力有所提高。文献[1]、[2]对预应力碳纤维布加固受弯构件的施工工艺进行了详细介绍。本文通过理论分析，阐述了预应力碳纤维布加固受弯构件的工作原理，并通过计算对比施加与未施加预应力时碳纤维布的加固效果。
2受力分析
2.1张拉时的应力分析
假设被加固梁在受力以前施加给碳纤维布的力为N0，碳纤维布的预张拉应变为，碳纤维布所提供的拉力为 （1）
式中，为碳纤维布的横截面积；为碳纤维布的弹性模量。由于此时梁处于弹性范围内，所以，由力的平衡关系及材料力学公式可以计算出此时梁下边缘混凝土所受的预压应力为
（2）
式中，为换算截面形心轴距梁截面下边缘的垂直距离；为换算截面惯性矩；为换算截面面积。
2.2放张时的应力分析
撤去张拉机构后，由于外力的改变，将引起梁的变形以达到新的平衡，从而引起预应国和的改变。假设在本阶段，碳纤维布的拉应变增量为，则在张拉结束时碳纤维布总拉力为
（3）
此时，梁下混凝土的应力为 （4）
2.3消压阶段
当受弯构件在外荷载作用下，其下边缘混凝土建立起来的预压应力恰好全部被外加弯矩产生的应力抵消时，称为消压阶段。此时，由在截面下边缘产生的拉应力为，于是得到
（5）
设这个阶段碳纤维布的应变改变量，这里令碳纤维布达到消压状态时的总应变为，则有
（6）
此时碳纤维布的总拉力 （7）
2.4开裂阶段
此处为分析方便，忽略中和轴的改变量及拉区混凝土弹性模量的变化。当受弯构构件在达到消压状态后继续加载，并使受拉区混凝土应力达到时，裂缝即将出现，此时外荷弯矩即为开裂弯矩。 （8）
式中，截面抵抗矩塑性系数；为混凝土抗拉强度；为换算截面下边缘的弹性抵抗矩。
2.5钢筋屈服阶段
钢筋屈服时，加固梁应力、应变如图1所示。图中为混凝土的压应变；为由消压状态到钢筋屈服阶段时碳纤维布应变增加量；为混凝土受压区高度；为混凝土合力C作用点至受压区混凝土边缘的距离。此时，碳纤维布的总应变为消压状态时的应变加上本阶段应变增加量，即 （9）
则碳纤维布的合力为 （10）
屈服弯矩可由式求出
（11）
上式右边前两项即为不施加预应力的受弯构件屈服弯矩的计算式，后一项为由于预应力的原因而使屈服弯矩提高的部分。由于一般梁在正常使用情况下要求使用荷载（恒载+活载）下的弯矩不应超过屈服弯矩，以保证结构的正常使用。因此，利用预应力碳纤维布加固的梁比普通碳纤维布加固的梁的正常使用范围大。
2.6极限弯矩的计算
预应力碳纤维布加固的受弯构件破坏形态主要分为两种：受压区混凝土被压坏导致的构件破坏及碳纤维布被拉断导致的构件丧失绝大部分承载力。这两种破坏的界限点为界限破坏，即预应力碳纤维布断裂时恰好受压区混凝土被压坏，其应力-应变关系如图2所示，
此时压区混凝土的合力可由等效矩形应力图求得 （12）
式中，为混凝土极限应变；为碳纤维布极限应变。主筋及碳纤维布合力：
（13）
由力的平衡可求得界限破坏时碳纤维布面积：
（14）
图2界限破坏时的应力-应变
为了充分利用砼与碳纤维布的强度，建议加固时碳纤维布的面积取值与相差不大。
（1）当是，破坏形式为碳纤维布被拉断，如果与相差不大，则有
（15）
由此可以求出，然后即可求出界面的极限弯矩为
（16）
（2）当时，破坏形式为混凝土被压，破坏时的应力、应变关系见图3。假设此时碳纤维布的应变比消压状态增加了，由应变关系可的：
（17）
设此时碳纤维的总应变为，则
（18）
碳纤维布的总拉力为。由及式（17）联立求解出及，则极限弯矩可由下式计算：
（19）
图3计算极限弯矩时的应力-应变（）
3算例
本文对一根矩形截面简支梁进行计算，对比其加固前后以及预应力加固和非预应力加固的效果。梁的截面尺寸及配筋情况见图4。混凝土强度设计为C25。梁中主筋采用I级筋。碳纤维布弹性模量，极限抗拉强度为3550Mpa，厚度为0.167mm。各混凝土梁的开裂荷载Pcr、屈服荷载Py、极限荷载Pu及提高情况见表1。
从表中可以看出，不论用哪种方法加固，对梁正截面极限承载力均有不同程度的提高。另外，从计算结果还可看出，利用不加预应力的碳纤维布加固后的梁与未加固梁相比，其极限荷载提高明显，而对于开裂荷载和屈服荷载提高有限。L1与L2相比，开裂荷载提高18.2%，屈服荷载提高28%，提高程度不大，而极限荷载提高幅度达到85.2%，有较大幅度的提高。说明碳纤维布主荷载、屈服荷载、极限荷载均有较大幅度的提高。如本例L3与L1相比，开裂荷载提高了81.2%，屈服荷载提高了70%，极限荷载提高了85.2%。从计算数据可以看出，利用预应力碳纤维布加固相比一般的碳纤维布加固而言，钢筋屈服之前的承载力有了较大幅度的提高。这是因为由于预应力的存在，碳纤维布在梁未开始受力以前已经有较大的应变，当主筋屈服时，有预应力的碳纤维布的应变要远高于没有预应力的碳纤维布的应变，从而提供较大的拉力，使屈服荷载比用不施加预应力的碳纤维布加固的梁更高。
