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摘要：由于采用碳纤维材料进行结构加固技术相比于粘钢加固、外包钢加固、扩截面加固等传统加固技术手段来说，具有轻质高强、耐久性强、施工便捷以及使用面广等许多无可比拟的优势。随着我国不少大城市基础设施建设已由大规模的新建阶段向全面维护阶段更新转变，可以预见，未来采用碳纤维材料进行结构加固技术在市政工程领域也将得到长足发展。
关键词：碳纤维加固技术；市政工程
碳素纤维是在几千高温下制造出的一种高科技产品，碳素纤维加固技术是将碳纤维布（板）用高性能黏结材料粘贴于结构表面，通过其与结构共同工作，利用碳纤维良好的抗拉性能增强结构承载力，改善结构受力状况，实现补强加固的施工工艺。碳纤维材料的特点是具有强度高，施工方便迅速，施工空间无限制，抗酸碱，耐腐蚀等。它具有比钢材高出十多倍的抗拉强度和相当于钢材的弹性模量的。受弯加固时，纤维方向应与加固的受力方向一致；受剪加固、抗震加固时，纤维方向宜与构件轴向垂直；受弯加固和受剪加固时，混凝土强度等级应不低于 C15；采用封闭粘结碳纤维加固混凝土柱时，混凝土强度等级应不低于 C10；碳纤维加固的效果主要取决于纤维的粘贴工艺。它是一种具有较高技术含量的、全新的建筑结构加固方法。加固后的结构具有抗拉强度高、刚度大，抗疲劳性和减振性好，可适应不同构件形状，成型方便，自重轻、不增加荷载及断面尺寸，有良好的耐化学腐蚀性，施工简便等优点。
一、碳纤维加固技术介绍
1、常用结构加固技术介绍
1.1增大截面法
增大截面法是指用同一种材料，通过增大构件截面面积，提高构件的承载力和结构刚度来达到对原构件进行加固目的的一种传统的加固方法。该方法的优点在于工艺简单，适用面广。其缺点是现场湿作业量大，施工周期长，对建筑物的使用环境有较大影响，此外，由于原构件截面变大，减少了原建筑物的使用空间。
1.2外包钢加固法
外包钢加固法是在结构构件四角（或两角）包以型钢的加固方法，它是一种使用面较广的传统加固方法。该方法分为干式外包钢和湿式外包钢两种形式。它可以在基本不增大构件截面尺寸的情况下提高承载力，增大延性和刚度。外包钢加固法适用于混凝土柱、梁、屋架以及砌体柱和窗间墙，也适用于烟囱等构筑物的加固。该方法的优点在于施工简便，工作量小，受力较为可靠。其缺点在于用钢量较大，加固维修成本高。
1.3预应力加固法
预应力加固法是在被加固构件体外增设预应力拉杆或撑杆，通过施加预应力使体外拉杆或压杆与被加固构件共同受力，克服被加固构件应力的超前现象，提高建筑物承载能力和刚度的方法。该方法特别适用于大跨度结构的加固，以及采用其他方法效果不佳的较高应力应变状态下的大型结构加固。此方法的优点在于可在几乎不改变使用空间的条件下，改变原结构内力分布并降低原结构应力水平。其缺点是施工设备和技术要求特别高，施工难度大。
2、碳纤维结构加固技术介绍
2.1碳纤维结构加固方法中根据生产的原料不同，碳纤维有很多种类，主要有碳纤维布、碳纤维板和碳纤维预应力筋。
