［摘要］碳纖維材料作為混凝土構造物補強材料的代替品，被廣泛應用在高速公路、橋梁及建築物抗震補強中。文中通過幾個成功應用於水利工程的案例，說明碳纖維材料在水利工程混凝土加固中具有較高的推廣價值。
　
　　［關鍵詞］碳纖維布；加固技術；應用

　　［中圖分類號］TV698.2+3 ［文獻標識碼］B ［文章編號］1002－0624（2010）02－0017－02

　　碳纖維布加固技術最早起源於德國、瑞士

，在20 世紀80 年代後期
，碳纖維複合材料被用於加固混凝土結構。

　　碳纖維複合材料加固修複混凝土結構技術，是將碳素纖維這種高性能纖維應用於土木工程，利用樹指類材料把碳纖維粘貼於結構或構件表麵


，形成複合材料體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。

　　加固修複混凝土結構所用碳纖維材料，主要為二種，碳纖維與配套樹脂。其中碳纖維的抗拉強度為建築鋼材的十幾倍，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2 倍以上
，且施工性能與耐久性良好，是一種很好的加固修複材料
；配套樹指則包括底層樹脂、整zheng平ping材cai料liao及ji粘zhan浸jin樹shu脂zhi
，前qian兩liang者zhe的de作zuo用yong是shi為wei了le提ti高gao碳tan纖xian維wei的de粘zhan結jie質zhi量liang
，而er後hou者zhe的de作zuo用yong則ze是shi使shi碳tan纖xian維wei與yu混hun凝ning土tu能neng夠gou形xing成cheng一yi個ge複fu合he性xing整zheng體ti，並bing且qie共gong同tong工gong作zuo。

　　1 板梁構件加固中的應用

　　目前混凝土加固通常采用增大截麵加固法、置換混凝土加固法
、外粘型鋼加固法、外粘鋼板加固法
、粘貼纖維複合材加固法等方法。粘貼纖維複合材法具有強度高（抗拉強度高於普通鋼材十倍以上）、比重輕
、耐久耐腐性好、施工便捷、技術成熟等優點。

　　吉林省永吉縣碾子溝水庫泄洪洞建於50 年代
，泄洪洞洞身長32.2 m，共3 孔

，每孔過水斷麵尺寸3.55 m×3.4 m（B×H）。洞邊牆及底板為鋼筋混凝土U 型槽結構
，頂部為鋼筋混凝土T 形梁蓋板。2003 年，水庫進行了除險加固
，由於土壩壩頂加高了0.38 m，經複核
，泄洪洞洞頂T 形梁配筋不滿足強度要求。通過計算，設計采用300 g/m2 碳纖維布粘於全梁底部。碳纖維粘貼采用碳纖維配套樹脂（環氧樹脂）
，具體施工方法如下：

　　混凝土表麵處理
，即打磨混凝土表麵，去除表麵灰漿及疏鬆部分，使用吹風機吹去浮灰；配製並塗刷底膠
，將底膠按主劑:固化劑，2∶1（質量比）的比例混合，攪拌3～5 min，至充分均勻後使用
；配製找平膠並對不平整處修複處理；配製並塗刷浸漬膠，將混合後的浸漬膠塗刷在加固位置，粘貼碳纖維布。

　　碳纖維補強對加固構築物有著卓越的效果
，它可以最大限度地保留原來建築的結構特點，不增加構築物的重量，不改變原建築結構的外型，施工速度快且工程造價低。碾子溝水庫泄洪洞加固施工僅用時4 d，投資4 萬餘元便解決了安全隱患，目前
，泄洪洞運行良好。

　　2 牛腿加固中的應用

　　三河閘位於洪澤湖東南角，是淮河入江水道的控製口門，設計流量12 000 m3/s。1968 年加固時在閘身上遊側增設了鋼筋混凝土結構的檢修門起吊牛腿127 根。牛腿挑出工作橋麵0.625 m，牛腿端部截麵尺寸為0.2 m×0.24 m。由於牛腿結構設計不合理，施工質量較差，1998 年起牛腿混凝土出現破損、剝落、露筋等現象。多次采用傳統的水泥砂漿方法進行修補

，但仍有上述現象發生。2004 年7 月
，三河閘管理所引進碳纖維對牛腿進行了加固。

　　jianxiumenqidiaoniutuijianyoukangjianhekangwanzuoyong
，yuanjiegoupohuaixingtaizhuyaoweijianqiepohuai，bufenweishoulajinbuzupohuai。genjugongchengshijiqingkuang，jiagushicaiquzhantiehengxianghezongxiang碳纖維布相結合的方法提高牛腿的抗剪和抗彎性能。即垂直牛腿軸向粘貼全封閉300 g/m2 碳纖維包箍，提高牛腿的抗剪性能；在牛腿頂部沿軸向粘一層同型號碳纖維布
，起抗拉及包箍接頭壓條作用。

