碳纖維布輕質(zhì)高強(qiáng)、適用面廣、施工方便快捷等優(yōu)點(diǎn)不言而喻，因而碳纖維布加固法作為一種新型的、技術(shù)含量高的結(jié)構(gòu)加固技術(shù)，在加固領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，具有很大的推廣價(jià)值和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。本文將碳纖維布加固技術(shù)與傳統(tǒng)的幾種加固技術(shù)進(jìn)行了分析，并且全面闡述了碳纖維加固的優(yōu)點(diǎn)和在工程應(yīng)用中需注意的幾點(diǎn)不足。另外，本文還將碳纖維布加固與粘鋼加固進(jìn)行對(duì)比換算，并提出在不同條件下選用不同加固方案。
目前，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)己成為現(xiàn)代建筑、構(gòu)筑物常用的結(jié)構(gòu)形式，成為我國(guó)乃至世界各國(guó)占主導(dǎo)地位的建筑結(jié)構(gòu)，在我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮著不可代替的作用。因此，確保鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的安全使用具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。但是由于自然災(zāi)害、年久失修以及人為因素、荷載等級(jí)提高和設(shè)計(jì)規(guī)范修訂等原因?qū)е陆ㄖY(jié)構(gòu)承載力不足，影響正常使用和安全運(yùn)行，須對(duì)其進(jìn)行加固處理；加之一些結(jié)構(gòu)工程中混凝土的質(zhì)量不盡理想，致使加固維修問(wèn)題更為突出，己成為經(jīng)濟(jì)建設(shè)的沉重負(fù)擔(dān)并制約了進(jìn)一步的發(fā)展。
加固改造具有三個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)：投資少、工期短、省空間，這些都會(huì)帶來(lái)顯著的經(jīng)濟(jì)效益，特別是時(shí)間和空間的節(jié)省，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)和商業(yè)活動(dòng)來(lái)講，在效益方面往往起著決定性的作用。對(duì)承載力不足的工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行修復(fù)加固，不僅可以使的生命及財(cái)產(chǎn)得到保障，還可以盡可能地發(fā)揮既有結(jié)構(gòu)的作用，緩解人力、物力、資金緊張的情況，使資金投到需要的地方。
碳纖維增強(qiáng)塑料（Carbon Fiber Reinforced Plastics，下稱CFRP,常以碳纖維布的形式出現(xiàn)），具有優(yōu)異的物理力學(xué)性能、耐久性及抗腐蝕性等特點(diǎn)。該材料是在日本發(fā)明的，早應(yīng)用于航空航天，國(guó)外早對(duì)纖維加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)進(jìn)行研究的是德國(guó)IBMB研究院和瑞士的EMPA實(shí)驗(yàn)室，日本、韓國(guó)和美國(guó)緊隨其后，碳纖維塑料對(duì)鋼筋混凝土進(jìn)行修復(fù)加固在發(fā)達(dá)國(guó)家已成為一項(xiàng)成熟技術(shù)②。
與傳統(tǒng)加固方法比較，碳纖維增強(qiáng)塑料具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)在③：
