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關鍵詞 危舊橋梁；維修；加固

中圖分類號U445 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2013）91-0103-02

公路橋梁是跨越溝壑、河流、道路、鐵路暴露在大自然中的構造物，由于受到環境影響，使大氣中的有害物質及易腐蝕的物質侵蝕混凝土構件。又因近幾年工業的發展，車輛急劇增重，且排放高腐蝕廢氣，再加上亂采砂石，使橋梁耐久能力受到更嚴苛的挑戰。造成部分橋梁荷載降低，技術狀況下降，使用壽命減弱。舊橋維修加固，提高承載能力，確保橋梁的安全運營是目前和今后面臨的任務。本文論述了我段目前橋梁存在的問題和采取的加固措施。

1 碳纖維布加固概述

碳纖維材料用于舊橋加固修補在我國技術起步比較晚。但隨著我國交通事業的發展，現有橋梁中有相當一部分由于當時車輛載重小、設計荷載標準低等原因，難以滿足當前規范使用的需求，碳纖維加固修補結構技術作為一種新型的結構加固技術快速發展起來。碳纖維布它具有高強度、重量輕、高耐久性（防銹性）等特性，粘貼在即有的混凝土構造物的梁、柱、梁板等受彎曲受拉面的表面，提高補修構造物的強度、耐力，改善構造物的耐震性能和耐久性能。

2 施工工藝和方法

2.1主要材料及其性能

2.1.1碳纖維布

粘貼單層碳纖維布的單位面積碳纖維質量一般為了200g/m2～300 g/m2，不宜低于150g/m2，且不宜高于450g/m2。

2.1.2粘結材料

粘貼用底膠和粘浸膠是粘貼碳纖維布的專用膠，它是一種雙組份、100%固含量、高強度、不流淌、觸變型粘合劑。

2.2 主要施工工序

施工準備放設施工線 灌縫處理 刷抹漆底膠粘貼碳纖維布 表面養護涂刷碳纖維專用膠。

2.2.1灌縫

灌縫是用一種相對流動好、灌入深、凝結時間短、粘接好的專用膠對混凝土構件進行填充，從而加強混凝土強度的一種施工工藝。它的作用是對混凝土構件裂縫進行補強，對混凝土的內部進行加固，它可以防止混凝土構件內部鋼筋的銹蝕及氧化。可以廣泛應用在橋涵的加固處理中。

1）施工準備（原材料封縫膠、灌縫膠的配制，灌縫膠采用成品進口膠，分主劑與固化劑，重量比4：1摻配）；

2）清理及化學清洗（沿縫寬每側2cm～4cm、剔除粉刷層及其他面層，用丙酮清洗）；

3）埋設注膠設備（專用注膠嘴）；

4）封堵裂縫（用配制好的封縫膠對裂縫進行封堵）；

5）注膠（專用注膠器注入灌縫膠）；

6）養護；

7）除去注膠嘴等。

2.2.2刷抹漆底膠

1）施工準備（準備好將使用的材料及機具，漆底膠采用成品進口膠，分主劑與硬化劑，重量比2：1摻配）；

2）表面處理。清除被加固混凝土構件表面的剝落、疏松、蜂窩、腐蝕等劣化混凝土。將混凝土表面處理干凈，并使表面保持絕對干燥；

3）找平處理。采用專用碳纖維找平膠對混凝土表面凹陷部位填補平整，并在找平材料表面指觸干燥后盡快進行下一道工序；

4）涂刷碳纖維底膠。采用特制滾筒刷將面膠均勻涂抹于所要粘貼部位。

2.2.3粘貼碳纖維布

1）按設計要求的尺寸裁剪碳纖維布；

2）粘貼碳纖維布時間控制在涂刷面膠2h～3h后進行；

3）粘貼碳纖維布時，使用器具沿著纖維方向在碳纖維片上多次滾壓，擠除氣泡，以確保浸漬膠均勻地充分滲浸入碳纖維片的碳纖維束中。在滾壓時注意不可損傷碳纖維布；

4）涂刷碳纖維面膠

待碳纖維布粘貼完大約1h左右后在碳纖維布的表面均勻涂抹一層面膠。

3優點與缺點

3.1優點

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0.1l1mm～0.167mm，加上環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；

4）可以多層粘貼。可根據設計要求，在一個部位重疊粘貼；

5）具有良好的耐腐蝕性，壽命較長，可以在不利環境下使用，并便于養護。

3.2缺點

其會影響到受彎構件的破壞形態及其延性，而且目前的材料價格仍然偏高，應在考慮各項綜合因素以后，慎重選用。

4 碳纖維加固工程實例

我段管養的G312 K3319+825柳星橋2、K3374+321紅柳河中橋等橋梁經過碳纖維布加固后，鋼筋砼梁的極限荷載及抗彎剛度等都得到了較好的改善。碳纖維布粘貼在危舊橋梁承重構件表面，使兩者能夠共同工作，較好的提高了危舊橋的抗彎、抗剪能力。兩橋梁經過該措施加固后提高了梁體自身承載力也解決了病害，同時加強了橋梁結構的整體剛度和耐久性，限制了危舊橋病害的繼續發展，達到了維修加固、補強的目的。

總之，公路危舊橋梁養護維修、加固改造，是一門新型的技術學科，從我們已實施的橋梁加固方案來看，實現即經濟、又合理、節約費用，效果是明顯的，但在今后的公路危舊橋梁養護維修、加固改造中，仍然還有很多值得我們在研究、在學習、在探討，隨著國內橋梁維修加固新技術、新工藝、新材料的不斷出現，橋梁維修加固改造技術也將更加完善，方法更加合理，來提高公路危舊橋梁使用壽命，確保橋梁安全暢通，為社會提供安全的通行條件。

參考文獻

[1]《公路橋梁加固技術規范》人民交通出版社2008-8-2中華人民共和國交通運輸部.

[2]《公路橋涵施工技術規范》人民交通出版社2011-6-7中華人民共和國交通運輸部.

[3]王建環.碳纖維增強復合材料在工程加固過程中的應用[J].治淮，2009（10）.

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關鍵詞：碳纖維布粘貼加固環氧樹脂涂裝

中圖分類號： TU74 文獻標識碼： A

近年來，纖維類材料（CFRP）在土木工程中的應用一直是國內外研究的熱點。在所有的這些纖維材料中，碳纖維材料是迄今為止應用于土木工程領域最早、技術較成熟，也是用量最大的一種高科技材料。目前，CFRP憑借其自身的優點在橋梁加固工程中被廣泛應用。

我們知道，橋梁建成后，為確保正常運營，必須加強經常性的檢查養護與維修。隨著交通運輸的發展，交通量和重載車輛不斷增加，因此，要求通過對原有橋梁進行合理而有效的加固，來提高通過能力和荷載標準。采用粘貼碳纖維布法進行加固橋梁結構，是橋梁修補加固工程中的一張新型加固方法，能夠恢復和提高既有橋梁的承載能力。通過青園街跨民心河橋工程實例以及308國道跨總退水渠橋工程實例，以及完工后的荷載試驗驗證，我們發現碳纖維布參與原混凝土梁共同工作，使舊橋基本恢復原來的承載水平，加固效果良好，此種加固材料是一種值得信賴的新型材料，采用工藝流程是可靠的。下面結合工程實例談談其施工工藝、技術及其加固要點的注意事項。

青園街跨民心河橋與308國道跨總退水渠橋梁均為三跨普通鋼筋混凝土空心板梁結構，兩座橋梁修建年代均較早，車輛通行頻繁，出現了一些病害。部分橋底板裂縫較密集，并且鉸縫開裂嚴重，部分鉸縫已失去使用功能，橋梁上部橫向聯系被破壞，單板受力現象嚴重，漏水、滲水現象嚴重，兩個工程實例維修加固項目之一都有對舊有板梁進行粘貼碳纖維布加固。

1. 粘貼碳纖維布與粘貼鋼板、傳統的混凝土結構加固相比較

碳纖維用于砼結構的修復補強雖然時間不長，但發展很快，相對于粘貼鋼板加固與傳統的混凝土結構加固技術相比，其主要原因在于碳纖維布加固存在較多優點：碳纖維材料具有優異的物理力學性能，其抗拉強度高于普通鋼材的10倍，極適合于鋼筋混凝土結構的加固補強；其輕質柔軟，適用面廣，能適應各種結構外形的補強；碳纖維片材輕，現場粘貼無需重型設備，設施簡便，施工便捷迅速，便于橋下高空作用，也無需模板、夾具、支撐等；加固厚度小，可不增加原結構的恒載，即幾乎不增加結構自重（碳纖維布重量200g/m.～300g/m，設計厚度0.1l1mm～0.167mm，加上環氧樹脂的重量也很輕，對結構自重影響可忽略不計），特別適用于建筑高度受限制情況下加固補強；同時還具有良好的耐久性及耐腐蝕性，能有效地封閉混凝土的裂縫；不必打孔，因而對原結構不會造成新的損傷等優點。

