本文從碳纖維補強法的加固原理、加固形式
、性能特點及其優越性等方麵，對該工法進行了詳細闡述
，並將該工法運用於京津塘高速公路橋梁維修加固施工中

，得到業主及相關部門極高的好評。

    一、 引言

    改革開放的30年來，我國的土木工程建設迎來了飛速發展曆史時期，整個中國幾乎成了一個大的建設工地


，新的高樓大廈、展覽中心
、鐵路、公路及橋梁
、港口、航道及大型水利水電工程，在祖國大地上
，如雨後春筍般地湧現
，發展之快、數量之巨
，令世界各國驚歎不已。另一方麵隨著工程數量的增加，越來越多的建築進入養護期
，例如：上世紀90年(nian)代(dai)初(chu)建(jian)設(she)的(de)公(gong)路(lu)橋(qiao)梁(liang)
，由(you)於(yu)當(dang)初(chu)建(jian)設(she)標(biao)準(zhun)低(di)，加(jia)上(shang)長(chang)時(shi)間(jian)高(gao)負(fu)荷(he)使(shi)用(yong)
，很(hen)多(duo)橋(qiao)梁(liang)均(jun)出(chu)現(xian)不(bu)同(tong)程(cheng)度(du)的(de)破(po)壞(huai)
，橋(qiao)梁(liang)維(wei)修(xiu)工(gong)程(cheng)量(liang)增(zeng)加(jia)同(tong)樣(yang)迅(xun)速(su)，傳(chuan)統(tong)的(de)維(wei)修(xiu)工(gong)藝(yi)已(yi)經(jing)無(wu)法(fa)滿(man)足(zu)現(xian)狀(zhuang)需(xu)要(yao)，這(zhe)就(jiu)要(yao)求(qiu)出(chu)現(xian)技(ji)術(shu)上(shang)更(geng)新(xin)穎(ying)、操作上更便捷、經濟效益上更優的新的加固工藝，本文將介紹一種新型加固施工工藝―碳纖維補強法及其橋梁加固中的運用。

    二、 碳纖維補強法的加固原理

    tanxianweishizaijiqiandudegaowenxiajingteshugongyizhizaodeyizhonggaokejichanpin，tanxianweipianshijiangtanxianweijinzishuzhi，yongteshugongyizhichengdexianweidingxiangpailiedefuhepiancai，tajuyougaoqiangqingzhi
，kangfushi，nailaohua，wulixingnengwendingdengzhuduoyoudian，qilashenqiangduyuewei鋼材的7~8倍，碳纖維補強的基本材料是將高強度或高彈性模量的連續碳纖維，單向排列成束
，用環氧樹脂浸漬形成為碳纖維增強複合材料片材（Carbon Fiber Reinforced Plastics Plastics或polymer
，簡稱C碳纖維）
，jiangpiancaiyongzhuanmenpeizhidehuanyangshuzhizhantiezaijiegoushoulamian，shuzhiguhuahouyuyuanjiegouxingchengxindeshoulifuheti，tanxianweipianjikeyugangjingongtongshouli
，youyutanxianweipianfendanlehezai

，jiujiangdilegangjindeyingli，ershidejiegoudedaojiagubuqiang。

    三、 公路橋梁常見的碳纖維補強形式

    1
、 抗彎補強

    碳纖維片貼在受拉一側，即跨中的下部和連續板、連續梁
、懸臂板、梁(liang)支(zhi)座(zuo)的(de)上(shang)部(bu)，沿(yan)受(shou)力(li)筋(jin)方(fang)向(xiang)粘(zhan)帖(tie)。由(you)於(yu)碳(tan)纖(xian)維(wei)片(pian)彈(dan)性(xing)模(mo)量(liang)比(bi)鋼(gang)筋(jin)稍(shao)大(da)
，受(shou)力(li)時(shi)延(yan)伸(shen)率(lv)小(xiao)於(yu)鋼(gang)筋(jin)，故(gu)在(zai)結(jie)構(gou)受(shou)力(li)時(shi)先(xian)行(xing)受(shou)力(li)，隨(sui)荷(he)載(zai)逐(zhu)漸(jian)增(zeng)加(jia)達(da)到(dao)兩(liang)者(zhe)變(bian)形(xing)協(xie)調(tiao)時(shi)，兩(liang)者(zhe)共(gong)同(tong)受(shou)力(li)並(bing)按(an)一(yi)定(ding)比(bi)例(li)分(fen)配(pei)，往(wang)往(wang)在(zai)補(bu)強(qiang)前(qian)或(huo)者(zhe)因(yin)原(yuan)有(you)鋼(gang)筋(jin)鏽(xiu)蝕(shi)造(zao)成(cheng)截(jie)麵(mian)積(ji)不(bu)足(zu)，或(huo)因(yin)超(chao)載(zai)原(yuan)有(you)鋼(gang)筋(jin)應(ying)力(li)過(guo)大(da)，補(bu)強(qiang)後(hou)碳(tan)纖(xian)維(wei)分(fen)擔(dan)了(le)拉(la)力(li)，使(shi)鋼(gang)筋(jin)應(ying)力(li)大(da)大(da)降(jiang)低(di)，結(jie)構(gou)承(cheng)載(zai)力(li)得(de)以(yi)提(ti)高(gao)。抗(kang)彎(wan)補(bu)強(qiang)時(shi)，可(ke)以(yi)根(gen)據(ju)受(shou)力(li)需(xu)要(yao)貼(tie)一(yi)層(ceng)至(zhi)多(duo)層(ceng)
，還(hai)可(ke)以(yi)用(yong)高(gao)彈(dan)性(xing)模(mo)量(liang)片(pian)材(cai)，補(bu)強(qiang)效(xiao)果(guo)更(geng)顯(xian)著(zhu)。

