摘要： 碳纖維片材加固混凝土結構技術是一種適用、經濟、新型的結構加固法。該法與傳統的結構加固技術相比，以其輕質高強、耐腐蝕性和耐久性強、施工便捷、對結構影響小等優點，廣泛應用于國內外結構加固改造工程中。
關鍵詞：碳纖維片材；加固技術；施工
中圖分類號：TU528．572 文獻標識碼：B 文章編號：1000—4637(2005)05—40—02
O 前言
碳纖維增強聚合物(Carbon Fiber ReinforcedPloymer，簡稱CFRP)是一種新興的高強材料，近年來在建筑工程領域的研究與應用得到了迅速發展。與傳統的結構加固方法相比，碳纖維加固技術是一種新型高效的加固修復技術，它具有高強、高效、施工便捷、使用面廣等優點。其中，碳纖維片材加固修復技術工法主要采用“三步法”，即分別用底層樹脂、找平材料和浸漬樹脂的雙組份樹脂粘結材料，將碳纖維片材粘貼在結構構件外表面，以達到加固補強的目的。目前除了在混凝土中應用以外，正逐漸推廣到砌體結構、鋼結構，甚至木結構的加固修復之中。
1 碳纖維片材加固特點
在混凝土結構工程的加固技術中，碳纖維片材加固與電化學加固技術、粘鋼加固技術相比，具有以下特點。
1．1 與電化學加固技術相比
(1)在混凝土結構工程加固中，碳纖維片材可以敷設粘貼于結構需要部位，不改變結構形狀，不影響結構外觀。尤其是對于海工鋼筋混凝土結構，處于浪涌區的梁、板、肋、柱的底面、側面。而陰極保護系統對于構件底、側以及特種結構的施工設計有難度，有時難以實現。
(2)電化學加固方法中陰極保護系統要增加原結構自重；而碳纖維片材加固基本不增加結構永久荷載或增加很少，碳纖維片材粘貼后， 每m 重量不到1．0kg，粘貼一層的厚度僅為lmm，加固修補后，基本不增加現有結構的自重及尺寸。
(3)電化學加固方法無法對加固效果進行可靠評估；碳纖維片材加固可以按照混凝土結構計算方法進行加固設計計算，從而使加固效果得以保證，對結構加固后使用期限及可靠度的計算成為可能。
1.2與粘鋼加固技術相比
(1)粘鋼加固技術操作復雜；碳纖維片材加固施工便捷、高效、具有良好的可操作性，加固施工時無需螺栓、鉚釘固定，對現有結構擾動小，不會影響現有結構的整體性，施工質量易于保證。
(2)粘鋼加固技術不能用于含鹽的土壤環境、海洋環境、化學物質侵蝕的環境，因此在地下結構、給排水結構、水工結構、港工結構、化工車間等的易銹蝕工程的加固中受到限制。而調查表明，這幾類結構物正是出現銹脹破壞最為嚴重的結構。碳纖維片材加固技術恰能適應這幾類結構物的加固。
2 加固方案設計依據
本地區某百貨商場一期改造工程中，經過現場勘察和設計計算，發現結構第1層、第2層及第5層由于使用功能的改變，局部梁抗彎承載力無法滿足使用要求，經方案比較，采用梁底長度方向粘貼碳纖維片材，梁端附加碳纖維片材制成U字箍，既對梁底碳纖維片材有較好的錨固作用，也提高了梁端部的抗剪承載力。其加固設計依據為：
(1)沿構件主軸方向粘貼碳纖維片材，以提高構件正截面的抗彎能力。
(2)沿與構件主軸垂直方向粘貼碳纖維，由碳纖維與原有箍筋共同分擔剪力以提高構件的抗剪承載力。
(3)沿與構件主軸垂直方向粘貼碳纖維，以改善加固部位的延性，提高其抗震性能。目前在國內工程中應用最多的是第一種方式，即加固修復提高梁板正截面承載能力，使之滿足使用功
能要求。
3 碳纖維復合材料的選擇