2.工藝、方法

2.1基本工藝流程：構件表面處理——基層處理——涂底層膠料—— 刮膩子整平——涂下層浸漬環氧樹脂——粘貼碳纖維布——涂上層浸漬環氧樹脂——養護——防護涂裝。

2.2具體施工方法及要求

1）對粘貼碳纖維的范圍進行基底處理

由于風化作用及其它環境影響往往導致舊橋混凝土部分表面很久很臟，需用角磨機進行打磨處理，除去1mm厚表層污垢。在進行這道工序之前，在橋面板寬度的中間、跨中和四分之一跨處打30mm泄水孔排除板內積水，注意避開鋼筋。對于構件基面問題突出的部位要進行特殊處理，如外露鋼筋若有銹蝕，混凝土有銹塊、銹皮，存在這些現象的均須清除并進行防銹處理；構件表面有蜂窩麻面、殘缺、破損及碳化層部分要進行清除，達到結構密實部位，并對經過剔鑿、清理和露筋的構件殘缺或不平部位使用粘膠砂漿進行修補復原；對于構件表面凸出部分（模板的段差等）也需打磨平整，修復后的段差盡量平順，拐角處或有棱角部位用磨光機打磨成圓倒角；如果梁體有裂縫，對于縫寬小于0.2mm的裂縫，用環氧樹脂進行表面涂刷密封，大于0.2mm的裂縫用環氧樹脂灌縫；最后清洗打磨過的構件表面，并使其充分干燥，待完全干燥后用脫氧棉沾丙酮擦拭表面3—4次，直至脫脂棉上無粉塵。

2）底層涂刷

底層膠料具有較強的滲透性，可滲入砼表面內，起到固化作用，是保證碳纖維布與混凝同工作的關鍵，也是兩者之間傳力途徑中的薄弱環節，需要粘結材料有足夠的剛度與強度來保證碳纖維與混凝土間剪力的傳力，同時還需有足夠的韌性，不會因混凝土開裂導致脆性粘性破壞。因此，碳纖維本身材質及施工工藝及質量的保證很重要。

3）環氧膩子對構件表面殘缺的修補

構件表面凹陷部位用環氧膩子填平，修復至表面平整；內角（段差、起拱等）要用環氧膩子填補使之平順。特別注意蜂窩麻面和細小空洞，切實填平，固化后表面如有滑痕，打磨去除。

4）貼碳纖維布

為了防止碳纖維受損，在碳纖維布運輸、儲存、裁切和粘貼過程中，嚴禁受彎折。貼片前按設計要求的尺寸及層數用鋼直尺與壁紙刀切斷裁剪，每段長度一般不超過3rn。在板底粘貼碳纖維布時橋上不得有活荷載。碳纖維布在受力方向盡量不要打接，如需打接，碳纖維布的受拉方向的搭接長度不小于200mm，緯向打接長度不小于50mm，搭接位置要相互錯開。

5）養護

粘貼碳纖維布后，需常溫下自然養護24h以上達到初期固化，并保證固化期間不受干擾，冬季養護時間略長。在此養護期間采取適當的防護措施防止雨水、塵埃落在粘貼面上。

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。

3.注意事項

1）材料選擇注意事項及要求

任何一種橋梁加固中其工藝、方法及過程控制是質量保證的關鍵因素之一，而施工所用的主材也同樣起著舉足輕重的作用。

作為主材之一的碳纖維布，其編織的均勻性，將直接影響加固質量。因此，選擇均勻性較好的碳纖維布，是加固質量的關鍵。

2）粘貼注意事項

在氣溫小于5C，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。另外，加固前對橋梁盡可能卸荷，同時停止交通，減少汽車通行造成的震動對粘貼效果的影響。

環境控制：為了保證粘貼的質量，施工時應考慮不同季節、環境溫度及濕度對樹脂固化的不利影響使用不同型號的粘貼樹脂，這樣才能對樹脂施工的可操作時間和固化時間進行有效控制。施工宜在5℃以上環境溫度條件下進行，并應符合配套樹脂的施工使用溫度。

樹脂配制時要求配比正確，需按產品使用說明規定的配比稱量，用攪拌器均勻攪拌至色澤均勻。攪拌用容器內不得有油污及雜質。宜根據現場實際溫度決定樹脂的每次拌合量，并嚴格控制使用時間。

粘貼第二層碳纖維布時，需將已粘貼的底層碳纖維布表面擦拭干凈至無粉塵。擦拭干凈的碳纖維布應立即涂刷粘結樹脂，膠層應呈凸起狀，平均厚度不小于2mm。

3）安全注意事項

碳纖維為導電材料，施工時要使其遠離電氣設備及電源，或采取可靠保護措施。各種粘結劑應在其說明書規定的環境溫度中密封儲存，并遠離火源，避免陽光直射。各種粘結劑材料不得沾染生活水源。廢棄物不得倒入下水道，應按環保要求集中處理。

4.對碳纖維加固補強技術的展望

隨著我國經濟的快速發展，交通量日益增大。七、八十年代修建的鋼筋混凝土橋梁，大部分已經表現出不能滿足通行需求。一是荷載標準低，二是在重車、超重車的作用下，出現了許多病害，舊橋維修加固任務很大。碳纖維有著優異的力學品質，是理想的橋梁加固材料，可喜的是，國內已經能夠生產碳纖維，而且品質已接近日本、美國等發達國家的品質，價格也在迅速下降。可以斷言，在今后的橋梁加固中碳纖維必定能發揮巨大的作用。

參考文獻：

1、橋梁結構用碳纖維片材》（JT/T532—2004），中華人民共和國交通行業標準

2、馬晨光.碳纖維布修復補強混凝土結構新技術的發展與應用［R］.中國公路舊橋改造與維修技術研討會，2000,12。

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1碳纖維布加固法技術原理

碳纖維布加固法通過在構件受拉區粘貼碳纖維布,增強鋼筋的受拉性能,從而提高整體的抗彎承載力;在構件的受剪區粘貼碳纖維布,加固鋼筋混凝土的抗剪能力;碳纖維布通過約束其內部混凝土從而能加固鋼筋混凝土抗震柱,這種約束伴隨這軸向壓力的增大發生橫向膨脹,從而使得碳纖維布產生環向伸長,增強側向約束力,因此稱為被動約束。這種約束機制取決于碳纖維布的環向約束能力和混凝土的橫向膨脹性能這兩種因素。碳纖維布通過兩階段的受力過程約束混凝土,延緩了受壓區混凝土的壓碎,最大化發揮縱向中鋼筋的塑性性能,構件的延性從而顯著改善。

2碳纖維材料特性

表1列舉了碳纖維材料的主要性能指標。

碳纖維材料的主要特性有:(1)高強高效。碳纖維符合材料不但抗拉強度遠高于普通鋼材,模量也比普通鋼材高;(2)重量輕、柔韌性好;(3)施工便捷且質量可以保證;(4)具有良好的耐腐蝕性和耐久性。

3碳纖維布加固法的優點

3.1 優點

(1)碳纖維布可以根據補強的要求進行多層粘貼,在一個部位重疊粘貼直至滿足補強的要求。這一優點是傳統方式中無法做到的。

(2)對于各種不同形狀的構件,傳統的施工方法基本無法實現,而碳纖維材料的高柔韌性可以適應任意形狀的構件,從而增強了施工的可實行度,縮短施工時間,降低成本,獲得較大的經濟效益。

(3)施工簡便。

碳纖維布加固法在梁橋內部限制下的作業空間中操作時依然簡單易行,因為這種方法工作時需要的空間很小,不需要大型設備,操作起來十分簡單。

(4)不會對原結構產生新損傷。

碳纖維布加固補強不需要開鑿混凝土,只需用樹脂對結合處進行粘貼,因此不會產生新的結構破壞。

(5)有效地封閉混凝土的裂縫。

由于碳纖維布是粘貼在混凝土的表面,因此不但封閉了裂縫,而且碳纖維材料的特性能夠約束裂縫的擴展,將原本寬深的裂縫逐漸變為細小的裂紋,從而混凝土構件的剛度也得到了提高。

(6)優良的耐腐蝕性。

碳纖維布不僅能經受酸堿的腐蝕,在其他低劣環境下也有很長的壽命,并且碳纖維材料本身有良好的耐熱性和無腐蝕性,因而這種方法在某些特定環境下更能體現出優越性。

(7)不影響外觀。

碳纖維布很薄的性能使得其粘貼固化后完全布會影響原來的外觀。

3.2 不足之處

碳纖維布加固技術的缺點主要在于不能充分適應大變形的結構加固,而且抗震效果實際并不明顯,即延性不足。碳纖維布需要經過相當的變形才能發揮較大的強度即強度和彈性模量的比值太低,難以抑制裂縫的擴展與結構變形;其次有機材料本身不耐高溫,不能在高溫環境下使用,這使得碳纖維布加固法有一定的局限性。