1）強(qiáng)度高、延性好
碳纖維布具有優(yōu)異的物理力學(xué)性質(zhì)，抗拉強(qiáng)度2500-4500MPa（是普通鋼材的10倍左右），彈性模量是普通鋼材的1-2倍。以其強(qiáng)度來(lái)提高承載力，以其高彈性模量來(lái)改善結(jié)構(gòu)的延展性，從而達(dá)到加固的目的。
2）耐久性和耐腐蝕性好
由于其固有的化學(xué)特性，致使碳纖維布能夠抵抗一般酸堿鹽的腐蝕，有良好的耐腐蝕性和耐久性，而且其本身還可以起到對(duì)內(nèi)部混凝土結(jié)構(gòu)的保護(hù)作用，間接增加了混凝土保護(hù)層，從而達(dá)到雙重效果。
3）不增加構(gòu)件的自重及體積
碳纖維布質(zhì)量輕，厚度薄，粘貼后基本不增加結(jié)構(gòu)自重和尺寸，不影響建筑物的有效使用空間和外觀。
4）適用面廣
碳纖維布是一種柔性材料，可以方便地裁剪，所以這種加固技術(shù)可以廣泛適用于各種結(jié)構(gòu)類型（如橋梁、隧道、涵洞、煙囪等）、各種結(jié)構(gòu)形狀（如矩形、圓形、曲面結(jié)構(gòu)等）、各種結(jié)構(gòu)部位（梁、板、柱、節(jié)點(diǎn)、拱、殼等），且不改變結(jié)構(gòu)形狀及不影響結(jié)構(gòu)外觀，這是傳統(tǒng)加固方法所不具有的。
5）施工便捷高效
碳纖維布加固，無(wú)大型機(jī)具，沒(méi)有濕作業(yè)，占用場(chǎng)地少。施工工效高，粘貼碳纖維法是粘貼鋼板施工工效的4-5倍。施工質(zhì)量易保證，碳纖維預(yù)浸料輕質(zhì)柔軟，易貼附，即使被加固的結(jié)構(gòu)表面不是非常平整，也可以保證很高的粘貼率。
碳纖維布的這些特點(diǎn)，為建筑結(jié)構(gòu)的加固提供了技術(shù)支持，決定了碳纖維加固技術(shù)具有很大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)效益。
現(xiàn)代建筑中，粘鋼加固和碳纖維加固應(yīng)用較多，此處將兩種加固方法進(jìn)行對(duì)比：
碳纖維布輕質(zhì)高強(qiáng)，厚度為0.111-0.167mm，抗拉強(qiáng)度高，為普通鋼材的8-10倍，但各向異性，即抗拉強(qiáng)度高但抗剪強(qiáng)度低；施工更為簡(jiǎn)便，施工速度為粘鋼的2-3倍。
鋼板的物理力學(xué)性能為各項(xiàng)同性，受力性能好；施工時(shí)需夾具和施工機(jī)具， 施工工序和施工操作性較碳纖維布復(fù)雜。
下表中，我們對(duì)碳纖維布與鋼板進(jìn)行換算，通過(guò)分析得出：
對(duì)于普通小荷載結(jié)構(gòu)或構(gòu)件，其補(bǔ)強(qiáng)所需面積較小，粘貼碳纖維布1-2層即可滿足要求時(shí)，優(yōu)先選用粘貼碳纖維布加固，其經(jīng)濟(jì)性和施工操作性優(yōu)勢(shì)明顯：而當(dāng)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件補(bǔ)強(qiáng)所需面積較大時(shí)，即粘貼碳纖維布超過(guò)2-3層時(shí)，優(yōu)先選用粘鋼加固方案，可大幅提高結(jié)構(gòu)的承載力或受力性能，并取得良好的經(jīng)濟(jì)性。
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)地迅猛發(fā)展，各類建筑結(jié)構(gòu)的適用性和安全性被廣泛關(guān)注，如何在確保安全的前提下，低投資帶來(lái)高回報(bào)，成為新時(shí)代的焦點(diǎn)。以醫(yī)院等公共建筑為例，新的醫(yī)療設(shè)備或者結(jié)構(gòu)功能調(diào)整，對(duì)原有結(jié)構(gòu)提出了需求，如何在短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到要求，盡可能減少對(duì)社會(huì)的損失，都值得我們認(rèn)真思考。