表1预应力碳纤维布加固梁计算值对比
梁编号 加固措施 开裂弯矩（KN・m） 提高程度% 屈服弯矩（KN・m） 提高程度% 极限弯矩（KN・m） 提高程度%
L1 未采取加固措施 7.7 17.5 18.9
L2 非预应力碳纤维布加固 9.1 18.2 22.4 28 35 85.2
L3 预应力碳纤维布加固 14 81.2 29.75 70 35 85.2
4结束语
从本文的分析可以看出，利用预应力碳纤维布加固混凝土受弯构件可以使碳纤维布提前参与工作，从而取得更好的加固效果，特别是由于被加固梁主筋屈服前碳纤维布即可有较大应变，因此，相比于普通碳纤维布加固构件，该方法对梁在使用阶段的性能改善明显。
参考文献
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中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
0 前言
为解决普通方法粘贴碳纤维布强度不能充分发挥的问题，国内外许多研究人员先后对预应力碳纤维布加固技术进行研究。本文结合一端张拉（另一端先锚固）施工工艺[1]对碳纤维布张拉、放张时的应力分布、预应力传递长度以及碳纤维布在预应力长期作用下的端部回缩量等作了测试研究。通过测试结果可基本掌握预应力碳纤维布的应力分布情况，并可为研究预应力碳纤维布加固构件的结构性能、施工工艺、预应力损失等提供借鉴、参考。
1 试验方案
1．1 试验设计
本次试验碳纤维布采用南京玻纤院生产的彤天牌 CFW200型，厚度0.111mm的碳纤维布及配套lica胶，两种材料制作的浸渍片材，抗拉强度标准值fcfk =3490Mpa，拉伸弹性模量Ecf=2.2×105 Mpa。制作截面为200×300长3000的钢筋混凝土梁6根作为张拉台座，混凝土实测强度34Mpa。张拉前将碳纤维布一端粘贴在混凝土梁端作为固定端，粘贴长度250mm，另一端粘贴在钢板上作为张拉端，粘贴长度也为250mm。粘贴碳纤维布按《碳纤维片材加固混凝土结构技术规程》CECS146：2003规定操作，粘贴的碳纤维布宽度60mm，中间段张拉前不刷胶。两端的结构胶完全固化后，用手动千斤顶张拉固定在钢板上的钢筋的方法对碳纤维布进行张拉，张拉力通过压力传感器测定，张拉控制应力取0.45fcfk（经分析碳纤维布张拉控制应力取0.45fcfk较为合适），张拉力为10.45kN。张拉到预定力值后固定张拉端并粘贴碳纤维布，待结构胶完全固化后放张。试验装置见图1。
图1 试验装置示意
1．2 测试项目及仪表布置
1．在碳纤维布张固定端贴应变片，应变片标距50mm，连续布置，测试张拉时固定端应力传递及分布情况。2．结构胶固化后，在碳纤维布上贴应变片，应变片标距50mm，连续布置，测试放张后张拉端应力传递及分布情况。3．碳纤维布张拉端架设千分表测量放张后碳纤维布瞬时回缩量及长期回缩量。4．碳纤维布张拉端内侧250mm处架设一个千分表，测量放张后应力传递长度内侧碳纤维布的长期回缩情况。仪表布置见图2、图3。
图2应变片布置示意图
图3千分表布置示意图
2 试验结果及分析
2．1 张拉时固定端应变
张拉荷载级差为20%控制张拉力，每级荷载间隔5min。试验结果见图4，图中每个试件分别标出了各级张拉荷载下的应变变化曲线，以距固定端粘贴末端距离相同的两片应变片平均值代表平均应变，距离为应变片中点至粘贴末端长度。
图4张拉阶段固定端实测应变
2．2 放张时张拉端应变
张拉结束，结构胶完全固化后，拧松固定螺帽放张，按图1所示切断张拉端碳纤维布，测量放张后的张拉端碳纤维布应变情况。测试结果见表1。
表1 放张后张拉端实测应变（10-6）