2.2施工工艺介绍碳纤维结构加固方法的施工工艺主要包括施工前期准备、加固区域混凝土结构基层表面的打磨与修复处理、碳纤维材料与胶结剂的制备、碳纤维材料的粘贴及固化养护、现场粘贴成品的保护以及施工验收。
2 .3碳纤维结构加固技术的优越性与传统加固修补方法及粘钢板、喷射混凝土加固技术相比，碳纤维材料（CFRP）加固修补混凝土结构具有明显的技术优势。
二、某桥梁洞口施工以及加固工艺分析
2. 1 工程概况
某高速公路上面一座立交桥为双喇叭式全互通立交桥，钢筋混凝土简支箱梁，下部结构有圆柱形桥墩，T 型墩，设计荷载为汽—超 20，挂—120，人群荷载为 3. 5 kN/m3。碳纤维加固施工简便迅速，基本不增加结构重量，能适应各种结构外形的补强，可以多层粘贴，能有效地封闭混凝土裂缝、不影响结构外观，耐久性好等特点，所以本工程采用了碳纤维加固的方法。根据设计要求，需要对局部箱梁梁体进行开口设计，便于进入箱体内维修，针对于此种情况，制定了如下的施工工艺。
2. 2 施工工艺及控制要点
（1）碳纤维布加固工艺流程
施工准备→放线定位→混凝土基底处理→刷底层胶→找平→粘贴碳纤维布→养护
（2）施工需要注意的问题
①洞口混凝土边缘处理方法。
Ⅰ将箱梁洞口周边的杂物清理干净。
Ⅱ对经过剔凿、清理和露筋的混凝土残缺部分，进行修补、复原。
Ⅲ裂缝修补：可以用环氧树脂在裂缝周围涂刷并进行密封；针对于那些大于0.2mm的裂缝可以用环氧树脂涂缝处理。
Ⅳ打磨：用混凝土角磨机、砂纸等机具，将基面的凹凸混凝土打磨平整，除去混凝土表面的浮浆、油污等杂质，直至露出结构新面。门洞口转角处进行导角处理，并打磨成圆弧状，圆弧半径不小于20mm。
Ⅴ清洁打磨过的混凝土表面，将表面浮尘清除干净，再用丙酮将需粘贴处清洗干净，并使其充分干燥。
②刷底层胶。将配好的底胶，用滚筒刷均匀涂于需加固混凝土的表面。
③找平。用找平胶对洞口周边混凝土表面残缺部位进行修补。表面仍存在的凹凸糙纹，应再用砂纸打磨平整。修复后的混凝土表面尽量平顺。
④粘贴碳纤维布：本工程采用的是300g/m2碳纤维布。
Ⅰ保证洞口需要粘贴不完干爽。当温度高于5℃，相对湿度RH 小于85%时，禁止施工。
Ⅱ碳纤维材料应该保證运输安全、稳定，不能有碰损现象发生。为防止材料在保管过程中损坏，材料的裁切数量应按当天的用量裁切为准。
Ⅲ粘贴树脂的主剂和固化剂应按规定的比例称量准确，装入容器，用搅拌器搅拌均匀。用刮板将环氧树脂均匀地涂刮在需要粘贴碳纤维布位置，随即把按要求裁剪好的碳纤维布粘贴在需要加固的部位，然后用专用工具（皮辊）沿碳纤维布的受力方向来回滚压，使树脂渗浸进碳纤维中，并挤压出在碳纤维和树脂之间的空气。碳纤维纵向接头搭接长度100 mm，横向不需要搭接。 当碳纤维材料干燥后，可以第二道纤维布进行粘贴，方法同上。另外，在洞口需要粘贴三层碳纤维布，洞口端部要用横向布进行加固。等材料干燥后，需要刮涂一层胶，滚压密实，使树脂与布充分接触。待面层环氧树脂触干燥后，表面做一层保护层（防火涂料）。
⑤空鼓检查：用小锤轻轻敲击或手压碳纤维片材表面进行检查，对于直径≥30 mm 的空鼓进行补修。
空鼓处理方法：
Ⅰ通过注射器向碳纤维布料总注入碳纤维材料，需要在布料上面开两个孔洞。
Ⅱ用割刀切入碳纤维布 2 ～ 3 刀，用橡胶刮板沾上适量树脂，填进割开的缝内。