4應用范圍

目前廣泛使用的碳纖維布形式上主要為片材、棒材。片材的加固形式可謂各式各樣,從原理中可以看出基本體現為抗彎曲、剪切、壓縮、抗震等,因而其加固效果可以體現為增加剛度、抗彎強度、抗剪強度、抗壓強度等。混凝土橋墩的延性和抗剪切能力可以通過在橋墩表面環繞粘貼碳纖維布來實現;而且環繞粘貼的碳纖維布能夠對混凝土柱形成約束作用,從而提高截面的抗壓強度。在加固已經出現裂紋和損傷的部分時可以在混凝土橋橋面板的上下表面分別粘貼上碳纖維布。碳纖維布加固法的技術優勢隨著其廣泛應用已被人們普遍認可,在實際加固梁橋使用中,不僅要制定詳細的材料標準,還必須掌握這項技術的具體操作流程。

5結語

碳纖維布加固法作為一種新型的技術,在橋梁維護方面有著劃時代的意義。傳統方法幾乎不可能用來維護連續梁橋,因為連續梁橋中有一孔出現損壞就得對全橋進行維修,將會耗費大量的人力物力資源。碳纖維布加固法的優勢使得這些難題迎刃而解,既能保證施工的質量又節省了資金,符合可持續發展的戰略思想。鑒于我國掌握和使用這種方法的時間還不長,在實際應用時施工技術、設計方法等方面仍然需要深入地進行研究,結合大量的實踐不斷積累經驗。

參考文獻

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【關鍵詞】碳纖維布混凝土結構技術要點

隨著我國經濟技術的不斷發展，有相當多的混凝土結構由于設計方法、施工方法、運營情況的改變，最終導致結構面臨著各種各樣的質量問題，如強度不足、耐久性不強、安全性過低等，這就急需要對這些結構進行補強加固，以提高結構的耐久性。根據美國的調查研究，混凝土設施的維護、維修和加固已經成為了當今世界面臨的緊迫課題。碳纖維復合材料作為一種新型的修復加固技術在我國得到了快速的發展，成為了加固領域的熱點，這種技術是通過將碳纖維這種高性能纖維應用于工程, 利用樹脂類材料把碳纖維粘貼于結構或構件表面, 形成復合材料體CFRP, 通過其與結構或構件的協同工作, 達到對結構構件補強加固及改善受力性能的目的。

一、 碳纖維布加固混凝土的機理

碳纖維作為一種復合型材料，其具有很強的抗拉強度，經過測試其抗拉強度是同等截面面積鋼材的7-10倍，并且具有剛度輕、密度小等優點，其耐久性也好，可以抵抗化學腐蝕和惡劣環境、氣候變化的破壞，采用碳纖維進行施工能夠在簡化施工步驟的前提下提高施工速度，同時保證了施工質量，具有很強的適用范圍，當加固混凝土結構時，能夠大幅度的提高其強度和承載力，當采用粘結材料與梁板混凝土有序纏繞粘貼后，可以實現構件變形的約束，增強構件局部的抗拉性能。

碳纖維在順纖維方向具有很高的拉伸強度和疲勞強度，而抗壓和抗剪強度相對較低，因此主要適用于混凝土結構構件受拉區域的加固，尤其適用于橋梁等承受動荷載的大中型結構的抗震加固和承載力加固，但因碳纖維布可以加工成圓形或U 型，從而也可以用于混凝土構件的抗壓和抗剪加固；由于碳纖維布具有較高的比強度和比模量，可以改善構件的延性；對于使用空間較小的加固現場，使用碳纖維布進行結構加固是一種理想的方法，因為這樣不會減少使用空間；對于同時需要提高耐久性的結構構件來說，應用碳纖維布進行加固也是一種有效的方法，因為碳纖維布既可以提高構件的承載力，又不易老化，耐腐蝕，起到了保護結構的作用。

二、碳纖維復合材料加固混凝土結構技術的主要優點

（1）高強、高效

碳纖維作為一種復合型材料，具有很高的抗拉強度，一般≥3000MPa，相當于一般鋼材的7-10倍左右，并且其彈性模量也比較高，能夠適應強度的變化；延伸率較小，密度在1.8g/cm²左右，可以充分利用其優異的力學性能來提高混凝土結構的承載力、延性、抗裂性，以達到高效、高強加固修復混凝土的目的。

（2）施工簡便, 加固周期短

碳纖維不同于其他的鋼筋材料，由于質量比較小，不需要大型的機械進行施工，這就節約了成本，并且不受施工空間的限制，對周圍的環境影響也小，在某些情況下，能夠保證施工；并且具有加固周期短，在施工中只需要將碳纖維布粘貼在結構的表面達到固化，就能滿足要求。

（3）施工質量容易保證

碳纖維布加固構件的施工質量標準主要反映在碳纖維布粘貼的密實程度。由于碳纖維布是柔性的, 很容易粘貼在結構表面上, 使碳纖維布與混凝土表面粘貼密實, 一般情況下都可以保證碳纖維布的有效粘貼面積不小于95%, 很易滿足碳纖維布加固施工的質量要求。

（4）超強的防水和防腐蝕效果

碳纖維布粘貼固結在混凝土表面, 環氧樹脂膠附著在結構表面, 防水效果好, 可防止鋼筋銹蝕。碳纖維材料具有極佳的耐腐蝕性能, 不必擔心建筑物經常遇到的各種酸、堿、鹽對結構的腐蝕。

（5）適用面廣

碳纖維具有很廣的適用范圍，如工業、民用建筑、水利工程等各種類型結構的不同受力狀況等。不受結構形狀的限制。

三、碳纖維布的增強技術及操作要求

在混凝土構件碳纖維增強過程中，應該做好各項工作，包括混凝土表面預處理、修補凹坑、涂底膠、涂膩子層、粘貼纖維布及增強層表面處理等步驟。

1、卸荷

加固前需要對結構外部約束都進行卸載，防止在加固過程中，約束突然失效，導致加固效果不能達到設計要求。

2、基底處理

首先應該對基底表面進行預處理，因為在混凝土澆筑完成后，可能會在表面出現剝落、蜂窩、空鼓、腐蝕等影響表面平整的現象，對于這些問題應該及時進行處理，利用硬毛刷沾洗滌劑，將混凝土表面所粘污物除去，用冷水沖洗，再進行噴砂或打磨除去1-2mm的表層，并用空氣吹去表面的細粉粒。以15%(體積比)的稀鹽酸涂于混凝土表面，20 min后將其沖洗干凈，用pH試紙測其表面，若呈酸性，可用2%(體積比)的氨水中，然后清洗干凈。再利用混凝土角磨機、砂紙等機具清除混凝土表面的浮漿、油污等雜質，構件基面的混凝土要打磨平整，尤其是表面的凸起部分，要用打磨機打磨平整。

3、涂底膠(FP膠)

按主劑∶固化劑=2∶1的比例將主劑與固化劑先后置于容器中，用彈簧秤計量，電動攪拌器均勻攪拌，根據現場實際氣溫決定用量并嚴格控制使用時間。一般情況下1 h內用完。用滾筒刷將底膠均勻涂刷于混凝土表面，待膠固化后(固化時間視現場氣溫而定,以指觸干燥為準)再進行下一工序施工，一般固化時間為2d～3d。

4、找平

（1）混凝土表面凹陷部位應用FE膠填平,模板接頭等出現高度差的部位應用FE膠填補,盡量減小高度差；（2）轉角處也應用FE膠修補成光滑的圓弧,半徑不小于10mm。

5、粘貼

（1）按設計要求的尺寸及層數裁剪碳纖維布，特殊要求，碳纖維布長度應在3m之內；（2）調配、攪拌粘貼材料FR膠(使用方法與底膠FP相同)，然后均勻涂抹于待粘貼的部位，在搭接、混凝土拐角等部位要多涂刷一些；（3）粘貼碳纖維布，在確定所粘貼部位無誤后剝去離型紙，用特制滾子反復沿纖維方向滾壓，去除氣泡，并使FR膠充分浸透碳纖維布。多層粘貼應重復上述步驟，待碳纖維布表面指觸干燥后方可進行下一層的粘貼；（4）在最后一層碳纖維布的表面均勻涂抹FR膠；（5）碳纖維布沿纖維方向的搭接長度不得小于100mm，碳纖維端部固定用橫向碳纖維或粘鋼固定。

6、保護

當粘貼好碳纖維布以后，應該對表面做好養護工作，可以在表面涂抹防火涂料等方法進行保護。

7、加固施工要點

（1）在加固前，需要對構件上的約束進行卸載，這項工作是最容易被忽視的環節，應為在實際施工中，混凝土構件在負荷外包CFRP時，外包的CFRP相對于混凝土表面存在一定的滯后，當CFRP還沒有粘貼完成時，就出現了構件斷裂的事故，這種效應將降低CFRP的補強效果，不能發揮碳纖維布的高強抗拉性能。