注：表中数据为切断碳纤维布后5min时测试，随时间增加（4小时内）1、2号点应变略有增加，其它点应变基本不变。放张时，碳纤维布产生回缩产生压应变，测试结果表明胶层厚度对预应力传递长度影响很大。试件5在切断碳纤维布时，切断处首先剥离破坏，随即的整条碳纤维布（锚固段除外）全部剥离。试件1、2、3碳纤维布紧贴混凝土粘贴，胶层厚度很小，放张后应力传递长度不大于200mm。
2．3 放张后碳纤维布回缩长期测试结果
放张切断碳纤维布前，读取初读数，碳纤维布放张切断后，定期测读端部千分表数据，测读结果见表2，试件5因破坏没有数据。
表2 放张后碳纤维布端部回缩测试结果（mm）
回缩量随时间变化规律，可以用对数函数Y=Aln(x)+B很好的拟合，各试件测试结果拟合函数A、B值已列入表2， 各试件端部回缩量随时间变化曲线见图5。
图5放张后张拉端回缩量-时间曲线
各试件距张拉端内侧250mm处千分表读数从放张后至端部回缩完全稳定期间基本无变化或变化很小，测得的最大回缩量为0.007mm。
3 结论
对本次测试结果分析，可以得到以下一些有价值的结论：1）测试中发现胶层厚度对张拉端和锚固端应力、应变分布及应力传递长度、端部回缩量各项指标影响都很大，胶层越厚碳纤维布应变越大，应力传递长度越长，张拉端回缩量越大。胶层厚度较大时，放张时甚至立即发生剥离破坏。本次测试试件数量不多且胶层厚度不易测量，胶层厚度对应力传递长度、回缩量的影响只能作定性分析，定量分析可以在以后的试验中进行。2）各试件测试的张拉时锚固端应力传递长度均不超过200mm，这和文献[2]的试验结果基本相符。测试结果表明采用一端张拉施工工艺，碳纤维布锚固端锚固长度达到250mm，可以满足张拉时的锚固要求；各试件（除胶层厚度偏大的试件）测试的碳纤维布张拉端应力传递长度不超过200mm。若能确保碳纤维布紧贴混凝土表面粘贴，可以认为碳纤维布张拉端应力传递长度也不超过200mm。采用预应力碳纤维布加固，预应力是靠结构胶和混凝土之间的粘接作用来传递的。预应力传递不是在端部集中完成，而必须通过一定的传递长度。本次测试及其他学者研究成果[2]表明传递长度不超过200mm。3）预应力碳纤维布施工时，构件起拱导致中部胶层厚度增加，使碳纤维布更容易发生剥离破坏，对构件受力不利，此时端部的锚固显得更加重要。采用一端张拉施工工艺，锚固端粘贴时，碳纤维布未受力，混凝土表面处理及碳纤维布的粘贴操作方便，胶层厚度可以控制得很小，而张拉后张拉端碳纤维布的粘贴相对困难一些，因此应有可靠措施确保碳纤维布张拉端粘贴尽量紧贴混凝土粘贴减小胶层厚度以确保锚固性能。4）放张后碳纤维布张拉端端部发生瞬时回缩，回缩量随时间增加逐渐增加，但趋势减缓，至第7天后回缩基本稳定；回缩主要集中在端部250mm范围内。这一测试结果表明，虽然碳纤维布在结构胶固化后放张，但胶层在预应力作用下仍发生了蠕变，碳纤维布端部产生回缩。胶层蠕变主要发生在端部锚固段，锚固段以外蠕变很小或不发生蠕变。
参考文献：
[1] 李世宏.预应力碳纤维布加固混凝土梁施工.施工技术，2004，33(7)：60-62
关键词：碳纤维布施工方法 强度测试
Abstract ：Due to the construction component due to damage or function change， Structure on the load change, the only component for further reinforcement in order to meet the using demand of the structure. Carbon fiber cloth because of light weight, high strength。wear-resistant and corrosion resistant performance is good and is widely used. Will focus on the analysis of the carbon fiber cloth are introduced technology and the strength and reliability of the structure after reinforcement, in order to promote the carbon fiber cloth in the practical engineering application.