Ⅲ补丁修补法。当贴布完全固化后，且无法用割刀切开或注入树脂时，或出现褶皱、松弛时，采用此法割去不良部分，重新粘贴碳纤维布。
（3）质量控制：工程管理人员应该严格检验碳纤维布和胶结材料的质量，检查是否有出产合格检验证明和质量报告，材质要保证具有加固补强的技术能力。
①碳纤维布无受损，并且按规定裁切。
②工程计算人员要严把每一道程序的质量关，在工序进行完成后，要检查合格，才能批准进行下一道工序。
③洞口的底层涂料要涂刷均匀，不能出现没有涂刷现象，涂刷时要保证气温在规范要求范围内；为保证质量，添加了稀释剂的涂料应该在规定时间内用完。
④混凝土表面残缺修补，确保基底混凝土表面平整。
⑤粘贴碳纤维布控制要点：
Ⅰ碳纤维布规格，粘贴位置、长度、宽度、纤维方向、层数符合规定，特别要注意不能把纤维布横向使用。
Ⅱ气温、空气湿度、构件表面等符合要求。
Ⅲ底层胶达到指触干燥。
Ⅳ黏结胶的类型与施工时的气温适合，主剂和固化剂应按规定的比例称量准确，搅拌均匀，一次调和量应在规定时间内用完。
Ⅶ检查空鼓部位，并妥善处理。
三、结语
通过对以上碳纤维混凝土加固工程实例的分析，可以看出碳纤维结构加固技术具有适应性强、场地需求小、机器成本低、操作方便及养护时间短等优点。因此，在市政工程中，我们要考虑综合加固方法，充分发挥碳纤维加固的优点，克服存在的缺点，加强过程控制，使加固技术在施工过程中不断得到完善和发展。
参考文献：
[1]郭光玲.建筑结构加固技术概述[J].山西建筑，2008，34（5）：120-121.
[2]CECS146：2003，碳纖维片材加固混凝土结构技术规程[S].
[3]曹双寅，滕锦光，陈建飞等.外贴纤维加固梁斜截面纤维应变分布的试验研究[J].土木工程学报，2003，36（11）：6-11.
关键词：碳纤维加固技术；市政工程
碳素纤维是在几千高温下制造出的一种高科技产品，碳素纤维加固技术是将碳纤维布（板）用高性能黏结材料粘贴于结构表面，通过其与结构共同工作，利用碳纤维良好的抗拉性能增强结构承载力，改善结构受力状况，实现补强加固的施工工艺。碳纤维材料的特点是具有强度高，施工方便迅速，施工空间无限制，抗酸碱，耐腐蚀等。它具有比钢材高出十多倍的抗拉强度和相当于钢材的弹性模量的。受弯加固时，纤维方向应与加固的受力方向一致；受剪加固、抗震加固时，纤维方向宜与构件轴向垂直；受弯加固和受剪加固时，混凝土强度等级应不低于 C15；采用封闭粘结碳纤维加固混凝土柱时，混凝土强度等级应不低于 C10；碳纤维加固的效果主要取决于纤维的粘贴工艺。它是一种具有较高技术含量的、全新的建筑结构加固方法。加固后的结构具有抗拉强度高、刚度大，抗疲劳性和减振性好，可适应不同构件形状，成型方便，自重轻、不增加荷载及断面尺寸，有良好的耐化学腐蚀性，施工简便等优点。
一、碳纤维加固技术介绍
1、常用结构加固技术介绍
1.1增大截面法
增大截面法是指用同一种材料，通过增大构件截面面积，提高构件的承载力和结构刚度来达到对原构件进行加固目的的一种传统的加固方法。该方法的优点在于工艺简单，适用面广。其缺点是现场湿作业量大，施工周期长，对建筑物的使用环境有较大影响，此外，由于原构件截面变大，减少了原建筑物的使用空间。
