在工程應(yīng)用研究方面，重點(diǎn)研究碳纖維片材（碳纖維布/碳纖維板之總稱）。在90年代由國(guó)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(yīng)用成果并得到廣泛推廣。2003年由中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)頒布了《碳纖維片材加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（CECS146：2003），作為指導(dǎo)性文件提供了設(shè)計(jì)施工和質(zhì)量檢驗(yàn)依據(jù)。而碳纖維片材用于橋梁加固技術(shù)是目前應(yīng)用較為普遍的技術(shù)之一，其十幾年來的應(yīng)用為橋梁加固事業(yè)作出了歷史性的貢獻(xiàn)。
針對(duì)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(hù)投人；以及采取增大截面法，結(jié)構(gòu)面會(huì)留下不和諧修補(bǔ)“傷疤” 影響結(jié)構(gòu)外觀和技術(shù)狀況評(píng)價(jià)等問題，碳纖維筋橋梁加固是一項(xiàng)新的應(yīng)用外粘高性能碳纖維復(fù)合材料增強(qiáng)結(jié)構(gòu)技術(shù)，主要形式包括“嵌人植筋加強(qiáng)法" 和“體外配筋擴(kuò)大截面增強(qiáng)法"。碳纖維筋與高強(qiáng)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(qiáng)度、聚合物砂漿的快凝強(qiáng)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(dá)到維修、加固、利用與修舊翻新的綜合作用。
2.碳纖維復(fù)合筋的性能
碳纖維復(fù)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?jǐn)?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(xué)性能又分為高模量超高模量、高強(qiáng)度和超高強(qiáng)度4種；按用途可分為宇航級(jí)小絲束碳纖維和工業(yè)級(jí)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(zhǎng)絲單位重量），大絲束為48K以上。
2.1碳纖維的優(yōu)勢(shì)
碳纖維具有較強(qiáng)的防水和防滲漏的特點(diǎn)，具有耐酸、耐堿的耐腐蝕性，阻燃性和良好的力學(xué)性能和良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性，因此也在建筑工程和其他領(lǐng)域被廣泛運(yùn)用。據(jù)投資顧問行業(yè)研究中心相關(guān)統(tǒng)計(jì)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(zhǎng)。由此可見，碳纖維的使用將越來越廣泛。
2.2碳纖維復(fù)合筋的特性
碳纖維復(fù)合筋的主要技術(shù)指標(biāo)及其與鋼筋對(duì)比如下表：
表1 碳纖維復(fù)合筋的技術(shù)指標(biāo)及其與鋼筋的對(duì)比表
名稱
碳纖維復(fù)合筋
鋼筋
密度（g/cm3）
1.5
7.9
抗拉強(qiáng)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(fù)合筋的密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于鋼筋，同樣體積的材料，重量上碳纖維復(fù)合筋的優(yōu)勢(shì)很大；碳纖維復(fù)合筋抗拉強(qiáng)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(huì)低很多。
碳纖維復(fù)合筋的主要性能：（1）質(zhì)量輕（相當(dāng)于鋼密度的1/5）；（2）強(qiáng)度高（抗拉強(qiáng)度是鋼筋的4到5倍）；（3）密度?。?.5g/cm3）；（4）彈性模量高（彈性回復(fù)100％）；（5）熱膨脹系數(shù)小，耐高溫和低溫性好；（6）耐酸性好，對(duì)酸呈惰性，耐濃酸侵蝕；（7）與砂漿附著力強(qiáng)。
3. 聚合物砂漿特點(diǎn)
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(qiáng)度高，熱膨脹系數(shù)與混凝土類似。
聚合物砂漿的主要特點(diǎn)：（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(kuò)散；（3）和易性好，利用快捷、速凝的功能特點(diǎn)，修繕結(jié)構(gòu)腐蝕表面，達(dá)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(guó)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(yùn)載、通航泄洪、保證安全、連接路網(wǎng)的重要功能。目前，我國(guó)各級(jí)公路上營(yíng)運(yùn)的橋梁總數(shù)達(dá) 60余萬座。
按橋梁設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)大中小類型的橋梁平均使用壽命測(cè)算，橋梁平均設(shè)計(jì)使用壽命在50年左右。全國(guó)年均需要改造翻新的橋梁約有10 000 余座，合計(jì)約60余萬延米。以二級(jí)路為例，每年國(guó)家需要投人的橋梁改造費(fèi)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(jì)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(zhǎng)橋梁的使用壽命、如何更有效的提高危險(xiǎn)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(dāng)前橋梁管理中面臨且急需解決的問題。
面對(duì)當(dāng)前大規(guī)模的橋梁改造任務(wù)，各級(jí)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(kuò)大截面加固法”、“體外（內(nèi)）預(yù)應(yīng)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(xiàn)。隨著近幾年重交通的發(fā)展和擴(kuò)散，現(xiàn)有橋梁的加固材料和工藝技術(shù)在適應(yīng)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(bǔ)強(qiáng)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(dāng)前加固中為提高結(jié)構(gòu)受力的高強(qiáng)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(hù)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(hù)，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(qiáng)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(huì)留下不和諧修補(bǔ)“傷疤”，影響結(jié)構(gòu)外觀和技術(shù)狀況評(píng)價(jià)。
由此可見，研究和選擇一種高強(qiáng)、防腐蝕、經(jīng)濟(jì)、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(dá)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(duì)混凝土構(gòu)件加固部位進(jìn)行鑿毛處理。對(duì)加固表面缺損的坑洼部位采用高強(qiáng)聚合物砂漿預(yù)先修補(bǔ)，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(fù)合筋，利用錨具固定碳纖維復(fù)合筋，碳纖維復(fù)合筋應(yīng)緊貼加固面，壓條及螺栓均應(yīng)采用不銹材料；安裝完后，噴涂高強(qiáng)聚合物砂漿，砂漿厚度不小于20MM，施工溫度應(yīng)在10℃-35℃，后對(duì)表面進(jìn)行養(yǎng)護(hù).