加固修復混凝土結構所用碳纖維材料主要有兩種：碳纖維與配套樹脂粘結劑。碳纖維是高強高彈性模量材料，抗拉強度是鋼材的十幾倍。建筑粘結劑種類繁多，選擇與某種碳纖維片材相容性好的粘結劑是關鍵。樹脂粘結劑的粘結強度應大于混凝土的拉伸剪切強度，且具有適宜的工作粘度，以便于施工操作。與碳纖維相配套的樹脂粘結劑一般由4部分組成。即底層粘結劑、找平材料、浸漬樹脂和防護材料。
(1)底層粘結劑必須能滲透進混凝土表面，促進粘結并形成長期持久界面的基礎。
(2)找平材料用來修補結構表面的平整度，以便使用片材。
(3)浸漬樹脂用以浸漬碳纖維片材在混凝土表面形成原位層板。
(4)防護材料用以保護碳纖維片材免受外界條件的影響，延長其使用壽命。
經過多方分析比較及其它一些試驗，采用的碳纖維材料和粘結劑的性能如表1、表2所示。
4 施工工藝
4．1 碳纖維復合材料加固混凝土結構施工工藝流程
混凝土結構表面處理一配制并涂刷底層粘結劑一面層找平處理一粘貼樹脂的配制并浸潤碳纖維一粘貼碳纖維片材一表面防護。
4．2 施工要點
(1)混凝土表面的處理程度直接影響加固效果。表面要打磨平整直到露出新面，涂底層粘結劑前，再用丙酮清洗一遍。
(2)碳纖維片材一定要用粘貼樹脂浸透，盡可能讓粘結劑充分滲入碳纖維單絲之間的空隙中，提高各單絲之間的共同工作性能。
(3)浸潤后的碳纖維片材用手輕壓貼于需要的位置，用橡皮滾筒順纖維方向均勻平衡壓實，使樹脂從兩邊溢出，保證碳纖維片材與結構之間密實無空洞，或者保證有效粘貼面積不小于95%。
(4)碳纖維片材沿其纖維方向折直角會導致應力集中，影響其強度發揮。施工時將角部磨成圓角，可減少應力集中，碳纖維片材的強度基本不受影響。
5 施工概況
5．1 施工質量易保證
碳纖維片材加固混凝土結構技術的施工操作方便，在正常施工條件下碳纖維片材的有效粘結面積基本可以達到100%，且現場檢測方便，即使有小的空鼓，也可以用針管注膠法補救，施工質量可以得到有效保證。
5.2 施工干擾小
在較小的空間中即可實施碳纖維片材加固結構的施工， 除了混凝土表面處理時的灰塵需要控制以外，對一般結構物的正常使用幾乎無任何干擾。在對橋梁、道路進行碳纖維片材加固施工時，可以不中斷交通。
5．3 施工周期短
碳纖維片材加固混凝土結構不需要大型機具、設備，在保證施工質量和無意外干擾的前提下，同樣條件下所需時間不足目前國內大量應用的粘鋼板方法所需時間的1／2。在施工組織較好的情況下，10個工日可以完成lO00m2 的工作量。成品的碳纖維片材是一種織物，其幅寬可以為20cm、30cm、50cm不等，長度為50-lOOm，卷狀包裝，現場使用時可以根據需要用剪刀或刀片將其任意裁剪，不象裁鋼板一樣需要專門的切割工具。根據有關統計資料，同為粘貼加固工法，粘貼碳纖維片材是粘貼鋼板施工工效的4-8倍。
6 結論
(1)碳纖維片材加固混凝土結構的施工周期很短，效率高、材料由人工在現場加工；沒有大中型設備的損耗；檢測方便、快捷，同時在較小的空間即可進行施工，基本不影響結構的正常使用，施工便捷，工期短，對各種結構構件的外形大都可以使用該方法加固，同時由于材料自重較輕，加固后基本不增加結構自重，不改變結構外觀尺寸和形狀，與其它加固方法相比，節省了大量的機械臺班費、人工費和檢測費。
(2)運用該技術施工時對環境的干擾影響很小，符合現代工程建設對施工技術的要求，有利于環境保護，從長遠看，該技術將在結構加固領域占據主導地位。