Key words: carbon fiber cloth, construction method of strength test
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
引言：钢筋混凝土结构目前仍是我国建筑行业的首要选择，而人为方式或自然原因将会导致其强度下降，不能满足人们的生产生活需要,所以加固补强受损构件成为势在必行的趋势，而碳纤维布在不改变结构外观条件的前提条件下，综合各种优势使其在新型加固材料领域得到了广泛应用。本文将结合具体实验具体阐述加固工艺，并且对加固后强度进行全面分析。
1 碳纤维布加固技术的设计原则
碳纤维布虽然具有许多优点，但是仍存在一定的适用范围和使用条件，如果盲目采用加固技术，不但会产生不经济，不合理的加固方案，甚至产生不确定因素而引起巨大危害，所以使用碳纤维布也要遵循一定的设计原则。
（1）被加固构件的最小截面尺寸，受压区高度和配筋率必须满足相关的规范要求。根据（混凝土结构设计规范）GB-50010-2002第7.5.10条规定，被加固构件必须满足式（1）的要求：
即剪应力截面设计要求：
（2）当混凝土抗剪强度较低时，应适当增加碳纤维布的粘贴张数，但不宜多于三张，以避免碳纤维布与混凝土发生剥离。
（3）碳纤维材料强度的设计方法要考虑碳纤维材料与被加固构件中受拉钢筋的变形协调，当受压边缘混凝土达到极限压应变时，取受拉钢筋的极限变形状态时碳纤维材料受拉应力作为碳纤维材料的强度设计要求，即
各符号见（混凝土结构设计规范）GB-50010-2002中规定
（4）被加固构件的混凝土强度不宜过低，强度等级不宜小于C15，否则会发生显著地脆性剥离破坏。
（5）碳纤维布沿受力方向发生弯折时，转角处会出现应力集中而使碳纤维折断，所以在转角处要平缓过渡，其曲率半径不应小于20mm。
（6）碳纤维在端部的自然锚固长度不应小于（）mm
2试件加固和实验：
（1）试件为预制的矩形截面钢筋混凝土适筋粱，设计的混凝土强度为C20，截面尺寸为=120180,跨度2800，净跨2600，纵筋为2Φ12，架立钢筋为2Φ8，箍筋为2Ф6.5@100，纯弯曲段不配箍筋，保护层厚度为25,试件的混凝土强度等级为C20，弹性模量为,泊松比为0.2。
（2）碳纤维布及粘接材料的各项物理性能指标：
碳纤维布各项物理力学性能
粘接材料的各项物理力学性能
（3）试件加载：
本实验采用两点对称加载方式，加载点距支座的距离为900，由分配梁来实现，在受拉混凝土未开裂前，每级加载为3,开裂后，每级加载为6，且每施加完一级荷载，稳定35分钟，记录一次数据。加载图示如图1所示。本实验制作 4组试件，试验梁的编号及配布情况如表4所示。
表4 试验梁的编号及配布情况
3加固施工步骤：
（1）混凝土表面处理:清除需要加固表面的剥落，松散，蜂窝，腐蚀的劣化混凝土，将混凝土结构层暴露出来，混凝土的表面要打磨平整，转角处要打磨成光滑的圆弧。并用修复材料将表面修复平整。
（2）裂缝处理：用刷子和吹风机等工具清除清理表面时残留的灰尘和松散物。用JN-F封口胶封口。
（3）转角处理：用砂轮或砂纸将倒角处理，以保证碳纤维布在转角处平缓过渡，并将粉尘完全吹净。
