碳纖維布（CFRP）加固修補結(jié)構(gòu)技術(shù)是一種新型的結(jié)構(gòu)加固技術(shù)，它是利用樹脂類粘結(jié)材料將碳纖維布粘貼于混凝土表面，以達到對結(jié)構(gòu)及構(gòu)件加固補強的目的。
加固機理是將碳纖維布采用高性能的環(huán)氧類粘結(jié)劑粘結(jié)于混凝土構(gòu)件的表面，膠結(jié)材料作為它們之間的剪力連接媒介，形成新的復合體，使增強貼片與原有鋼筋共同作用，增大了結(jié)構(gòu)抗拉及抗剪能力，可有效提高結(jié)構(gòu)的強度，延性及抗裂性。利用碳纖維布良好的抗拉強度達到增強構(gòu)件承載能力及剛度的目的。
CFRP加固修補混凝土結(jié)構(gòu)所用材料主要為碳纖維布與粘貼用樹脂。
1、碳纖維布的抗拉強度應按纖維的凈截面面積計算，凈截面面積取碳纖維布的計算厚度乘以寬度。碳纖維布的計算厚度取碳纖維布的單位面積質(zhì)量除以碳纖維密度。單層碳纖維布的單位面積碳纖維質(zhì)量不宜低于150g/㎡，且不宜高于450g/㎡。在施工質(zhì)量有可靠保證時，單層碳纖維布的單位面積碳纖維質(zhì)量可提高到600g/㎡。
2、粘結(jié)劑要有足夠的粘結(jié)性能，工藝過程中各部位所使用的環(huán)氧樹脂膠結(jié)材料的種類、型號，應根據(jù)施工時的溫度、濕度進行選擇。應正確掌握主劑和固化劑的配比，使?jié)B透性、粘稠度、固化速度等方面能滿足不同季節(jié)施工的需要。采用碳纖維片材對混凝土結(jié)構(gòu)加固時，應采用與碳纖維片材配套的底層樹脂、找平材料、浸漬樹脂或粘結(jié)樹脂。
3、在受彎加固和受剪加固時，被加固的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其現(xiàn)場實測混凝土強度等級不得低于C15，且混凝土表面的正拉粘結(jié)強度不得低于1.5MPa。采用封閉粘貼碳纖維片材加固混凝土柱時，混凝土強度等級不應低于C10。
4、主要機具：角向磨光機、砂紙、剪刀、鑿子、榔頭、臺秤、卷尺、水平儀、鉛錘、滾筒、刮板、攪拌容器、橡膠抹子、滾洞刷子、攪拌器、防護眼鏡、橡膠手套、口罩等。
1、應認真閱讀設(shè)計施工圖。在進行混凝土表面處理和粘貼碳纖維布前，應按加固設(shè)計部位放線定位。
2、應根據(jù)施工現(xiàn)場實際情況和加固構(gòu)件混凝土的補強荷載要求，制定相應施工方案和施工計劃。
3、應對所使用的碳纖維布、配套樹脂、機具等做好施工前的物質(zhì)準備工作。
4、進場后的碳纖維布、配套樹脂應抽樣送檢，合格后方可施工。
5、施工宜在環(huán)境溫度為5℃以上的條件下進行，并應符合配套樹脂要求的施工使用溫度。當環(huán)境溫度低于5℃時，應采用適用于低溫環(huán)境的配套樹脂或采取升溫措施。
采用粘貼碳纖維片材加固混凝土結(jié)構(gòu)時，應由專業(yè)施工隊伍進行施工。
施工過程中應避免碳纖維片材彎折。

在之前的文章中，我們多次談到粘鋼加固與粘貼碳纖維布加固都可以提高原有建筑結(jié)構(gòu)的承載力，但這兩種方法對建筑承載力的提升效果如何，我們就不得而知。通過查閱整理相關(guān)的技術(shù)資料，將粘鋼加固與碳纖維布加固與大家進行分享，希望對大家會有所幫助。
粘鋼和粘貼碳纖維布加固法其加固原理基本相同，都是通過結(jié)構(gòu)膠粘劑將薄鋼板和碳纖維材料粘貼在原構(gòu)件表面，使之成為一個整體共同受力提高原有構(gòu)件的承載力。
從施工方面來說，粘鋼或粘貼碳纖維布的厚度不宜太厚。對于粘鋼來說，其粘貼鋼板的加固量對受拉區(qū)和受壓區(qū)，分別不應超過3層和4層，并且要保證鋼板的總厚度不應超過10mm；粘貼碳纖維布的加固量對于預成型板來說，不應超過2層，對濕法鋪層的織物不宜超過4層。超過4層時，則應考慮采用碳纖維板進行加固，并采取可靠的加強錨固措施，確保結(jié)構(gòu)安全。
鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件采用粘鋼或粘貼碳纖維布加固時，其正截面的受彎承載能力提高幅度，不應超過40%，并應驗算其受剪承載力，避免因受彎承載力提高后而導致構(gòu)件受剪破壞先于受彎破壞；其目的是為了控制加固后構(gòu)件的裂縫寬度和變形，也是為了強調(diào)“強剪弱彎”設(shè)計原則的重要性。
由此看來，粘鋼和粘碳纖維布加固方法并不能無限提高建筑物的承載力，在對建筑物進行加固處理時，我們必須按照混凝土結(jié)構(gòu)加固原則對建筑物進行結(jié)構(gòu)鑒定并依據(jù)鑒定結(jié)果選擇合理的加固方案，確保結(jié)構(gòu)安全。

在結(jié)構(gòu)加固工程中，可以采用的加固方法有很多，既有傳統(tǒng)的加固方法，也有新型的加固方法，而粘鋼加固和碳纖維加固就是代表性的2種加固方法。粘鋼加固和粘貼碳纖維加固具有相似的加固原理，它們作為加固技術(shù)具有較多的優(yōu)勢，而且適用性都很強。那么碳布和粘鋼板加固可以互換嗎?
碳布與粘鋼加固的相似之處，從適用范圍上，碳布與粘鋼同樣可用于受彎構(gòu)件、大偏心受壓構(gòu)件與受拉構(gòu)件，例如在梁底粘貼碳布或者鋼板，均可提高結(jié)構(gòu)承載力，達到加固補強的目的;從原理上來看，碳布與粘鋼都是利用結(jié)構(gòu)膠將碳布或鋼板粘貼至混凝土基材上，令加固材料與基材形成整體共同受力;從施工流程看，兩種方法都受結(jié)構(gòu)膠影響較大，加固前均需要卸載，未進行卸載或卸載不徹底都會產(chǎn)生二次受力，造成加固材料受力滯后。
碳纖維布與鋼板在結(jié)構(gòu)加固中起到的作用，可以等同為增加鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的配筋率。因此在一定程度上，碳纖維布加固與粘鋼加固可以相互替換。碳布與粘鋼加固既有相似之處，又有不同之處，它們都有各自的優(yōu)勢。
對于粘貼碳纖維布來說，常用的碳纖維布自重僅有200g/㎡和300g㎡兩種類型，其設(shè)計厚度也是較為輕薄，一層200g/㎡碳纖維布厚度僅為0.111mm，施工速度約為粘鋼加固的2~3倍。碳纖維加固靈活多樣，不會導致建筑物內(nèi)其他構(gòu)件的連鎖加固，經(jīng)濟效益高。加固過程中不會改變結(jié)構(gòu)外觀，對原結(jié)構(gòu)損傷較小，結(jié)構(gòu)自重增加較小。施工現(xiàn)場濕作業(yè)工作量少，施工便捷堅固耐用。
粘鋼板加固由于鋼板的物理力學性能為各向同性，在進行受力的時候能夠均勻受力，但是其施工時需要的夾具和施工器械，施工工序膠碳纖維布加固較為繁瑣復雜。對于采用粘鋼加固來說，所粘貼鋼板的寬度不宜大于100mm，當采用手工涂膠粘貼鋼板，鋼板厚度不應大于5mm。采用壓力注膠粘貼鋼板，其厚度不應大于10mm，且需要按照外粘型鋼加固法的焊接節(jié)點構(gòu)造進行設(shè)計。對于普通小荷載結(jié)構(gòu)或者構(gòu)件，經(jīng)計算其補強所需面積小，粘貼碳纖維布1~2層即可滿足要求時，要先考慮采用粘鋼板加固加固法來進行處理。
在加固工程中，可以采用的加固方法有很多，而且適用性都很強。對于加固方法的選擇，要根據(jù)加固工程的實際情況來決定，任何加固方法都有自己的局限性。所以施工單位需要掌握每種加固工法的優(yōu)勢，將每種加固工法的優(yōu)勢充分發(fā)揮出來，這樣可以更加高效地完成加固工程。