1.2外包钢加固法
外包钢加固法是在结构构件四角（或两角）包以型钢的加固方法，它是一种使用面较广的传统加固方法。该方法分为干式外包钢和湿式外包钢两种形式。它可以在基本不增大构件截面尺寸的情况下提高承载力，增大延性和刚度。外包钢加固法适用于混凝土柱、梁、屋架以及砌体柱和窗间墙，也适用于烟囱等构筑物的加固。该方法的优点在于施工简便，工作量小，受力较为可靠。其缺点在于用钢量较大，加固维修成本高。
1.3预应力加固法
预应力加固法是在被加固构件体外增设预应力拉杆或撑杆，通过施加预应力使体外拉杆或压杆与被加固构件共同受力，克服被加固构件应力的超前现象，提高建筑物承载能力和刚度的方法。该方法特别适用于大跨度结构的加固，以及采用其他方法效果不佳的较高应力应变状态下的大型结构加固。此方法的优点在于可在几乎不改变使用空间的条件下，改变原结构内力分布并降低原结构应力水平。其缺点是施工设备和技术要求特别高，施工难度大。
2、碳纤维结构加固技术介绍
2.1碳纤维结构加固方法中根据生产的原料不同，碳纤维有很多种类，主要有碳纤维布、碳纤维板和碳纤维预应力筋。
2.2施工工艺介绍碳纤维结构加固方法的施工工艺主要包括施工前期准备、加固区域混凝土结构基层表面的打磨与修复处理、碳纤维材料与胶结剂的制备、碳纤维材料的粘贴及固化养护、现场粘贴成品的保护以及施工验收。
2 .3碳纤维结构加固技术的优越性与传统加固修补方法及粘钢板、喷射混凝土加固技术相比，碳纤维材料（CFRP）加固修补混凝土结构具有明显的技术优势。
二、某桥梁洞口施工以及加固工艺分析
2. 1 工程概况
某高速公路上面一座立交桥为双喇叭式全互通立交桥，钢筋混凝土简支箱梁，下部结构有圆柱形桥墩，T 型墩，设计荷载为汽—超 20，挂—120，人群荷载为 3. 5 kN/m3。碳纤维加固施工简便迅速，基本不增加结构重量，能适应各种结构外形的补强，可以多层粘贴，能有效地封闭混凝土裂缝、不影响结构外观，耐久性好等特点，所以本工程采用了碳纤维加固的方法。根据设计要求，需要对局部箱梁梁体进行开口设计，便于进入箱体内维修，针对于此种情况，制定了如下的施工工艺。
2. 2 施工工艺及控制要点
（1）碳纤维布加固工艺流程
施工准备→放线定位→混凝土基底处理→刷底层胶→找平→粘贴碳纤维布→养护
（2）施工需要注意的问题
①洞口混凝土边缘处理方法。
Ⅰ将箱梁洞口周边的杂物清理干净。
Ⅱ对经过剔凿、清理和露筋的混凝土残缺部分，进行修补、复原。
Ⅲ裂缝修补：可以用环氧树脂在裂缝周围涂刷并进行密封；针对于那些大于0.2mm的裂缝可以用环氧树脂涂缝处理。
Ⅳ打磨：用混凝土角磨机、砂纸等机具，将基面的凹凸混凝土打磨平整，除去混凝土表面的浮浆、油污等杂质，直至露出结构新面。门洞口转角处进行导角处理，并打磨成圆弧状，圆弧半径不小于20mm。
Ⅴ清洁打磨过的混凝土表面，将表面浮尘清除干净，再用丙酮将需粘贴处清洗干净，并使其充分干燥。
②刷底层胶。将配好的底胶，用滚筒刷均匀涂于需加固混凝土的表面。
③找平。用找平胶对洞口周边混凝土表面残缺部位进行修补。表面仍存在的凹凸糙纹，应再用砂纸打磨平整。修复后的混凝土表面尽量平顺。