（2）在鋼筋混凝土結構進行加固時，其彎角的半徑不得小于20mm，以減小應力集中現象，但是在實際施工中，常常出現裂縫的地

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[關鍵詞]預應力；碳纖維布；補強加固；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

由于纖維弱強塑料具有很高的強度重量比、極好的耐腐蝕性能及耐久性、施工便捷等優點，這種材料已廣泛地慶用于很多國家和地區的土木結構補強加固上，尤其是對橋梁和結構大梁的加固。但是，我們在工程實踐及試驗研究中發現，用此方法加固的構件中的碳纖維布在梁中主筋屈服以后其高強度特點才得以發揮，在混凝土梁破壞時，粘貼的碳纖維布中的拉應力僅為其抗拉強度的10%~20%，對梁的開裂荷載和屈服荷載提高程度有限，對梁在使用階段的各項性能的改善作用也有限。為了更加充分而合理的利用碳纖維布的高強度特點，宜將碳纖維布進行預張拉后再用于結構的加固，以便使碳纖維布可以較早的參加工作，從而使其高強度的特點得以發揮，又可以使加固梁的承載力有所提高。文獻[1]、[2]對預應力碳纖維布加固受彎構件的施工工藝進行了詳細介紹。本文通過理論分析，闡述了預應力碳纖維布加固受彎構件的工作原理，并通過計算對比施加與未施加預應力時碳纖維布的加固效果。

2受力分析

2.1張拉時的應力分析

假設被加固梁在受力以前施加給碳纖維布的力為N0，碳纖維布的預張拉應變為，碳纖維布所提供的拉力為 （1）

式中，為碳纖維布的橫截面積；為碳纖維布的彈性模量。由于此時梁處于彈性范圍內，所以，由力的平衡關系及材料力學公式可以計算出此時梁下邊緣混凝土所受的預壓應力為

（2）

式中，為換算截面形心軸距梁截面下邊緣的垂直距離；為換算截面慣性矩；為換算截面面積。

2.2放張時的應力分析

撤去張拉機構后，由于外力的改變，將引起梁的變形以達到新的平衡，從而引起預應國和的改變。假設在本階段，碳纖維布的拉應變增量為，則在張拉結束時碳纖維布總拉力為

（3）

此時，梁下混凝土的應力為 （4）

2.3消壓階段

當受彎構件在外荷載作用下，其下邊緣混凝土建立起來的預壓應力恰好全部被外加彎矩產生的應力抵消時，稱為消壓階段。此時，由在截面下邊緣產生的拉應力為，于是得到

（5）

設這個階段碳纖維布的應變改變量，這里令碳纖維布達到消壓狀態時的總應變為，則有

（6）

此時碳纖維布的總拉力 （7）

2.4開裂階段

此處為分析方便，忽略中和軸的改變量及拉區混凝土彈性模量的變化。當受彎構構件在達到消壓狀態后繼續加載，并使受拉區混凝土應力達到時，裂縫即將出現，此時外荷彎矩即為開裂彎矩。 （8）

式中，截面抵抗矩塑性系數；為混凝土抗拉強度；為換算截面下邊緣的彈性抵抗矩。

2.5鋼筋屈服階段

鋼筋屈服時，加固梁應力、應變如圖1所示。圖中為混凝土的壓應變；為由消壓狀態到鋼筋屈服階段時碳纖維布應變增加量；為混凝土受壓區高度；為混凝土合力C作用點至受壓區混凝土邊緣的距離。此時，碳纖維布的總應變為消壓狀態時的應變加上本階段應變增加量，即 （9）

則碳纖維布的合力為 （10）

屈服彎矩可由式求出

（11）

上式右邊前兩項即為不施加預應力的受彎構件屈服彎矩的計算式，后一項為由于預應力的原因而使屈服彎矩提高的部分。由于一般梁在正常使用情況下要求使用荷載（恒載+活載）下的彎矩不應超過屈服彎矩，以保證結構的正常使用。因此，利用預應力碳纖維布加固的梁比普通碳纖維布加固的梁的正常使用范圍大。

2.6極限彎矩的計算

預應力碳纖維布加固的受彎構件破壞形態主要分為兩種：受壓區混凝土被壓壞導致的構件破壞及碳纖維布被拉斷導致的構件喪失絕大部分承載力。這兩種破壞的界限點為界限破壞，即預應力碳纖維布斷裂時恰好受壓區混凝土被壓壞，其應力-應變關系如圖2所示，

此時壓區混凝土的合力可由等效矩形應力圖求得 （12）

式中，為混凝土極限應變；為碳纖維布極限應變。主筋及碳纖維布合力：

（13）

由力的平衡可求得界限破壞時碳纖維布面積：

（14）

圖2界限破壞時的應力-應變

為了充分利用砼與碳纖維布的強度，建議加固時碳纖維布的面積取值與相差不大。

（1）當是，破壞形式為碳纖維布被拉斷，如果與相差不大，則有

（15）

由此可以求出，然后即可求出界面的極限彎矩為

（16）

（2）當時，破壞形式為混凝土被壓，破壞時的應力、應變關系見圖3。假設此時碳纖維布的應變比消壓狀態增加了，由應變關系可的：

（17）

設此時碳纖維的總應變為，則

（18）

碳纖維布的總拉力為。由及式（17）聯立求解出及，則極限彎矩可由下式計算：

（19）

圖3計算極限彎矩時的應力-應變（）

3算例

本文對一根矩形截面簡支梁進行計算，對比其加固前后以及預應力加固和非預應力加固的效果。梁的截面尺寸及配筋情況見圖4。混凝土強度設計為C25。梁中主筋采用I級筋。碳纖維布彈性模量，極限抗拉強度為3550Mpa，厚度為0.167mm。各混凝土梁的開裂荷載Pcr、屈服荷載Py、極限荷載Pu及提高情況見表1。

從表中可以看出，不論用哪種方法加固，對梁正截面極限承載力均有不同程度的提高。另外，從計算結果還可看出，利用不加預應力的碳纖維布加固后的梁與未加固梁相比，其極限荷載提高明顯，而對于開裂荷載和屈服荷載提高有限。L1與L2相比，開裂荷載提高18.2%，屈服荷載提高28%，提高程度不大，而極限荷載提高幅度達到85.2%，有較大幅度的提高。說明碳纖維布主荷載、屈服荷載、極限荷載均有較大幅度的提高。如本例L3與L1相比，開裂荷載提高了81.2%，屈服荷載提高了70%，極限荷載提高了85.2%。從計算數據可以看出，利用預應力碳纖維布加固相比一般的碳纖維布加固而言，鋼筋屈服之前的承載力有了較大幅度的提高。這是因為由于預應力的存在，碳纖維布在梁未開始受力以前已經有較大的應變，當主筋屈服時，有預應力的碳纖維布的應變要遠高于沒有預應力的碳纖維布的應變，從而提供較大的拉力，使屈服荷載比用不施加預應力的碳纖維布加固的梁更高。

表1預應力碳纖維布加固梁計算值對比

梁編號 加固措施 開裂彎矩（KN?m） 提高程度% 屈服彎矩（KN?m） 提高程度% 極限彎矩（KN?m） 提高程度%

L1 未采取加固措施 7.7 17.5 18.9

L2 非預應力碳纖維布加固 9.1 18.2 22.4 28 35 85.2

L3 預應力碳纖維布加固 14 81.2 29.75 70 35 85.2

4結束語

從本文的分析可以看出，利用預應力碳纖維布加固混凝土受彎構件可以使碳纖維布提前參與工作，從而取得更好的加固效果，特別是由于被加固梁主筋屈服前碳纖維布即可有較大應變，因此，相比于普通碳纖維布加固構件，該方法對梁在使用階段的性能改善明顯。

參考文獻

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[2] 彭暉，尚守平，王海東. 預應力碳纖維布加固受彎構件的施工工藝[J]. 西部探礦工程，2004

[3] 吳剛，安琳，呂志濤. 碳纖維用于鋼筋混凝土梁的抗彎加固的試驗研究[J]. 建筑結構，2000

[4] 趙彤，謝劍，載自強. 碳纖維布加固鋼筋混凝土梁的受彎承載力試驗研究[J]. 建筑結構，2000

篇6

論文關鍵詞：粘貼碳纖維布,加固,梁式橋,后橋溝橋

一、后橋溝橋概況

后橋溝橋是我局管轄的位于國道308線的一座小橋，它始建于1989年。上部結構是簡支空心板，下部結構是樁柱蓋梁式墩臺。橋跨組合為3×10米，橋寬組合0.5+17+0.5，由于G308線是“西煤東輸”的重要干線，載重量大，交通量很大，為解決日益嚴竣的交通問題，該線在2002年得以改建，路面由10m加寬到15m,橋面由11m加寬到17m。限于資金問題，該橋的舊橋部分仍使用舊橋板。隨著時間的推移，該橋的病害日益顯露出來。2007年省橋檢中心把它鑒定為三類橋。存在的主要病害是舊橋面板板底大多出現了橫向裂縫、縱向裂縫，尤其第3孔的第9號板出現了一條較為嚴重的縱向裂縫，長3m，縫寬2mm。