碳纖維布具有強(qiáng)度高、延性好、耐腐蝕和耐久性好、適用面廣、施工便捷等優(yōu)點(diǎn)，在建筑加固中具有廣闊的前景。隨著科技的不斷進(jìn)步，新的加固材料、新的加固技術(shù)，必將為建設(shè)注入新的色彩。

我國(guó)乃橋梁大國(guó)，尤其自改革開(kāi)放以來(lái)，在橋梁建設(shè)方面我國(guó)取得了巨大的成就。然而伴隨著橋梁總數(shù)量的不斷上升，大部分橋梁正面臨技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)低、通行能力差的問(wèn)題，以至于無(wú)法滿足當(dāng)今日益增長(zhǎng)的交通需求，甚至已經(jīng)威脅到橋梁的行駛安全。
為了保證橋梁的安全以及正常運(yùn)營(yíng)，延長(zhǎng)橋梁的使用年限，對(duì)橋梁檢測(cè)、養(yǎng)護(hù)、維修等是必不可少的。但隨著橋梁使用年限的不斷增加，易出現(xiàn)承載能力下降、通行能力超限的問(wèn)題，這時(shí)就需要對(duì)橋梁采取必要的維修與加固措施以滿足新的使用需求。
由于橋梁使用功能的特殊性，并非所有橋梁都適合加固。首先，加固改造后的橋梁，在承載力、耐久性能上都需滿足使用上的要求。對(duì)橋梁進(jìn)行加固并非意味著可以無(wú)限制的提升橋梁承載力，需要考慮到新的加固體系與舊的混凝土結(jié)構(gòu)的整體性與共同工作。避免出現(xiàn)加固體系受力滯后而混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)先破壞的情況。
在橋梁的主梁加固中，可以將碳纖維布等效為鋼筋，沿橋梁主拉應(yīng)力方向粘貼碳纖維布，同時(shí)兩端設(shè)置錨固段，可有效防止裂縫的生成以及提高主梁的抗彎剛度；也可粘貼在梁的側(cè)面，發(fā)揮類似箍筋的作用機(jī)理，提高主梁抗剪承載力。碳纖維布也可用于軸心受壓的墩柱加固中，可采用環(huán)向圍束法，在墩柱上纏繞碳纖維布對(duì)柱體側(cè)向變形起到約束，進(jìn)而提高墩柱抗壓強(qiáng)度。
在橋梁加固中，必須盡可能地減少對(duì)原結(jié)構(gòu)的擾動(dòng)、損傷以及加固后自重的增加，同時(shí)兼顧施工操作的可行性。碳纖維布輕質(zhì)高強(qiáng)，且施工方便的特性，在橋梁加固中可得到充分的發(fā)揮。因此碳纖維布在橋梁中，可用于主梁、墩臺(tái)等承重構(gòu)件中，也可在非承重構(gòu)件中加固使用。
事實(shí)上，雖然碳纖維布在橋梁加固中施工方便且對(duì)原結(jié)構(gòu)影響小，但礙于其受力滯后的特性，在橋梁加固中難以發(fā)揮材料的高強(qiáng)度優(yōu)勢(shì)。而預(yù)應(yīng)力碳板，結(jié)合預(yù)應(yīng)力技術(shù)，能夠充分發(fā)揮碳纖維復(fù)合材高抗拉強(qiáng)度、同時(shí)改變梁受力性能，為橋梁加固提供了全新的方法。預(yù)應(yīng)力碳板尤其適用于大跨徑橋梁的加固，正逐步得到越來(lái)越多的認(rèn)可。

碳纖維加固是建筑加固中經(jīng)常用到的加固材料，隨著社會(huì)的發(fā)展及技術(shù)的日益提高，碳纖維加固技術(shù)也越來(lái)越成熟，但是其對(duì)于加固用碳纖維膠和碳纖維自身的材料要求始終嚴(yán)格。