　　運用該技術加固的三河閘檢修門，起吊牛腿抗剪
、抗彎性能均得到很大提高，抗剪承載力從原來的43.6 kN
，提高到140.80 kN，抗彎強度從原來的42.9 kN・m

，提高到51 kN・m。

　　3 水工隧洞加固中的應用

　　水工隧洞受水流的衝刷、磨損、氣蝕等
，隨運行時間的增長
，會出現裂縫、滲漏
、老化等問題，嚴重影響結構的安全性和耐久性。傳統的噴混凝土或掛網澆築混凝土等水工隧洞加固技術，相當於對隧洞進行二次襯砌，施工難度大
、周期長，經濟效益差，且改變了隧洞的過流斷麵
，投入使用一段時間後，又要麵臨新的加固問題，周而複始形成惡性循環。

　　湖南桃花江的灌溉
、發電引水道由壩內管道、壓力隧洞和鋼筋混凝土壓力管道組成。鋼筋混凝土壓力管道為露天管道
，灌溉管直徑為2.4 m，壁厚0.4 m，管長11.5 m；發電管直徑為1.75 m
，壁厚0.3 m，管長5.4 m。輸水管道運行至今已有30多年，鋼筋混凝土壓力管道混凝土碳化嚴重，管壁裂縫較多且漏水嚴重。

　　修複加固具體做法是沿鋼筋混凝土發電管
、灌溉管的全長和全斷麵粘貼碳纖維布和玻璃纖維布。該工程2002 年12 月15 日開工，於2003 年1 月25 日基本完工。經過一年多運行檢驗，加固效果良好，工程造價比鋼板襯砌加固降低了30%~40% 。

　　碳纖維材料在隧洞加固中優點十分突出
，主要如下：

　　（1）可以任意裁剪，加固各種形狀（圓形或複雜曲麵）的結構。

　　（2）加固補強時不需要使用大型加固機具，工程效率高
，施工速度快。

　　（3）耐腐蝕
、抗滲
、抗衝刷。

　　（4）碳纖維布糙率（0.007），低於混凝土表麵糙率（0.014）
，在加固段可以增大流量係數，提高管道的過流能力。

　　（5）可有效封閉混凝土裂縫，從而延緩或消除裂縫的出現和擴展。

　　（6）加固後不改變原有斷麵的大小和形狀。

　　（7）加固效果好
，不需要進行後期維修，較為經濟。

　　4 施工中需注意的問題

　　（1）粘帖碳纖維布時，必須驅除纖維絲內的空氣
，使碳纖維布表麵平整。當出現空鼓且麵積少於100 cm2 時，采用針管注漿方法填實空鼓；空鼓麵積超過100 cm2 時
，應切除後重新粘貼。

　　（2）碳纖維布粘貼時需搭接的

，搭接長度應滿足規範要求，一般應不小於10 cm。

　　（3）粘貼碳纖維布時一定要根據碳纖維所起作用

，選擇正確的纖維方向。

　　（4）碳纖維布為導電材料，施工時應采取相應的有效保護措施。

　　（5）後續施工不得破壞已經完成的碳纖維，不得靠近碳纖維焊接、烘烤。

　　5 結語

　　碳纖維加固主要用於加固受拉、受剪、拉彎的鋼筋混凝土構件
，且理論已十分成熟，相應計算可依據《混凝土結構加固設計規範》GB50367-2006及《碳纖維片材加固修複混凝土結構技術規程》（CECS146:2003）。

　　碳纖維材料雖然具有十分突出的優點，但也要注意以下幾個問題，一是進口碳纖維布產(chan)品(pin)價(jia)格(ge)比(bi)較(jiao)昂(ang)貴(gui)，而(er)國(guo)內(nei)產(chan)品(pin)的(de)質(zhi)量(liang)性(xing)能(neng)還(hai)存(cun)在(zai)著(zhe)一(yi)定(ding)的(de)問(wen)題(ti)。例(li)如(ru)材(cai)料(liao)的(de)勻(yun)質(zhi)性(xing)較(jiao)差(cha)導(dao)致(zhi)受(shou)力(li)不(bu)均(jun)，碳(tan)纖(xian)維(wei)片(pian)預(yu)浸(jin)樹(shu)脂(zhi)含(han)量(liang)過(guo)高(gao)，碳(tan)纖(xian)維(wei)斷(duan)絲(si)率(lv)過(guo)高(gao)，樹(shu)脂(zhi)質(zhi)量(liang)也(ye)欠(qian)佳(jia)，這(zhe)些(xie)都(dou)影(ying)響(xiang)補(bu)強(qiang)質(zhi)量(liang)；二是對於一些特殊構件
，加固理論還不成熟。