二、病害產生的原因

1.裂縫的產生主要是由于板底混凝土保護層薄，鋼筋銹蝕，脹裂混凝土。

2.橋齡長，橋板混凝土出現累積損傷裂縫，混凝土開裂，鋼筋銹蝕，鋼筋銹蝕又加劇了混凝土開裂。

三、處治對策

針對該橋出現的問題，2008年7月聊城市公路局養護科、勘測院、省橋檢中心等有關專家對該橋進行會診，決定粘貼碳纖維布對該橋進行加固，以滿足承載力，保證行車安全。

四、碳纖維布的特點

碳纖維是一種新型建材，具有輕質高強、耐腐蝕、施工簡便，能適應各種復雜形狀結構的特點，且不影響結構的尺寸和外觀,并且加固后的碳纖維布幾乎不需要什么維護工作，可降低后期養護費用。

五、針對各塊板出現的病害程度不同，制定以下施工方案；

(一)確定處治范圍

1、粘貼三道碳纖維布的橋板

第一孔第2、4、5、7、8塊板

第二孔第3、4、7、11塊板

第三孔第3、6、9塊板

2、粘貼二道碳纖維布的橋板

第一孔第11、12塊板

第二孔第1、12塊板

第三孔第12塊板

(二)作業區封閉交通

1、在作業區上游200米處設置施工警告標志，用錐標隔離出工作區，工作區寬度為10m。

2、在警告區內設置施工標志，限速標志，在上游過渡區起點至下游過渡區終點之間放置錐標。

(三)粘貼碳纖維布施工步驟

3.1施工工藝

施工準備工作結構混凝土表面處理配制涂刷底膠用找平材料對表面進行修補配制涂刷浸漬樹脂粘貼碳纖維布涂刷浸漬樹脂表面防護處理

3.2混凝土表面缺陷處理

3.2.1用磨光機或砂輪對混凝土的表面如蜂窩、麻面、腐蝕、剝落、風化、浮漿、不潔物等清除干凈至密實面。

3.2.2檢查外露鋼筋，若有銹蝕需除銹，再刷紅丹油漆。

3.2.3修補裂縫。對縫寬小于0.2mm的裂縫采用環氧樹脂進行封閉，對縫寬大于0.2mm的裂縫，則用環氧樹脂膠進行灌縫處理。

3.2.4粘貼碳纖維布范圍的定位劃線應按設計要求進行。

3.2.5構件表面因施工原因造成的凸出部位，用磨光機或砂輪磨平，高差不得大于1mm.

3.2.6對構件表面存在的棱角，用磨光機磨成圓角，圓角半徑宜大于30mm，不得小于20mm。

3.2.7對混凝土表面殘缺部分，剔除松散混凝土后用高于原構件混凝土強度的砂漿修補至表面平整。

3.2.8用高壓水或壓縮空氣除凈構件表面的粉塵，并使其充分干燥。

3.3涂刷底膠

3.3.1把按化例調配好的底膠主劑和固化劑稱量準確后放入容器內，拌和均勻，一次調和量應以在可使用時間內用完為準，超過可使用時間的不得使用。

3.3.2用滾筒刷均勻地涂抹底膠，需要涂刷2層時，應在第一層指觸干燥后再涂刷第2層。

3.3.3指觸干燥時間因氣溫不同而在3小時至1天之間變化。

3.3.4底膠硬化后，在構件表面有凸起時，要用磨光機或砂紙磨平。

3.3.5根據施工部位的溫度、濕度選擇適當的底膠。在氣溫5℃以下，相對濕度大于85%，混凝土表面含水率在8%以上，雨天或有結露可能而無有效保障措施時，不得施工。

3.4刮找平膠

3.4.1碳纖維布只有與所加固補強的混凝土表面緊密接觸，才能產生良好的補強效果。構件表面如蜂窩、麻面、小孔等的存在是碳纖維布材料粘貼不嚴密而造成起鼓的原因，應用找平膠填平，修復至表面平整。

3.4.2找平膠涂刮后，表面上的糙紋，應用砂紙打磨平整。

3.5粘貼碳纖維布

3.5.1為防止碳纖維受損，在纖維布運輸、儲存、裁切和粘貼過程中，都不得使它受到過度彎折。因此，粘貼碳纖維布前用夾子切斷器按規定尺寸切斷碳纖維布，每段長度以不超過6m為宜。

3.5.2碳纖維布裁切時應預先在裁切位置粘貼寬膠帶，在寬膠帶正中位置進行裁切，以保證裁切后碳纖維布的切口整齊。

3.5.3粘貼纖維布前要確認施工面的樹脂膠和找平膠等修補材料已達到指觸干燥。

3.5.4把浸漬樹脂的主劑和固化劑按規定的比例稱量準確，裝入容器，攪拌均勻。一次調和量應以在可使用時間內用完為準，超過可使用時間的不得使用。

3.5.5粘貼前用滾筒在粘貼面上均勻地涂抹浸漬樹脂膠稱為下涂。下涂涂量標準：200g/m的纖維布，用400g-500g/m；300g/m的纖維布，用600-700g/m。

用量是根據施工部位和粗糙程度而變化的，拐角部位、纖維布搭接部位以及殘缺修補處要多用一些。

3.5.6纖維布縱向接頭必須塔接10cm以上，該部位應多涂浸漬樹脂，橫向不需要搭接。

3.5.7粘貼時應依設計位置由上而下，由左至右有秩序地粘貼，碳纖維布內不應留有空隙。為此可用滾筒沿纖維方向在碳纖維布上滾壓多次，以使浸漬樹脂充分滲浸入纖維中，同時以壓板去除氣泡。即時觀察貼片是否粘結密實，若發現有間隙或氣泡，應及時處理。

3.5.8碳纖維布粘貼30-60分鐘(根據干燥程度)后，再用滾筒在碳纖維布表面均勻涂抹浸漬樹脂稱為上涂。上涂時滾筒沿纖維方向滾動，注意不能將已貼好的纖維布粘起。上涂涂量標準：200g/m的纖維布，200-100g/m；300g/m的纖維布，300-200g/m。上涂和下涂一樣，用壓板沿纖維方向用力刮2-3次，使纖維內部充滿浸漬樹脂。

3.5.9上涂后3-4小時進行空鼓檢查，參照《碳纖維片材加固修復混凝土結構技術規程》檢查纖維布空鼓率、拉拔強度、粘結劑厚度等項目。

3.5.10如纖維布表面出現空鼓，需進行修補，方法如下:

(1)注入浸漬樹脂法：在纖維布上打開2個以上的孔，使用注射器注入浸漬樹脂，此類方法用于初期硬化后。

(2)補丁修補法：當浸漬樹脂完全固化后，無法用割刀切開或注入樹脂后，或纖維布表面出現褶皺或松馳時，應采用此法割去不良部分，重新粘貼碳纖維布。

3.6養護

3.6.1粘貼碳纖維布后，需自然養護24小時達到初期固化，并保證固化期間不受干擾。

3.6.2碳纖維布粘貼后達到設計強度所需自然養護的時間：當平均氣溫在20℃以上時需要1周。

3.7涂裝

3.7.1涂裝應在樹脂初期固化后進行，并應遵守所用涂料的相關標準和施工規定。

3.7.2涂裝材料應根據需要選用耐候性材料、耐火材料。并與加固構件外觀顏色一致。

3.8對原材料與施工機具的要求

3.8.1所有施工材料，包括碳纖維布和膠結材料都必須符合設計要求，這是保證工程質量的前提。

3.8.2成卷材料在運輸、儲存中不得平放、不得擠壓以免碳纖維布受損，也不得日曬和雨淋，膠結材料必須原裝未開封。

3.8.3容器、攪拌設備、刷子、滾筒等工具必須及時清洗干凈，不得殘留膠凝物。

(四)施工質量檢驗標準

1.下涂和上涂樹脂膠滲浸入碳纖維束良好。

2.碳纖維布下全面積內無氣泡、空鼓、褶皺、松脫、翹起等現象。

3.纖維布縱向搭接長度不小于10cm，各幅及各層之間搭接部位不得位于同一斷面處，必須錯開至少20cm。

4.纖維布規格、粘貼位置、長度、寬度、層數符合設計規定。

5.養護需要嚴格遵守自然養護的時間要求。

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Abstract： By taking the load test of carbon fiber strengthening reinforced concrete frame beam for example， this paper introduced the development of the frame beam deflection and crack with load through the field static load test. Then it proposed the performance assessment of frame beams after reinforcement and indicated the development prospect of the carbon fiber reinforcing technology.