碳纖維布（CFRP）加固修補(bǔ)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(dá)到對(duì)結(jié)構(gòu)及構(gòu)件加固補(bǔ)強(qiáng)的目的。
加固機(jī)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(fù)合體，使增強(qiáng)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(qiáng)度，延性及抗裂性。利用碳纖維布良好的抗拉強(qiáng)度達(dá)到增強(qiáng)構(gòu)件承載能力及剛度的目的。
CFRP加固修補(bǔ)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(qiáng)度應(yīng)按纖維的凈截面面積計(jì)算，凈截面面積取碳纖維布的計(jì)算厚度乘以寬度。碳纖維布的計(jì)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(shí)，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(hào)，應(yīng)根據(jù)施工時(shí)的溫度、濕度進(jìn)行選擇。應(yīng)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(duì)混凝土結(jié)構(gòu)加固時(shí)，應(yīng)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(shí)，被加固的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)混凝土強(qiáng)度等級(jí)不得低于C15，且混凝土表面的正拉粘結(jié)強(qiáng)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(shí)，混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C10。
4、主要機(jī)具：角向磨光機(jī)、砂紙、剪刀、鑿子、榔頭、臺(tái)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(hù)眼鏡、橡膠手套、口罩等。
1、應(yīng)認(rèn)真閱讀設(shè)計(jì)施工圖。在進(jìn)行混凝土表面處理和粘貼碳纖維布前，應(yīng)按加固設(shè)計(jì)部位放線定位。
2、應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和加固構(gòu)件混凝土的補(bǔ)強(qiáng)荷載要求，制定相應(yīng)施工方案和施工計(jì)劃。
3、應(yīng)對(duì)所使用的碳纖維布、配套樹脂、機(jī)具等做好施工前的物質(zhì)準(zhǔn)備工作。
4、進(jìn)場(chǎng)后的碳纖維布、配套樹脂應(yīng)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(jìn)行，并應(yīng)符合配套樹脂要求的施工使用溫度。當(dāng)環(huán)境溫度低于5℃時(shí)，應(yīng)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(shí)，應(yīng)由專業(yè)施工隊(duì)伍進(jìn)行施工。
施工過程中應(yīng)避免碳纖維片材彎折。

怎樣進(jìn)行多層碳纖維布加固？
碳纖維布是一種優(yōu)質(zhì)的建筑加固材料，相對(duì)于常規(guī)加固方法，不僅強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、對(duì)原結(jié)構(gòu)空間占用小，同時(shí)質(zhì)軟能像布料一樣適用于復(fù)雜多變的建筑表面。碳纖維布加固技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展，如今已經(jīng)名副其實(shí)的成為加固行業(yè)中，采用多的加固方法之一。
碳纖維布在混凝土結(jié)構(gòu)中，主要對(duì)受彎構(gòu)件起到加強(qiáng)承載力的作用，就好比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中受拉區(qū)布置的鋼筋一樣。滿足安全性鑒定的碳纖維布具有高達(dá)3400MPa的強(qiáng)度，然而在實(shí)際的設(shè)計(jì)施工中，考慮到二次受力等因素的影響，會(huì)出現(xiàn)僅采用一層碳纖維布無法達(dá)到強(qiáng)度要求的情況，這時(shí)就需要采取多層碳纖維布進(jìn)行加固處理。