《混凝土加固設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50367-2011 中規(guī)定，對(duì)使用膠粘方法或摻有聚合物加固的結(jié)構(gòu)、構(gòu)件，尚應(yīng)定期檢查其工作狀態(tài)。且次檢查時(shí)間定為投入使用后的6~8年。
粘貼碳纖維布施工：
1.碳纖維布采用0.167mm厚，彈性模量不小于230000MPa。結(jié)構(gòu)膠應(yīng)為A級(jí)膠。
2.碳纖維布及碳纖維板材要求有出廠合格證，底膠，找平材料，浸漬樹(shù)脂必須為同一廠家并按廠家要求配制。
3.施工程序
1）清除被加固梁表面的剝落，疏松，蜂窩，腐蝕等裂化的混凝土，露出結(jié)構(gòu)層。
2）轉(zhuǎn)角粘貼處進(jìn)行倒角處理，并打磨成圓弧狀，圓弧半徑不小于20mm。
3）當(dāng)碳纖維布沿纖維受力方向需要搭接時(shí)，其搭接長(zhǎng)度不應(yīng)小于100mm，當(dāng)采用多層碳纖維布加固時(shí)。各條或各層之間的搭接位置宜相互錯(cuò)開(kāi)。
4）將底層樹(shù)脂均勻涂抹于粘貼混凝土表面,在樹(shù)脂表面指觸干燥后，立即對(duì)混凝土表面凹陷部位用找平，材料填補(bǔ)平整,且不應(yīng)有棱角；在找平材料指觸干燥后，立即涂抹浸漬樹(shù)脂，用特制滾筒將按設(shè)計(jì)要求尺寸裁剪的碳纖維布沿纖維方向多次滾壓，擠除氣泡。使浸漬樹(shù)脂充分浸透碳纖維布，滾壓時(shí)不得損傷碳纖維布。
5）檢驗(yàn)及驗(yàn)收
a施工前，應(yīng)確認(rèn)碳纖維片材及配套粘結(jié)材料的產(chǎn)品合格，產(chǎn)品質(zhì)量出廠檢驗(yàn)報(bào)告。
b施工過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格按照上述規(guī)程有關(guān)條款進(jìn)行各工序隱蔽工程的檢驗(yàn)與驗(yàn)收。
c碳纖維片材實(shí)際尺寸應(yīng)不少于設(shè)計(jì)量，位置偏差不應(yīng)大于10mm。
d當(dāng)碳纖維布的空鼓面積小于10000mm2時(shí)，可采用針管注膠的方式進(jìn)行補(bǔ)救?？展牡拿娣e大于10000mm2 時(shí)，應(yīng)將空鼓處的碳纖維片材切除，重新搭接粘貼上等量的碳纖維。

目前市場(chǎng)上售賣的碳纖維布比較雜亂，很多牌子聽(tīng)都沒(méi)聽(tīng)過(guò)，甚至沒(méi)有匹配相應(yīng)的使用說(shuō)明書(shū)，令客戶在購(gòu)買的時(shí)候很是不安，不知道怎么選擇。所以很多客戶為了保證加固工程的質(zhì)量，指定購(gòu)買國(guó)際大品牌，如日本東麗、東邦等。
這些大品牌固然是好，但是由于航空運(yùn)輸、技術(shù)持有等因素，使得它們的價(jià)格也比一般的國(guó)產(chǎn)品牌要貴很多；另外，從情感上來(lái)說(shuō)，國(guó)產(chǎn)品牌是我們傲嬌世界的敲門(mén)磚，國(guó)人理應(yīng)支持國(guó)貨，為此獻(xiàn)一份力。
有的人說(shuō)了，難道讓我放棄工程質(zhì)量來(lái)支持國(guó)貨嗎？
當(dāng)然不是了。大家之所以對(duì)國(guó)產(chǎn)碳纖維布印象不佳，是因?yàn)槟切斑z珠”你還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)！國(guó)產(chǎn)碳纖維布并非都是差的，好的廠家比比皆是，只是做出品牌的比較少。好的品牌如上海悍馬，產(chǎn)品大多用在建筑加固補(bǔ)強(qiáng)上，其在用戶當(dāng)中的口碑很好，是國(guó)產(chǎn)品牌中的佼佼者。
碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料因其優(yōu)異的力學(xué)性能，成為近年來(lái)被大量應(yīng)用于多種結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)加固中的一種新型材料。同時(shí)隨著橋梁加固技術(shù)的不斷進(jìn)步，碳纖維粘貼補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)在理論設(shè)計(jì)和施工等方面也得到了進(jìn)一步完善和發(fā)展，成為目前研究的熱點(diǎn)。
采用碳纖維加固的混凝土結(jié)構(gòu)，屈服荷載和極限承載力都有明顯提高，碳纖維高強(qiáng)高彈模的特性對(duì)結(jié)構(gòu)的剛度提高也有所貢獻(xiàn)，結(jié)構(gòu)破壞形式明顯改善，從脆性破壞向延性破壞轉(zhuǎn)變。
碳纖維布的加固原理
用于建筑結(jié)構(gòu)加固的碳纖維材料具有優(yōu)良的力學(xué)性能，其抗拉強(qiáng)度一般為建筑用鋼材的十幾倍；但是碳纖維材料織成碳纖維布后，其中的各碳纖維絲很難完全共同工作，在承受較低的荷載時(shí)，一部分應(yīng)力水平較高的碳纖維絲首先達(dá)到其抗拉強(qiáng)度并退出工作狀態(tài)，以此類推，各碳纖維絲逐漸斷裂，直至整體破壞。而使用粘結(jié)劑后，各碳纖維絲能很好地共同工作，大大提高碳纖維布的抗拉強(qiáng)度，故碳纖維加固首先必須使碳纖維布中的碳纖維絲能共同工作，因此粘結(jié)劑對(duì)碳纖維布的加固起著關(guān)鍵的作用，它既要確保各碳纖維絲共同工作，同時(shí)又要確保碳纖維布與結(jié)構(gòu)共同工作，從而達(dá)到加固的目的。
試驗(yàn)方案
在預(yù)應(yīng)力混凝土空心板跨中混凝土及碳纖維上粘貼電阻應(yīng)變片，按《預(yù)制混凝土構(gòu)件質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》(GBJ321-90)對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土空心板進(jìn)行結(jié)構(gòu)性能試驗(yàn)。在1.0倍正常使用短期荷載檢驗(yàn)值作用下持荷30min，其余每級(jí)荷載作用下持荷10min。持荷結(jié)束時(shí)，使用靜態(tài)電阻應(yīng)變采集儀跟蹤記錄混凝土及碳纖維在各級(jí)荷載作用下的應(yīng)力應(yīng)變情況，用百分表量測(cè)空心板在各級(jí)荷載作用下的撓度變化，用讀數(shù)顯微鏡觀測(cè)裂縫寬度并記錄裂縫開(kāi)展情況。為檢驗(yàn)預(yù)應(yīng)力混凝土空心板的承載力情況，所有試驗(yàn)均做到破壞為止。
試驗(yàn)結(jié)論
(1)采取粘貼碳纖維加固預(yù)應(yīng)力混凝土空心板，可以有效地提高預(yù)應(yīng)力混凝土空心板的承載力。
(2)在同樣荷載作用下，粘貼碳纖維加固后可以有效減少預(yù)應(yīng)力混凝土空心板的撓度。
(3)粘貼碳纖維加固后預(yù)應(yīng)力混凝土空心板的開(kāi)裂荷載增大。
(4)采取粘貼碳纖維加固預(yù)應(yīng)力混凝土空心板，基本不影響構(gòu)件的截面高度及自重，對(duì)用戶空間的凈高度及建筑物的其他結(jié)構(gòu)沒(méi)有影響。
(5)試驗(yàn)中碳纖維拉應(yīng)變?yōu)?2000με，建議設(shè)計(jì)時(shí)碳纖維抗拉強(qiáng)度取2000MPa。
結(jié)語(yǔ)
隨著人們對(duì)碳纖維材料的進(jìn)一步深入研究以及碳纖維加固技術(shù)的推廣和實(shí)踐，碳纖維加固的不足會(huì)逐步得到克服，碳纖維材料的性能會(huì)更加優(yōu)良，碳纖維加固理論及加固技術(shù)將逐步走向成熟，碳纖維加固技術(shù)在工程加固領(lǐng)域?qū)缪菰絹?lái)越重要的角色。