關鍵詞： 碳纖維；框架梁；加固；荷載試驗

Key words： carbon fiber；frame beam；strengthen；load test

中圖分類號：TU317 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2015）35-0104-02

0 引言

碳纖維增強塑料（CFRP）加固修補混凝土結構技術作為一項新興的結構加固技術，其原理是利用樹脂類膠結材料將碳纖維材料粘貼于混凝土表面，具有補強加固結構構件及改善結構受力性能的作用。該技術具有施工工藝簡單、加固效果良好、耐久性強等優勢，具有廣闊的應用前景，在我國加固工程中發展迅速，并頒布了《碳纖維片材加固混凝土結構技術規程》。

1 工程概況

某商住樓工程為地上十五層、地下一層現澆鋼筋混凝土剪力墻結構。該工程因后澆帶拆模過早，局部框架梁有下撓現象，筆者對某工程中的部分框架梁進行了粘貼碳纖維加固設計，為進一步了解碳纖維加固后框架梁的受力性能，確保加固后結構的可靠性，隨機選取了一根已加固框架梁進行了現場加載試驗研究。

2 碳纖維加固框架梁靜載試驗方案

本次框架梁靜載試驗根據現行國家相關規范標準，并結合設計圖紙，檢測在基本荷載組合效應下已用碳纖維加固框架梁的撓度和裂縫寬度開展情況，最終根據檢測結果分析加固效果及承載能力。

2.1 試驗荷載確定

依據相關規范標準規定，荷載效應基本組合為活載標準值的1.4倍和恒載標準值的1.2倍。其中活載標準值為2.0 kN/m2，恒載的標準值為2.5kN/m2，其中扣除已有恒載（樓板自重2.5 kN/m2），試驗時外加荷載總值為3.5 kN/m2。

2.2 加載方案和程序

本次荷載試驗采用工程現場提供的袋裝砂袋進行加載，每袋砂袋質量約為50千克，加載到荷載組合后應在每平方樓板上放置7袋，加載區域如圖1斜線部分所示，加載現場如圖2所示，加載程序如表1所示。

2.3 測點布置

參考相關規范標準，并結合加載程序，在每級加載持荷時間后量測樓面板撓度。需要注意的是一旦在加載過程中發現框架梁撓度超過現行規范允許值，必須及時停止加載。圖3表示百分表測點布置，圖4表示撓度測試現場。

3 試驗結果分析

3.1 撓度變化情況

上文得出了撓度變化數據，首先對該數據進行必要的處理，然后利用Origin軟件對其進行專業制圖和數據分析，標三層框架梁38/（1/0A-B）短期荷載下變形較大的2、3號測點撓度曲線及檢測結果如圖5、圖6、表2所示。

說明：《混凝土結構設計規范》（GB50010-2010）中第3.4.3條規定“受彎構件的最大撓度應按荷載效應的標準組合并考慮荷載長期作用影響進行計算，其計算值不應超過l0/250（當7m≤l0≤9m時）”。

3.2 裂縫發展情況

荷載試驗前，對碳纖維加固框架梁38/（1/0A-B）裂縫情況進行檢查。在加載過程中，當荷載加載至累計荷載依次達到荷載基本組合、荷載標準組合以及卸荷后，在達到持荷時間時分別觀察并記錄相應裂縫開展情況，并未發現明顯裂縫。

4 結論

本文以某沿街商住樓加固工程為例，對碳纖維布加固鋼筋混凝土框架梁進行了荷載試驗研究，詳細介紹了靜載試驗方案的確定、測試數據的處理以及結果評定的方法，研究結果表明：使用碳纖維片材提高鋼筋混凝土受彎構件承載力的補強加固方法是有效的。此外碳纖維布加固技術由于其加固對象廣泛、強度高、自重輕、具有柔韌性能、厚度小、具有良好的耐腐蝕性和抗老化能力、疲勞性能好以及施工方便、不需大型機械等優點可在今后我國加固工程中廣泛運用。

參考文獻：

[1]GB/T50344-2004，建筑結構檢測技術標準[S].

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[3]李忠獻，景萌.在彎矩、剪力和反復扭矩復合作用下的碳纖維布加固RC箱梁抗扭性能試驗研究[J].土木工程學報，2006.

篇8

關鍵詞：碳纖維布 加固

1、 碳纖維加固結構構件技術簡介

碳纖維復合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastic)加固修復混凝土結構技術是近年來興起的一項新型加固技術，該項技術是將碳素纖維這種高性能纖維應用于土木工程，利用樹指類材料把碳纖維粘貼于結構或構件表面，形成復合材料體（CFRP），通過其與結構或構件的協同工作，達到對結構構件補強加固及改善受力性能的目的。

2、 碳纖維加固結構構件技術原理

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用碳纖維材料主要為二種：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，某些種類(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；配套樹指則包括底層樹脂、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、抗剪承載能力，達到對結構構件進行加固、補強的目的。

3、加固工程概況

某110kV變電所建于2000年，因電容器室爆炸燃燒，第二榀框架梁遭到破壞，保護層混凝土開裂、酥松、剝落，下弦鋼筋變形較嚴重，鋼筋受力截面削弱，危及結構安全，影響電力的安全生產。經基建部門、設計部門、加固公司等單位專家一起進行分析比較，選擇粘貼碳纖維布進行加固，防止大梁的過度變形，延長梁的使用壽命。

4、碳纖維布加固框架梁設計

4．1碳纖維布加固的前提

首先，利用回彈法對框架梁混凝土進行檢測，以供加固參考。經檢測，混凝土的實際強度為C30。根據設計圖紙，及現場混凝土、鋼筋的受損情況，考慮提高框架梁的抗拉強度等級，為此，將610mm寬的碳纖維布裁成兩半，分兩層粘貼在框架梁的底面及兩側，加固后，增加了原受拉鋼筋面積，彌補了由于原鋼筋變形而造成的截面削減，構件的承載力得到加強，而且，總體配筋率ρmin≤ρ≤ρmax ，可以滿足使用要求。

4．2碳纖維布的設計

在受彎加固時，應使碳纖維片材的纖維方向與受拉區的拉應力方向一致。因梁底寬度為350mm，而碳纖維布的寬度為610mm，兼顧加固時碳纖維布的幅寬效應及框架梁下的受拉范圍，考慮將碳纖維布裁為兩半，一層為300mm寬，一層為310mm寬，分兩層粘貼在梁的下側；再粘貼100mm寬的碳纖維布“U”形箍；框架梁兩側面上邊緣各粘貼四根100mm寬的碳纖維布條固定碳纖維布“U”形箍。

碳纖維布的主要力學指標

抗拉強（Mpa）

彈性模（Mpa）

延伸率（%）

技術規程指標

≥3000

≥2.1×105

≥1.4

4．3配套樹脂粘結材料的設計

配套樹脂分別由主劑和固化劑配制而成，分為適合于冬天及夏天使用的冬用型和夏用型。主劑和固化劑分別包裝，在現場使用時，應按工藝要求、按照規定的比例混合均勻，以形成所需要的底層樹脂、找平樹脂、粘結樹脂。

①底層樹脂 底層樹脂作用是增強表面混凝土與找平材料或粘結樹脂界面粘結強度；

②找平樹脂 找平樹脂是使表面平整度符合規定要求，并與底層樹脂及粘浸樹脂具有可靠的粘結強度；

③粘結樹脂 粘結樹脂是粘貼碳纖維布的主要粘結材料，其作用是使碳纖維布與混凝土得到充分的粘結，使其共同承受結構的作用。

配套樹脂粘結材料的主要力學性能指標：

正拉粘結強度（Mpa）

剪切強度

（Mpa）

拉伸強度

（Mpa）

彎曲強度

（Mpa）

底層樹脂

找平樹脂

技術規程指標

≥2.5，且大于混凝土抗拉強度的1.2倍

/

/

/

粘結樹脂

技術規程指標

同底層樹脂

≥10

≥30

≥40

4、 施工準備

（1）、主要材料：底膠、粘著膠、碳纖維布。

（2）、輔助材料：低速攪拌器、專用滾筒、角向磨光機、剪刀、鑿子、刮板、吹風機、榔頭、量具等。

（3）、搭設腳手架：

按安全規程要求搭設好腳手架，高度以滿足施工要求和施工方便。

5、 施工程序

表面處理修補找平定位、下料膠料配制粘貼碳纖維布表面防護檢驗、驗收。

6、 施工方法

（1）、表面處理：清理粘貼部位混凝土表層，打磨平整，并用MA砂漿修補，平整度應達到5mm/m；框架梁、柱節點轉角粘貼處須打磨成圓弧狀，圓弧半徑不小于20mm。表面打磨后用吹風機吹凈，并用PT劑清洗干凈。

（2）、修補找平：被加固的框架梁混凝土保護層部分疏松，應清除直至露出結構層；局部裂紋、蜂窩用MA砂漿修補表層修復平整。

（3）、膠料配制：按稱量比例調制粘結膠，調制前對A、B兩組按規定比例分別攪拌，混入后再充分攪拌。

（4）、粘貼碳纖維布：按設計要求的尺寸裁剪碳纖維布，將配制好的粘結膠均勻涂抹在粘貼部份的混凝土面層上；鋪貼碳纖維布，并用滾筒沿碳纖維布纖維方向多次滾壓，使粘結膠充分浸透纖維中。