在工程應用研究方面，重點研究碳纖維片材（碳纖維布/碳纖維板之總稱）。在90年代由國家課題支持開展碳纖維片材在混凝土結(jié)構(gòu)（包括橋梁、隧道、水利設(shè)施和房建結(jié)構(gòu)），取得了應用成果并得到廣泛推廣。2003年由中國工程建設(shè)標準化協(xié)會頒布了《碳纖維片材加固修復混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（CECS146：2003），作為指導性文件提供了設(shè)計施工和質(zhì)量檢驗依據(jù)。而碳纖維片材用于橋梁加固技術(shù)是目前應用較為普遍的技術(shù)之一，其十幾年來的應用為橋梁加固事業(yè)作出了歷史性的貢獻。
針對傳統(tǒng)橋梁加固改造工程中所存在不足，諸如：因采用的加固材料（如鋼板/纖維布）溫縮模量與混凝土鋼筋混凝土材料的溫縮模量差異較大，不能形成同步的溫縮變形狀態(tài)，影響加固耐久性；采用鋼材加固增加防銹處理等后期維護投人；以及采取增大截面法，結(jié)構(gòu)面會留下不和諧修補“傷疤” 影響結(jié)構(gòu)外觀和技術(shù)狀況評價等問題，碳纖維筋橋梁加固是一項新的應用外粘高性能碳纖維復合材料增強結(jié)構(gòu)技術(shù)，主要形式包括“嵌人植筋加強法" 和“體外配筋擴大截面增強法"。碳纖維筋與高強聚合物砂漿的聯(lián)合使用充分利用了纖維棒筋的抗拉伸強度、聚合物砂漿的快凝強度和砂漿與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的溫縮模量的近似特性，既可提升鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的承載能力，也可充分利用新材料環(huán)境特征，達到維修、加固、利用與修舊翻新的綜合作用。
2.碳纖維復合筋的性能
碳纖維復合筋為棒型材料，主要成分為由碳纖維，通過特殊技術(shù)處理與樹脂高溫固化而成。碳纖維分子結(jié)構(gòu)界于石墨和金剛石之間，含碳體積分數(shù)在0.9以上。碳纖維根據(jù)原絲類型可分為聚丙烯腈（PAN）基、瀝青基和粘膠基3種，由原絲纖維加熱至高溫后除雜獲得。根據(jù)碳纖維原絲類型可分為聚丙烯腈（PAN）基、瀝青基和粘膠基3 種。目前,PAN碳纖維按力學性能又分為高模量超高模量、高強度和超高強度4種；按用途可分為宇航級小絲束碳纖維和工業(yè)級大絲束碳纖維，其中小絲束以1K、3K、6K、12K和24K（1 K為1 000根長絲單位重量），大絲束為48K以上。
2.1碳纖維的優(yōu)勢
碳纖維具有較強的防水和防滲漏的特點，具有耐酸、耐堿的耐腐蝕性，阻燃性和良好的力學性能和良好的導電導熱性，因此也在建筑工程和其他領(lǐng)域被廣泛運用。據(jù)投資顧問行業(yè)研究中心相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,目前,世界碳纖維的需求量將以每年約13%的速度增長。由此可見，碳纖維的使用將越來越廣泛。
2.2碳纖維復合筋的特性
碳纖維復合筋的主要技術(shù)指標及其與鋼筋對比如下表：
表1 碳纖維復合筋的技術(shù)指標及其與鋼筋的對比表
名稱
碳纖維復合筋
鋼筋
密度（g/cm3）
1.5
7.9
抗拉強度（MPa）
≥1800
≥500
彈性模量（GPa）
≥140
≥200
線膨脹系數(shù)10-6/℃
0.6
12
從表格中可以看出，碳纖維復合筋的密度遠遠小于鋼筋，同樣體積的材料，重量上碳纖維復合筋的優(yōu)勢很大；碳纖維復合筋抗拉強度也大于鋼筋，其熱膨脹系數(shù)較低，就說明在相同的溫度下，膨脹的程度會低很多。
碳纖維復合筋的主要性能：（1）質(zhì)量輕（相當于鋼密度的1/5）；（2）強度高（抗拉強度是鋼筋的4到5倍）；（3）密度?。?.5g/cm3）；（4）彈性模量高（彈性回復100％）；（5）熱膨脹系數(shù)小，耐高溫和低溫性好；（6）耐酸性好，對酸呈惰性，耐濃酸侵蝕；（7）與砂漿附著力強。