④粘贴碳纤维布：本工程采用的是300g/m2碳纤维布。
Ⅰ保证洞口需要粘贴不完干爽。当温度高于5℃，相对湿度RH 小于85%时，禁止施工。
Ⅱ碳纤维材料应该保證运输安全、稳定，不能有碰损现象发生。为防止材料在保管过程中损坏，材料的裁切数量应按当天的用量裁切为准。
Ⅲ粘贴树脂的主剂和固化剂应按规定的比例称量准确，装入容器，用搅拌器搅拌均匀。用刮板将环氧树脂均匀地涂刮在需要粘贴碳纤维布位置，随即把按要求裁剪好的碳纤维布粘贴在需要加固的部位，然后用专用工具（皮辊）沿碳纤维布的受力方向来回滚压，使树脂渗浸进碳纤维中，并挤压出在碳纤维和树脂之间的空气。碳纤维纵向接头搭接长度100 mm，横向不需要搭接。 当碳纤维材料干燥后，可以第二道纤维布进行粘贴，方法同上。另外，在洞口需要粘贴三层碳纤维布，洞口端部要用横向布进行加固。等材料干燥后，需要刮涂一层胶，滚压密实，使树脂与布充分接触。待面层环氧树脂触干燥后，表面做一层保护层（防火涂料）。
⑤空鼓检查：用小锤轻轻敲击或手压碳纤维片材表面进行检查，对于直径≥30 mm 的空鼓进行补修。
空鼓处理方法：
Ⅰ通过注射器向碳纤维布料总注入碳纤维材料，需要在布料上面开两个孔洞。
Ⅱ用割刀切入碳纤维布 2 ～ 3 刀，用橡胶刮板沾上适量树脂，填进割开的缝内。
Ⅲ补丁修补法。当贴布完全固化后，且无法用割刀切开或注入树脂时，或出现褶皱、松弛时，采用此法割去不良部分，重新粘贴碳纤维布。
（3）质量控制：工程管理人员应该严格检验碳纤维布和胶结材料的质量，检查是否有出产合格检验证明和质量报告，材质要保证具有加固补强的技术能力。
①碳纤维布无受损，并且按规定裁切。
②工程计算人员要严把每一道程序的质量关，在工序进行完成后，要检查合格，才能批准进行下一道工序。
③洞口的底层涂料要涂刷均匀，不能出现没有涂刷现象，涂刷时要保证气温在规范要求范围内；为保证质量，添加了稀释剂的涂料应该在规定时间内用完。
④混凝土表面残缺修补，确保基底混凝土表面平整。
⑤粘贴碳纤维布控制要点：
Ⅰ碳纤维布规格，粘贴位置、长度、宽度、纤维方向、层数符合规定，特别要注意不能把纤维布横向使用。
Ⅱ气温、空气湿度、构件表面等符合要求。
Ⅲ底层胶达到指触干燥。
Ⅳ黏结胶的类型与施工时的气温适合，主剂和固化剂应按规定的比例称量准确，搅拌均匀，一次调和量应在规定时间内用完。
Ⅶ检查空鼓部位，并妥善处理。
三、结语
通过对以上碳纤维混凝土加固工程实例的分析，可以看出碳纤维结构加固技术具有适应性强、场地需求小、机器成本低、操作方便及养护时间短等优点。因此，在市政工程中，我们要考虑综合加固方法，充分发挥碳纤维加固的优点，克服存在的缺点，加强过程控制，使加固技术在施工过程中不断得到完善和发展。
参考文献：
[1]郭光玲.建筑结构加固技术概述[J].山西建筑，2008，34（5）：120-121.
[2]CECS146：2003，碳纖维片材加固混凝土结构技术规程[S].
[3]曹双寅，滕锦光，陈建飞等.外贴纤维加固梁斜截面纤维应变分布的试验研究[J].土木工程学报，2003，36（11）：6-11.