（5）、表面防護：在粘貼好的碳纖維布最后一層均勻涂抹一道粘結膠。

（6）、檢驗：粘貼完工后，按規程進行檢驗。

7、 施工要求

（1）、表面處理：混凝土表面應露出結構，本體潔凈。構件轉角應成圓弧狀，半徑不小于20mm。

（2）、修補找平：經表面處理后的粘貼面平整度應達到5mm/m，有段差轉角部位、凹凸部位應用MA砂漿找平，抹成平滑曲面。

（3）、膠料配制：膠料應嚴格按比例配制，調膠使用的工具應為低速攪拌器，攪拌應充分均勻，配制攪拌后的膠料應無沉淀、色差氣泡，并應防止灰塵雜質混入膠料。

（4）、粘貼碳纖維布：應按設計要求裁剪碳纖維布，不得損傷橫向織物面，涂抹粘結膠應均勻，鋪貼應平整無氣泡。

（5）、表面防護：在粘貼好的碳纖維布上應涂抹粘結膠一道，進行防護，涂抹應均勻充分，不應漏涂。

（6）、檢驗：粘貼完工經固化后，進行檢驗。密實度可用小錘敲擊構件粘貼表面，通過不同聲音判別密實情況。密實度應達到相關規定，否則應重新修補后再檢驗。

8、 質量檢驗及驗收標準

（1）、纖維產品應按設計圖紙要求選用，技術指標必須符合有關規定，所用纖維產品應有產品質保書。

（2）、粘結膠料應按設計要求選用，符合基本性能要求，所用膠料產品應有產品質保書。

（3）、施工質量檢驗及驗收標準。

序號

檢驗項目

合格標準

檢驗方法

頻數

1

粘貼位置

與設計要求位置比較，中心偏差≤10mm。

鋼尺測量

全部

2

粘貼量

≥設計數量

實測計算

全部

3

粘貼質量

（1）

單個空鼓面積

（2）

空鼓面積站總粘貼面積

錘擊法或其它方法

全部或抽樣

7、結論

根據加固原理可知，在施工前必須選擇合適的粘結劑，認真查看材料的質保書及使用說明，掌握材料的各有關參數，以確保它有足夠的強度，能保證碳纖維絲共同工作，同時又確保碳纖維布與結構共同工作；在施工過程中，參照使用說明，每道膠都必須處理好，特別是粘貼碳纖維布的膠，應盡可能讓膠充分地滲入到碳纖維絲之間（細部空鼓處，可用針筒注射膠），確保相互共同工作。通過對某110kV變電所工程實例的施工操作，深深體會到碳纖維結構加固技術簡介中介紹的各項優點，該工程施工時，在確保安全的前提下，僅使用了簡單的腳手架，而且，碳纖維布裁剪非常方便，可以根據形狀及尺寸隨意裁剪，在各種支架的遮擋處可以隨意穿過，施工非常方便；另外，從2005年4月28日加固后到現在，一切使用良好；該工程從開工到結束僅7天（包括搭、拆腳手），工程總費用僅為16772.00元。

由此可見，碳纖維材料加固結構技術的優點很明顯，應用前景很光明。

8、探討

粘貼碳纖維結構加固技術是一種新型的加固技術，已經得到較為廣泛的應用，并已產生較大的經濟效益；在混凝土結構的加固中，碳纖維布主要是分擔鋼筋的受力，即碳纖維布的主要作用是提高結構構件的抗拉強度和抗變形能力，減少裂縫的開展，那么在正常使用狀態中，碳纖維布與鋼筋混凝土一起各發揮了多少作用呢？它們的應力狀態如何呢？在其它結構構中，碳纖維布能否也起到加強抗拉強度的作用呢？這些問題有待工程技術人員進一步研究、開發。

參考文獻：

[1]. 《混凝土結構加固技術規范》 CECS25：90

[2]. 《建筑抗震加固技術規程》 JGJ116-98

[3]. 《碳纖維片材加固修復混凝土結構技術規程》 CECS146：2003

篇9

【關鍵詞】碳纖維布；砌體結構；加固

由塊體（磚、石材、砌塊）和砂漿砌筑而成的墻、柱作為建筑物主要受力構件的結構稱為砌體結構。砌體結構是磚砌體、砌塊砌體、石砌體建造的結構的統稱。最早砌體結構在設計時只考慮了豎向荷載（重力荷載），沒有考慮水平荷載，不考慮地震荷載，抗震能力較差。由于磚砌體材料屬于脆性材料，其抗拉、抗剪和抗彎強度都比較低且自重較大，所以一旦發生較強的地震，磚砌體結構的破壞往往較為嚴重，磚砌體結構的抗震加固就顯得十分重要。針對這種情況單純的推倒重建不現實，唯一的途徑便是采取適當的措施對砌體結構建筑進行加固處理，使這些建筑仍能滿足人們對建筑安全性、適用性和耐久性的要求。碳纖維布加固技術的運用能夠經濟有效的解決該問題，值得我們對此進行進一步研究。

一、 砌體結構存在的常見問題：

砌體結構建筑物與鋼筋混凝土建筑物相比，它的抗剪、抗拉和抗彎的性能都較差，加之有些砌體建筑物的建造年代較早，缺乏抗震設防的概念，對抗震設防不夠重視，沒有進行專門的抗震設計，其結構上也存在著一些問題。

1、建筑物高度和層數不符合現行規范要求。

砌體結構相對于框架結構而言，房屋的整體穩定性較差，且砌體結構是靠墻體承重，建筑物過高的話，墻體材料的強度滿足不了承載力的要求。

2、墻體的破壞是砌體結構房屋震害最常見的形式。

磚墻的抗拉和抗剪強度都較低，變形能力也較小，當墻體布置在平面內不閉合、構造柱不按要求布置、間距過大，縱橫墻連接較差以及樓屋蓋構件的支撐長度不滿足要求，墻體的整體性就表現得很差，其抗震能力與混凝土結構相比就顯得較低。砌體房屋底層的受力構件所承受的地震剪力最大，如果底層的抗剪強度不足，在地震作用下底層墻體首先倒塌，當上部房屋整體性較好時，則上部樓層整體墜落，但未倒塌；當上部整體性較差時，會導致房屋整體倒塌。墻體在地震作用下由于其受力特點的不同，裂縫形式也多樣化，主要有水平裂縫、斜裂縫及交叉斜裂縫。其破壞形式主要有承重橫墻的破壞，窗間墻的破壞和墻角的破壞。

二、常見的砌體加固方法

1、鋼筋網水泥砂漿面層加固法

鋼筋網水泥砂漿面層加固法，是指在原來磚砌墻體的一側或者兩側按要求錨固鋼筋網并且涂抹一定厚度的水泥砂漿面層，使得鋼筋網通過砂漿面層的粘接與原來的磚砌墻體承擔共同作用，用來提高原來磚砌墻體的抗震性能。

2、砌體結構構造性加固法

砌體結構通過加設構造柱、圈梁提高房屋的整體抗震性能有很好作用，從地震發生的破壞來看，合理設置圈梁和構造柱的房屋破壞情況要明顯好于未設構造措施的房屋。

3、粘貼纖維復合材加固法

粘貼纖維復合材加固方法可有效提高開門窗洞口墻砌體的抗震性能和抗剪承載力，此法主要適用于燒結普通磚墻平面內受剪加固和抗震加固，采用纖維復合材加固時還應有相配套的結構膠粘劑。

4、外包型鋼加固法

要求大幅度提高其承載能力，在不允許顯著增大原構件截面尺寸的情況下，在構件四周或兩個角部包以型鋼并焊接綴板，對原柱形成約束，提高砌體柱承載力和變形能力。具有施工簡便、現場工作量和濕作業少，受力可靠等有點，但用鋼量較大，相對混凝土圍套加固費用較高，并需采用類似鋼結構的防護措施。

三、碳纖維布加固技術

碳纖維布 （Carbon Fiber Sheet，簡稱 CFS）結構加固技術是指采用高性能粘結劑將碳纖維布粘貼在建筑結構構件表面，使兩者共同工作，提高構件承載能力，由此達到對建筑物進行加固補強的目的。碳纖維布又稱碳素纖維布、碳纖維編織布、碳纖維預浸布、碳纖維加固布等 。碳纖維加固布是一種單向碳纖維加固產品，通常采用12K碳纖維絲織造。