3. 聚合物砂漿特點
聚合物砂漿是由水泥、速凝添加劑、粉末狀聚合物、碎石與水等混合拌制而成，其粘結(jié)強度高，熱膨脹系數(shù)與混凝土類似。
聚合物砂漿的主要特點：（1 )黏附性好，與原結(jié)構(gòu)舊混凝土表面黏附良好，使纖維筋與原結(jié)構(gòu)共同受力；（2）穩(wěn)定性好，能有效抑制有害物質(zhì)的滲透和擴散；（3）和易性好，利用快捷、速凝的功能特點，修繕結(jié)構(gòu)腐蝕表面，達到修舊如新。聚合物砂漿可以維修各種老化受損的混凝土表面。
4. 國內(nèi)橋梁加固現(xiàn)狀
橋梁作為公路交通的關(guān)鍵設(shè)施，具有跨越深谷、承受運載、通航泄洪、保證安全、連接路網(wǎng)的重要功能。目前，我國各級公路上營運的橋梁總數(shù)達 60余萬座。
按橋梁設(shè)計技術(shù)標準對大中小類型的橋梁平均使用壽命測算，橋梁平均設(shè)計使用壽命在50年左右。全國年均需要改造翻新的橋梁約有10 000 余座，合計約60余萬延米。以二級路為例，每年國家需要投人的橋梁改造費用上百億幣，這是一筆巨大的投資。根據(jù)近10年危橋改造的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，現(xiàn)有重交通組成作用下的橋梁使用壽命平均在33年之內(nèi)，部分路段橋梁的使用壽命甚至更短。如何更有效的延長橋梁的使用壽命、如何更有效的提高危險橋梁的改造利用技術(shù)、如何將加固后的橋梁變得更持久，是當前橋梁管理中面臨且急需解決的問題。
面對當前大規(guī)模的橋梁改造任務，各級橋梁管理部門都十分重視其處理效果，近年來積極研究和尋求有效的維修加固新技術(shù)，但這并不是一件容易的事情，目前在橋梁加固改造中常采用的技術(shù)還是十幾年前的研究成果，主要方法如：“鋼板加固法”、“擴大截面加固法”、“體外（內(nèi)）預應力加固法”、“碳纖維布加固法”等，這些材料技術(shù)為輕交通狀態(tài)下的橋梁加固做出過貢獻。隨著近幾年重交通的發(fā)展和擴散，現(xiàn)有橋梁的加固材料和工藝技術(shù)在適應性方面面臨巨大挑戰(zhàn)。一方面是目前所使用的加固材料（如鋼板/纖維布）其溫縮模量與混凝土鋼筋混凝土材料的溫縮模量差異較大，造成加固后的補強材料與原結(jié)構(gòu)的溫縮變形差異化，形成不同步的溫縮變形狀態(tài)，影響加固耐久；另一方面當前加固中為提高結(jié)構(gòu)受力的高強材料仍然采用鋼材，因鋼材有防銹處理的要求，這樣就增大了后期的維護投人，在結(jié)構(gòu)層面上需要增設(shè)3 cm以上厚度的防銹保護，造成自重增加，影響使用效果；此外，在增大截面法中，因材料強度因素，需要增厚自重增加，影響結(jié)構(gòu)受力和加固效果?，F(xiàn)有加固材料和工藝中即便是解決了受力要求，但施工后的結(jié)構(gòu)面會留下不和諧修補“傷疤”，影響結(jié)構(gòu)外觀和技術(shù)狀況評價。
由此可見，研究和選擇一種高強、防腐蝕、經(jīng)濟、施工方便，且與鋼筋混凝土材料溫縮模量相一致的維修加固材料，達到理想的加固改造，且能提高橋梁的承載能力是十分迫切和必要的工作。
首先原構(gòu)件混凝土表面去除表面浮漿、油污等雜質(zhì)，并對混凝土構(gòu)件加固部位進行鑿毛處理。對加固表面缺損的坑洼部位采用高強聚合物砂漿預先修補，待混凝土表面干燥后涂抹界面劑。隨后安裝錨具及碳纖維復合筋，利用錨具固定碳纖維復合筋，碳纖維復合筋應緊貼加固面，壓條及螺栓均應采用不銹材料；安裝完后，噴涂高強聚合物砂漿，砂漿厚度不小于20MM，施工溫度應在10℃-35℃，后對表面進行養(yǎng)護.