    2
、 抗剪補強

    通常是梁靠近端部主拉應力較大的區域或有次梁或較大集中荷載作用的部位，補強時在梁的兩側麵豎向粘貼
，或與梁底形成U形環包，相當於增加抗剪箍筋以分擔原箍筋的剪力。

    3、 抗疲勞補強

    公路橋梁及橋麵板
，采用粘貼碳纖維片以提高其結構的疲勞抗力。

    四

、 碳纖維補強法的性能及優越性

    碳纖維加固補強混凝土結構具有很多優於傳統方式的特點和優越性

，是混凝土結構修複補強技術的一個新發展，碳纖維補強技術的特點和優越性可以歸納如下：

    1、 施工簡便迅速

    用碳纖維片修複補強混凝土結構隻需將被修補部位的混凝土表麵修補打磨平整，表麵潔淨
，塗刷特定的環氧樹脂，然後粘貼碳纖維片，不需任何夾具
、模板和支撐施工既簡便又迅速。

    2

、 基本不增加結構重量

    碳纖維片的重量僅200g~300g/m2，設計厚度0.111~0.167mm
，加上環氧樹脂的重量仍然很輕

，對結構自重的影響甚微，可忽略不計。

    3、 能適應各種結構外形的補強

    碳纖維片的厚度很薄
，可以裁剪成所需形狀，順應結構的外形粘貼在混凝土表麵
，如變截麵梁、曲線梁，均可方便地粘貼。

    4、 可以多層粘貼

    根據補強設計的要求，碳纖維片可以在一個部位重疊粘貼，即貼一層後上麵再貼一層
，連續貼很多層
，充分滿足補強的要求。

    5


、 能有效地封閉混凝土的裂縫

    碳纖維片粘貼在混凝土的表麵，不僅封閉了混凝土的裂縫，碳纖維片高強度高模量的特性還約束了混凝土結構裂縫的生成和擴展
，改變了裂縫的形態，使寬而深的裂縫變成分散的細微裂縫
，從而提高了混凝土構件的整體剛度。

    6、 不影響結構的外觀

    碳纖維片的厚度很薄，粘貼固化後表麵還可以塗刷與原結構顏色一致的塗料
，而不影響結構的外觀

    7
、 耐久性好

    碳纖維片和環氧樹脂的化學穩定性能都非常好，耐酸
、堿和鹽類的腐蝕，還可以防水，在重複荷載作用下的疲勞性能也優於金屬及混凝土材料，可長期經受核輻射和紫外線輻射，在-54度~82度溫度環境條件下使用
，強度不降低，經加速老化試驗推算，可曆時40年性能不變，且在表麵塗裝後，其耐久性將更為突出。

    五、 碳纖維補強法在實例工程中的運用

    （一）實例工程簡介（2009年京津塘高速公路T梁維修加固工程）

    京津塘高速公路金鍾路高架橋位於天津市宜興阜鎮境內
，全長3740米，其上部結構采用先張預製T梁結構
，根據現狀調查，由於橋梁超載運行，造成橋梁出現不同程度的梁體開裂病害
，為保證橋梁正常使用安全
，針對裂縫大於0.25mm的梁體在梁側麵及底麵采用粘貼碳纖維片進行補強。

    （二）碳纖維修複補強技術施工工藝

    在碳纖維片加固施工前
，應盡可能地卸去部分荷載，使碳纖維粘貼施工時結構和構件承受的荷載作用減小到最小程度。其施工工序為：基底處理，塗底層塗料，找平處理
，碳纖維片裁剪，粘碳纖維片，養護，塗裝，完工驗收。

    1、混凝土表麵處理

    1）清除梁體表麵的剝落、疏鬆
、蜂窩、腐蝕等劣化混凝土，露出混凝土結構層。

    2）梁體鋼筋露出部位采用鋼絲刷進行防鏽處理，對於較大麵積的劣質層混凝土在鑿除後采用環氧砂漿進行修複
，並養護三天。

    3）將梁體表麵打磨平整，除去表層浮漿
、油汙等雜質，直至完全露出混凝土結構新麵。轉角粘貼處進行導角處理並打磨成圓弧狀，圓弧半徑不小於20mm。並用環氧樹脂砂漿將表麵修複平整。