多層碳纖維布加固中應(yīng)用廣的是雙層碳纖維布加固。相對(duì)于單層纖維布的粘貼，雙層碳纖維布的施工工藝要復(fù)雜一些。雙層碳纖維布粘貼時(shí)，應(yīng)在層碳布浸漬膠達(dá)到指干狀態(tài)前立即粘貼下一層，若延誤時(shí)間超過1小時(shí)，則應(yīng)等待12小時(shí)后重新在層碳布上涂抹膠體進(jìn)行施工，同時(shí)在粘貼前需要注意將灰塵等對(duì)粘貼效果有影響的雜質(zhì)進(jìn)行清除。
雙層碳纖維布不僅在施工上有嚴(yán)格的要求，在構(gòu)造措施中同樣也要格外的注意。首先，碳布端部的U型箍在雙層碳纖維布中有很重要的作用，混凝土梁受彎產(chǎn)生變形，梁和纖維布要求變形協(xié)調(diào)，因而在混凝土梁底與膠、膠與碳纖維布間會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力，容易發(fā)生端部的剝離破壞，尤其是對(duì)于多層碳布來說。而端部采用U型箍，會(huì)對(duì)碳布起到約束作用，減少了剝離的可能性。
另外，為了保證雙層碳布端部的錨固能力，對(duì)碳纖維布進(jìn)行分層截?cái)嗍歉雍侠淼募庸谭椒?。在雙層碳布的加固中，有兩種分層截?cái)嗟拇胧┛蛇x，分別是外短內(nèi)長(zhǎng)與內(nèi)短外長(zhǎng)，二者之間的效果好壞可從以下幾方面判斷：
傳力路徑
外短內(nèi)長(zhǎng)型中b端碳纖維受力需要通過第二層膠、層布以及層膠才能傳遞到混凝土結(jié)構(gòu)中，傳力路徑較長(zhǎng)，整體性稍差。
可靠程度
外短內(nèi)長(zhǎng)的形式b端碳纖維布與混凝土基材存在二次粘貼，錨固失效概率比較高，錨固效果可靠程度偏低。
剝離破壞
單獨(dú)的對(duì)于b端錨固效果來說，內(nèi)短外長(zhǎng)的構(gòu)造形式將b端頭包裹在其中，對(duì)b端頭起到了約束的作用，也就提高了b端頭的抗剝離能力。
由此可見，兩種構(gòu)造中內(nèi)短外長(zhǎng)加U型箍的錨固、加固效果要明顯優(yōu)異于外短內(nèi)長(zhǎng)型。因此，在規(guī)范GB 50367-2013中，也明確的推薦內(nèi)短外長(zhǎng)型的構(gòu)造措施。
還有一點(diǎn)，在雙層碳纖維布中也起到了至關(guān)重要的作用。雙層碳纖維布之間、碳纖維布與混凝土基材之間，都是靠膠體進(jìn)行粘接傳力，相對(duì)于單層碳纖維布，雙層碳纖維布由于承受更高的拉應(yīng)力，因此需要更高性能的膠體，來保證整體共同受力?？ū窘n膠，通過安全性鑒定，無疑問是雙層碳纖維布施工中的有力支持。

粘鋼加固和碳纖維布加固能不能互換？
在加固工程之中，粘貼碳布與粘鋼加固，是我們常見的加固方法，那么究竟碳布與粘鋼加固有哪些相同與不同之處呢？今天我們就來深入了解一下吧!
加固機(jī)理相似
粘貼碳纖維布加固和粘鋼加固的形式和加固機(jī)理比較類似，本質(zhì)上相當(dāng)于增加構(gòu)件配筋，在抗剪、抗彎加固中一般可以互相替換。
粘鋼加固工法的優(yōu)勢(shì)
碳纖維和鋼材彈性模量基本一致，但碳纖維的抗拉強(qiáng)度是鋼材的10倍左右，所以要充分發(fā)揮加固材料的強(qiáng)度，粘貼碳纖維需要加固構(gòu)件產(chǎn)生更大的形變。也就是說，在小變形情況下，粘貼碳纖維加固應(yīng)力滯后顯著，所以當(dāng)構(gòu)件承載力相差較多時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用粘鋼加固；
碳纖維和鋼材彈性模量基本一致，達(dá)到同樣的力值，鋼材截面要大的多，所以粘鋼加固提高構(gòu)件鋼度的幅度要超過碳纖維加固。也就是說，若補(bǔ)充同樣的抗彎能力，構(gòu)件粘鋼加固的撓度、裂縫寬度小于粘碳纖維加固的；
鋼板上可以焊接錨筋，也可鉆孔設(shè)植筋錨固，所以粘鋼加固的錨固方式較粘碳纖維靈活；
碳布加固工法的優(yōu)勢(shì)
如果將碳纖維布抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值取為2000MPa，鋼材(Q235)抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值取為200MPa，可按照0.1mm厚碳纖維布則可相當(dāng)于1mm厚鋼板。
此外，碳纖維輕、薄，不需要大型施工機(jī)械，運(yùn)輸儲(chǔ)存、施工簡(jiǎn)便，同樣工程量，粘貼碳纖維施工工期約是粘鋼的40%。碳纖維和鋼材相比，屬惰性材料，不銹蝕，也不易被有害介質(zhì)腐蝕，在惡劣環(huán)境下耐久性好。
碳纖維還具有柔韌性，能夠包裹復(fù)雜外形的構(gòu)件，并非很光滑的結(jié)構(gòu)建筑的鋼筋表面基本有效粘貼率也可以達(dá)到100%，粘貼鋼板是很難達(dá)到100%有效的粘貼面，相應(yīng)的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)僅僅是達(dá)到70%。
在加固工程之中，單采用一種加固工法就將問題完全解決，少之又少，換言之，任何加固工法都會(huì)有自己的使用局限，我們就需要掌握每種加固工法的優(yōu)勢(shì)，將每種加固工法的優(yōu)勢(shì)充分發(fā)揮出來，為結(jié)構(gòu)安全護(hù)航。