碳纖維布加固技術是纖維增強塑料應用技術中一種使用較普遍、性能較好的結構外部加固新技術。

1、碳纖維材料具有優異的物理力學性能，適用于結構加固領域，是一種優良的結構加固材料，主要表現在以下幾個方面

（1）力學性能：碳纖維材料的密度較小，不到鋼材的1/4，但碳纖維布抗拉強度一般都在2000MPa

以上，是鋼的7至9倍，彈性模量高于鋼，一般在為2300至4300MPa之間；

（2）耐腐蝕性：碳纖維材料的耐腐蝕性能較好，一般酸、堿性材料對碳纖維材料沒有腐蝕性能；

（3）電性能：碳纖維是由聚丙烯睛基在高溫下處理得到的，隨著處理溫度的不同，纖維的石墨化程度提高，相應的纖維的電導率也提高，逐步接近半導體；

（4）耐磨性：碳纖維材料具有良好的自性能，摩擦系數小，耐磨，塑料中加入碳纖維后，磨損率可降低1000倍。

碳纖維布配套粘結材料是被加固構件與碳纖維布共同受力的保證，具有抗沖擊力、抗老化、耐疲勞等優異性能，因此在碳纖維布加固中得到廣泛應用。碳纖維布粘結材料分為配套的底層樹脂、找平材料、浸漬樹脂和粘結樹脂。

纖維增強復合材料主要有碳纖維增強復合材料CFRP，芳綸纖維增強復合材料AFRP和玻璃纖維增強復合材料三大類。

2、施工工藝

（1）施工準備。根據擬定的施工方案和施工計劃，對所使用的碳纖維材料、配套樹脂、機具等作好施工前的準備工作。在需要加固的磚墻表面做好標示。

（2）表面處理。清除磚墻表面剝落、疏松、蜂窩、腐蝕等的磚塊，將需要粘貼碳纖維布的磚墻表面打磨平整，除去表層浮漿、灰塵等雜質，直至完全露出磚結構新面，再用壓縮空氣將磚墻表面吹干凈。對于裂縫按設計要求進行灌縫或封閉處理。在粘結碳纖維布前用丙酮將磚墻表面清洗一遍，并使其干燥。

（3）涂刷底層樹脂。 按產品商提供的工藝規定進行配制底層樹脂，用軟毛刷將配制好的底層樹脂墨線標示的加固區域涂刷一道，使底膠充分滲透到磚墻和砂漿表面。

（4） 粘貼碳纖維布。按設計要求的尺寸裁剪碳纖維布。

（5） 表面防護及養護。

3、碳纖維加固技術的優點

（1）優異的物理力學性能。在對建筑結構進行加固補強過程中可以充分利用其高

強度、高彈性模量的特點來提高結構及構件的承載力和延性，改善其受力性能，達到加固補強的目的；

（2）施工便捷。施工工效高，不需要大型施工機具，施工占用場地少。

（3）具有極佳的耐腐蝕性能及耐久性能。有關試驗表明，碳纖維布可以抵抗結構經常遇到的各種酸、堿、鹽的腐蝕。使用該方法對結構進行處理后，不僅不需要如粘貼鋼板所需要的定期防銹維護，而且其本身也可以起到對結構內部的保護作用；

（4）施工質量易保證。

四、總結

粘貼纖維材料加固是近十幾年發展起來的新型加固技術。該方法不僅能提高墻體的開裂荷載和極限荷載，改善墻體的變形能力，而且較傳統的加層加固不增加構件的自重及體積、適用面廣，相比于鋼筋網其材料耐腐蝕性強，具有廣闊的應用前景。

參考文獻：

[1] 李謹.多層磚砌體結構圖梁和構造柱的抗震作用及加固[J].住宅科技，2011.

篇10

【關鍵詞】碳纖維布；加固鋼筋；混凝土；橋梁；T形梁

0 前言

預應力混凝土和鋼筋混凝土的出現使得各類結構向超大跨徑、大跨徑、超高層、高層方向發展成為了可能，它的出現在人類橋梁史上具有非常重要的意義。但在發展的這幾十年中，預應力混凝土和鋼筋混凝土的弊端也在實踐運用中逐漸的暴露出來了，其中主要體現在以下兩個方面：①由于時間已久，其材料就會出現腐蝕、老化等情況，而此時的結構就會因為材料和一些人為的因素而開裂，這就大大降低了結構的承載能力；②在預應力混凝土和鋼筋混凝土結構中，鋼筋銹蝕是普遍存在的問題，然而結構的承載能力會在鋼筋尤其是預應力鋼筋銹蝕后大大下降，對于那些銹蝕比較嚴重的情況，其結構就很可能會出現失效。此外，在處理結構加固時，經常會遇到預應力鋼筋和鋼筋完全銹蝕的情況。所以，研發新型的結構加固材料的任務就勢在必行。碳纖維增強復合塑料是土木工程領域里最常用的FRP材料之一，它以高強度纖維為增強相，以樹脂為基體組合而成，是一種先進的復合材料。它在混凝土結構工程加固領域得到廣泛的運用，主要是因為它具有徐變低、高強度、自重輕、熱膨脹系數低、抗腐蝕性能良好以及彈性模量適中、耐疲勞等優點。本文主要是利用碳纖維加固鋼筋混凝土對T形梁進行試驗，根據橋梁鋼筋混凝土T形梁的正截面受彎性能進行研究探討。

1.1 試件設計

本組試驗所有試件的配筋和截面尺寸都相同，U型箍錨固和所貼碳纖維布的層數是各試件的區別所在。右圖1就是該試件截面尺寸，試件長度l為7000mm，其中梁的混凝土強度等級為C30，配筋率為 0.85%。它的架立和上部受壓鋼筋為6根直徑為12的HRB335級鋼筋，受拉縱筋為3根直徑為22的HRB335級帶肋鋼筋；翼緣和腹板箍筋在純彎區段為φ8@200，在剪跨區為φ8@100。這主要是為了更好的比較，本組試驗總共設計了4個試件的試驗，4個T梁中有3個T梁是用碳纖維布加固另外1個沒有加固，不加固鋼筋混凝土梁為TL1，不加 U型箍粘貼2層碳纖維布加固的鋼筋混凝土梁為TL2，加U型箍進行錨固并粘貼2層碳纖維布加固的鋼筋混凝土梁為TL3，加U型箍進行錨固并粘貼4層碳纖維布加固的鋼筋混凝土梁為TL4。該實驗所選用的碳纖維布是辰日株式會社生產的碳纖維布（HT300），該碳纖維布HT300物理性能指標如下表1 所示。

1.4 數據量測

本組試驗主要通過百分表、位移計和電阻應變片來量測試驗中需要量量測的數據。需要量測的項目有：T梁跨中撓度、加載點及支座處位移和轉角、梁縱筋應變、箍筋應變、混凝土跨中截面處應變、碳纖維應變和裂縫開展情況。

2 試驗結果及分析

各試件的試驗特征值及破壞特征如表2、表3所示。表中Pcr、Py 、Pu分別表示混凝土梁的開裂荷載、縱筋屈服荷載、極限荷載，αcr、αy、αu分別表示加固后各梁的開裂荷載、屈服荷載、極限荷載與對比試驗梁 TL1 對應值的比值。

（1）鋼筋混凝土適筋梁的破壞特征與該實驗中的TL1的破壞特征相符合。

（2）TL2中的鋼筋屈服和鋼筋混凝土梁的開裂得到推遲，這主要是因為TL2采用了碳纖維布加固。但是實驗中梁的極限承載力并沒有得到明顯的提高，這主要與加載后期碳纖維布大面積剝落存在較大關系。此外，裂縫的伸長也受到碳纖維抑制。

（3）TL3比較于TL1，其屈服荷載、極限荷載和開裂荷載都有較大的提高，其中極限荷載提高幅度達到了百分之三十，由此可見加固的效果是十分明顯的。TL3和TL2相比較可得，U型箍的布置在結構加固中的是非常重要的，U型箍不僅僅可以提高了碳纖維布的利用率，而且還能夠更好的錨固碳纖維布。TL3的裂縫不僅僅密而且還非常細，而在純彎區中裂縫卻是比較均勻。

（4）加固效果最明顯的就是TL4，TL4與TL3相比，其極限荷載提高幅度達到百分之十，其TL4裂縫比TL3的裂縫更短，且更細更密。TL4相比于TL1其極限荷載幅度的提高達到了百分之四十三。由此可得，鋼筋混凝土梁的極限承載能力會隨著碳纖維布用量的增加而隨之提高。

3 結論

（1）根據本組試驗可得，梁的極限承載能力得到很大的提高，鋼筋屈服和鋼筋混凝土梁的開裂也能因為碳纖維布的使用得到推遲。

（2）對比得到的試驗結果，要有效的提高梁的強度，就需要將鋼筋混凝土梁進行加固，其一般可以采用底部粘貼碳纖維布法加固。

（3）為了提高鋼筋混凝土梁的承載能力，可以在適當的條件下，適當的增大碳纖維布的用量。

【參考文獻】

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[3]陳緒軍，楊勇新，邢建英，胡玲，汪健根.玄武巖纖維布加固鋼筋混凝土梁抗彎試驗研究[J].鄭州大學學報：工學版，2009（02）.

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[5]陳永秀，陸洲導.碳纖維布加固鋼筋混凝土梁正截面的疲勞性能試驗研究[J]. 四川建筑科學研究，2006（06）.