2涂胶，找平：按3:1的比重采用滚筒刷将底层树脂均匀涂抹于混凝土表面，待树脂表面干燥到完全固化进行下一个施工工序，保证粘贴效果最好，即在施工现场通过手指触摸树脂表面有凝胶的感觉，但不会粘附树脂的状态，尽快进行下一工序的施工。
3找平：用找平材料填补平整混凝土表面凹陷部位。不应有棱角，转角处用找平材料修理为光滑的圆弧。
4涂刷浸渍树脂或粘贴树脂：按设计要求裁剪碳纤维布，将浸渍好的树脂均匀涂抹于粘贴位置，将碳纤维布用手轻压粘贴于需要粘贴的位置。采用专门的滚筒顺纤维方向多次滚压将气泡排出，使树脂充分浸透碳纤维布，滚压时不得损伤碳纤维布，多层树脂粘贴重复上述步骤，并在碳纤维表面的浸渍树脂干燥后进行下一次粘贴。
4实验结果：
实验结果计算：采用下面理论公式进行实验结果的计算分析，并将计算结果列入表中：
实验结果的对比分析：
实验结论：碳纤维布能在一定条件下提高钢筋混凝土梁的承载力，对于一些受损构件可以采用碳纤维布加固以加强其承载能力，在适当条件下可以作为加固材料对受损的建筑物或构筑物实施加固补强，延长建筑物的使用时间和使用寿命，减缓建筑垃圾的产生，节约资源和避免资金浪费。
结论参考文献：[1】《混凝土结构设计规范》(GBJIO一89)
[2] 岳清瑞，叶列平，罗苓隆，等．CECS 146：2003碳纤维片材加固
修复混凝土结构技术规程[S]．北京：中国计划出版社，2003
[3]王永维．我国建筑物鉴定与加固改造技术现状与展望—— 建筑物鉴定与加固改造第五届全国学术讨论会文集(I-册)Ec]． 汕头：汕头大学出版社，2000．1-6．
[4] 娄宇，王红庆，李如白．碳纤维加固技术及其工程应
用[J]．工业建筑，2001，(10)39-40．
双组分纤维由两种组分复合而成,纤维可同时具有所含组分的特点,是化纤差别化品种中较为复杂的纤维类型。双组分技术多年前就已成功应用于短纤和长丝的生产中,目前双组分纤维广泛用于毛型织物、丝绸型织物、高蓬松的填充物、弹性织物、人造麂皮、防水透湿织物、无尘服和特种功能(导电、发光、抗菌抗辐射、防伪)织物等中。根据纤维截面的不同,双组分纤维可分为皮芯型、并列型、超细型和混纤型等。
产业用非织造布经过数十年的快速发展,针刺短纤、水刺、纺熔等非织造布开始向差别化、功能化发展,更多新型的具有特殊功能的产品由此不断问世,拓宽了产业用非织造布的市场应用,使非织造布进入到更多行业,渗透到生活的方方面面。
非织造布用纤维种类广泛,主要包括超细型的定岛/不定岛海岛短纤、皮芯型长丝、可裂解短纤/长丝等。
2双组分纤维非织造布的市场浅析
2.1高级擦拭布
双组分纺粘水刺裂解型非织造布融合了双组分复合纺丝、纺粘、水刺工艺,具有超细的纤维结构,质地柔软,容尘量大。如德国Freudenberg(科德宝)公司、江西吉安三江生产的PET/PA 16瓣橘瓣型纺粘水刺非织造布,都可做优质的擦拭布。
目前,国内一些厂家将进口的韩国或中国台湾的的双组分可裂解短纤通过水刺裂解成超细纤维后加固,制成汽车擦布,利润可观。
海岛纤维经梳理铺网针刺后碱减量溶掉海组分,制成的汽车擦布纵横向强力、延伸率均匀,柔软,耐用,随着汽车消费的日益平民化,其市场分额也将日益扩大。