    4）表麵打磨後
，應用強力吹風器或吸塵器將表麵粉塵徹底清除，並保持幹燥。

    2、 塗底層塗料

    1）把底層塗料的主劑和固化劑按規定比例稱量準確後放入容器內，用攪拌器攪拌均勻
，一次調和量應在可使用時間內用完。

    2）用滾筒刷均勻地將底層塗料塗刷於混凝土表麵
，指觸幹燥後（一般養護3~24小時）才能進行下一道工序的施工。

    3）底層塗料指觸幹燥或固化後，表麵上的凸起部分（一般類似結露的露珠一樣）要用砂布或角磨機磨平。

    3、粘貼麵找平處理

    1）按產品生產廠家提供的配比規定配製找平材料。 

    2）混凝土表麵修補選用丙酮將表麵浮塵擦去，有凹陷處，應使用修補膠找平
；有段差或轉角部位，應抹成平滑曲麵。 

    3）轉角處采用找平材料修理成為光滑的圓弧，半徑不應小於20mm。 

    4）用刀頭寬度≥100mm的刮刀對凹坑實施填塞修補
、找平，找平程度按眼觀目測無明顯的刮板或刮刀痕跡紋路平滑為準。 

    5）在找平材料表麵指觸幹燥後，盡快進行下一工序的施工。

    4
、碳纖維布（板）剪裁 

    1）按設計規定尺寸剪裁碳纖布
，切記必須滿足設計尺寸，嚴禁斜切碳纖布
，並防出現拉絲現象。 

    2）保證剪裁後的碳纖維方向與粘貼部位的方向一致。 

    3）剪裁成型的碳纖維注意保護潔淨不受汙染。

    5、粘貼碳纖維片

    1）樹脂的主劑和固化劑應按規定的比例稱量準確，裝入容器用攪拌器均勻攪拌，一次調和量應在可使用的時間內完成。

    2）纖維片材長度方向的接頭必須搭接10cm以上，該部位應多塗樹脂，脫泡、樹脂操作按正常進行，在片材寬度方向不需要搭接。

    3）貼片前用滾筒刷均勻地塗抹粘貼用環氧樹脂，稱為下塗。貼片時，在纖維片和樹脂之間盡量不要有空氣。可用羅拉（專用工具）沿纖維方向在碳纖維片上滾壓多次
，使樹脂滲浸進纖維中。

    4）纖維片施工30分鍾後
，用滾筒刷均勻塗抹粘貼用環氧樹脂
，稱為上塗。如需多層粘貼則重複此階段之（1）~（4）步驟，並保證底層粘貼的碳纖維片上塗已指觸幹燥
，才能粘貼下一層。

    5）最後一層碳纖維的上塗應塗刷均勻，周邊整齊。

    6、養護

    碳纖維片施工後
，應進行養護，保證養護期間的溫度不低於環氧樹脂允許使用溫度。養護期一般在1~2周內。

    7、表麵塗裝

    在粘貼後的碳纖維表麵塗刷基於環氧基底的塗料進行裝飾。

    8、完工驗收

    用小錘輕擊
，檢查空鼓，無空鼓或隻有少量小空鼓（＜3cm）便視為合格
，對於較大空鼓（≥3cm）或較多的小空鼓應進行灌膠（注入TR樹脂）處理。

    （三）碳纖維修複補強施工注意事項

    1、氣溫在5度以下、相對濕度RH＞85%
、混凝土表麵含水率在8%以上、有結露的可能時
，無有效措施不得施工。

    2、由於碳纖維片為電的良導體，應使其遠離電源。

    3

、施工用各種樹脂遠離明火，並避免陽光直射。

    4
、施工及檢查人員應穿防護工作服，佩戴口罩
、手套
、防護眼鏡等防護用品。

    5、施工現場通風狀態良好。

    6
、當樹脂粘附在皮膚上時，應立即用肥皂水衝洗，濺入眼內用清水清洗幹淨。

    （四）工程效果檢驗

    經過碳纖維片補強後

，金鍾河高架橋梁體開裂病害得到有效的控製

，梁體承載能力符合日常車流量要求，該施工工藝在(zai)補(bu)強(qiang)梁(liang)體(ti)結(jie)構(gou)受(shou)力(li)的(de)同(tong)時(shi)
，確(que)保(bao)了(le)正(zheng)常(chang)交(jiao)通(tong)的(de)通(tong)行(xing)，獲(huo)得(de)了(le)業(ye)主(zhu)及(ji)相(xiang)關(guan)部(bu)門(men)的(de)一(yi)致(zhi)好(hao)評(ping)，為(wei)碳(tan)纖(xian)維(wei)片(pian)補(bu)強(qiang)法(fa)在(zai)舊(jiu)橋(qiao)加(jia)固(gu)中(zhong)運(yun)用(yong)樹(shu)立(li)了(le)好(hao)的(de)典(dian)範(fan)。

    六、 結論與展望

    碳纖維材料是新近發展起來的高科技產品，以其卓越的性能將有廣闊的應用前景
，利用碳纖維材料進行結構加固的工藝以其優越的力學性能、良好的化學穩定性能以及便捷高效的施工特點正在為越來越多的人所親睞，碳纖維補強法施工工藝將會在公路舊橋加固、房建、工程事故處理等領域中，得到更為廣泛的應用。