另外,熔喷布经整理后也可制成高级擦布。无论哪种方法,都是利用纤维的超细、柔软、不损伤、不留痕迹、吸附力大的特性。目前,国内高级擦拭布的市场容量比卫生材料要小,将双组分可裂解短纤进行水刺、海岛纤维进行针刺、熔喷布进行整理的方法更为灵活,且其产品可多样化,不局限于单一的擦拭布品种,更适合市场发展的需要。而国际上对超细纤维擦拭布的需求量大,特别是电子工业、光学工业、汽车等,因此出口市场开发潜力大,且高端产品更受欢迎。
2.2医疗卫生材料
目前,国内外的双组分纺粘非织造布大多为皮芯型,常用的原料为PE/PP、PE/PET、CoPET/PET等。皮层的熔融温度较芯层低,如PE、CoPET的熔点较低,热轧时用较低的温度就可进行固结,而芯层则保持原有的性能和形状。其产品要比单组分的手感更柔软、强度更高、延伸更大,具有良好的透气性,是理想的医疗卫生材料。目前世界上用于生产卫生材料的幅宽最大的双组分SMS生产线已达 7 m,生产速度达 900 m/min。
2.3合成革基布
短纤成网后通过水刺或针刺固结成的非织造布广泛用于鞋里革、鞋里衬布等中,用量大,档次低,价格便宜。而双组分 16 瓣中空纺粘水刺非织造布以高产、高品质的姿态进入鞋里革基布市场,提升了鞋里用布的档次,但在价格上不具优势。
定岛/不定岛海岛纤维经梳理铺网、含浸聚氨酯、溶解抽出海成分、表面整理后制成的超细纤维合成革,因为其纺丝工艺赋予了它足够的纤维细度,成网固结工艺使其有三维网状的类似于天然皮革的微观结构,含浸聚氨酯后溶解抽出海的工艺不仅使纤维细化,同时还使岛与岛之间存有一定的空隙,因此其产品拥有天然皮革的柔软性、弹性、透气透湿性、可伸缩性以及悬垂感、厚实感等特点,进而广泛用于鞋革(运动鞋、休闲鞋)、服装革、汽车用革、家具箱包、球类革、装饰类革等领域。但在超细纤维合成革的生产工艺中,通过碱减量/甲苯抽取溶掉海,使用溶剂型聚氨酯为黏合剂等操作使企业时刻面临排放不达标、停产整顿的压力。新型水溶性双组分海岛纺粘非织造布以及水性树脂在超细纤维合成革中的应用研究,都将使超细纤维合成革成为环保、高品质的仿真型产品,迈进宽广的市场空间。
2.4服装用布
非织造布用作服装面料一直是非织造布行业的努力目标,而双组分复合纺长丝、短纤已广泛用于纺织领域,尤其是海岛纤维的应用,给服装行业增添了许多亮点。双组分纺粘水刺非织造布集纺粘非织造布的高强度、水刺非织造布的柔软和透气于一身,较其它种类的非织造布具有更细的纤维截面。从原理上讲,这种产品具有更接近于机织布的性能,但毕竟加工方式不同,接收成网和加固方式决定了其表观质量如均匀性、平整度等与机织布相去甚远,这需要借助特殊的后整理技术来改善,因此还有很多工作要做。双组分纺粘水刺非织造布在某些领域可取代机织布做装饰布或服装衬布,市场空间很可观。
2.5过滤材料
双组分熔喷非织造布的纤维较常规产品的纤维更细,一般为 0.5 ～ 0.7 μm(不超过 1 μm),因此比表面积更大、孔隙率更高,除具有更好的蓬松性、柔软度、透气性和保温性外,做过滤材料时也具有更高的过滤效率。而双组分橘瓣型纺粘水刺非织造布强力较高,纤维特细,比表面积大,结构紧密,吸附能力强,耐酸碱,耐腐蚀,同样特别适合于空气与液体过滤,过滤效率高,广泛用于精细过滤,可用于化工、制药、手术室、食品、微电子、光学工业、娱乐场所等的空气或液体过滤器。纺粘水刺超细过滤材料的致密性比其他超细纤维过滤材料高几十倍,因而过滤效率也非常高。与熔喷非织造布复合,可形成不同的纤维细度梯度,则是另一种提高过滤效率的工艺。