摘要：本文結合我國橋梁現狀，介紹了碳纖維增強復合材料加固橋梁的新技術。
　　關鍵詞：混凝土橋梁，加固，碳纖維布
　　
　　我國大部分橋梁建成于20世紀50~70年代，已經運營數十年，再加上超載、超限車輛的日益增多，大批橋梁的技術狀況，已不能滿足行車安全的需要。已建的混凝土橋梁結構可能會出現承載能力不足、混凝土表面裂縫等問題。這些混凝土橋梁中絕大部分可以通過加固改造就能提高或改善結構受力性能，重新投入使用。
　　自上世紀七十年代末初期，歐洲進行纖維增強復合材料（FRP）在土木工程應用研究以來，具有極好的比強度和比剛度、優秀耐腐蝕性的纖維增強復合材料已廣泛用于混凝土結構的粘貼加固工程，形成了纖維增強復合材料補強加固已有混凝土橋梁的新技術，其中碳纖維增強復合材料（CFRP）應用更多。本文根據國內外關于碳纖維增強復合材料補強加固的工程研究，介紹這一新技術的材料特性、施工方法和技術措施。
　　
　　1、材料的基本特性
　　碳纖維增強復合材料補強加固所采用的基本材料是高強度或高彈性模量的連續碳纖維，單向排列成束，用環氧樹脂浸漬固化的碳纖維板或未經樹脂浸漬固化的碳纖維布，統稱碳纖維片材。將片材用專門配制的粘貼樹脂或浸漬樹脂粘貼在橋梁混凝土構件需補強加固部位表面，樹脂固化后與原構件形成新的受力復合體，共同工作。
　　碳纖維片材：
　　片材碳纖維材料的拉伸強度在（2400～3400）MPa之間，與普通碳素鋼板拉伸強度為240MPa相比，片材的拉伸強度很高。片材碳纖維材料的彈性模量依片材力學性能不同，碳纖維片材依力學性能分成高模量、高強度和中等模量三類。高模量碳纖維片材的彈性模量較高，但其伸長率較低。
　　相比之下，碳纖維片材的單位重比鋼材低許多，說明碳纖維片材較輕在加固時不增加結構的自重，而且施工工藝簡單對結構不造成損傷。碳纖維的化學結構穩定，本身不會受酸堿鹽及各類化學介質的腐蝕，有良好的耐寒和耐熱性。
　　配套樹脂類粘結材料；
　　混凝土結構加固修補配套樹脂系統包括底層涂料，用于滲透過混凝土表面，促進粘結并形成長期持久界面的基礎；油灰，用于填充整個表面空隙并形成平整表面以便使用碳纖維片材；浸漬樹脂或粘結樹脂，前者用于碳纖維布粘貼，后者用于碳纖維板粘貼。
　　浸漬樹脂或粘貼樹脂是將碳纖維片粘附于混凝土構件表面并與之緊密地結合在一起形成整體共同工作的關鍵，因此，樹脂同混凝土的粘貼強度大于混凝土的拉伸強度和剪切強度。就公路混凝土橋梁用碳纖維片材加固技術而言，環氧樹脂在不同施工環境溫度下固化性能有十分重要的意義，因為這涉及到粘貼工作質量與如何盡量減少橋上正常交通中斷時間緊密相關。采用專配的環氧樹脂材料，在混凝土施工表面溫度（10～40）攝氏度時，粘貼環氧樹脂固化時間約15小時以上，但粘貼后就可以使用的時間為45分鐘以上，專配的環氧樹脂材料的這一性能是完全適合混凝土橋梁的加固工作。
　　
　　
　　2、碳纖維片材加固橋梁的形式
　　碳纖維片材主要用于混凝土橋梁的基本構件和節點的加固補強，其加固的效果主要是提高構件的抗彎承載力、抗剪承載力以及受壓構件的軸向抗壓承載力；提高構件的剛度以及延性。除此之外，許多室內及現場試驗證明，碳纖維片材加固的混凝土構件裂縫寬度發展可以得到控制。
　　由于碳纖維片材，特別是碳纖維布質量輕且厚度薄，具有一定柔度，在混凝土橋的有關部位加固較靈活。碳纖維片材因碳纖維排列方向不同而使各方向拉伸強度不相同，碳纖維片材的纖維向與受力向相同時，其拉伸強度最高，反之，纖維方向與受力方向垂直時，其強度最低。因此，在采用碳纖維片材進行加固設計中，必須正確掌握纖維的布置方向。根據混凝土構件加固計算，可以采用連續式粘貼或條帶間隔粘貼碳纖維片材的方式。研究表明，分條加固的效果要優于整條布的加固效果。
　　3、粘貼碳纖維片材加固施工技術
　　①、碳纖維布的施工工序：
　　I. 施工準備。
　　II. 混凝土表面處理（見下文）。
　　III. 配制并涂刷底層樹脂。
　　IV. 配制找平材料并對不平整處進行找平處理。
　　V. 配制并涂刷浸漬樹脂或粘結樹脂。
　　VI. 粘貼碳纖維布。
　　VII. 涂刷混凝土漆兩遍。
　　②、施工及工藝要求：
　　I. 要根據施工現場和梁體混凝土的實際狀況，擬訂施工方案和施工計劃。
　　II. 要對所使用的碳纖維布、配套樹脂、機具等做好施工前的準備工作。
　　III. 施工要在環境溫度為8℃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。
　　IV. 施工時應考慮環境濕度對樹脂固化的不利影響。
　　V. 在進行梁體表面處理和粘貼碳纖維布前，應按設計部位放線定位。
　　VI. 樹脂配置時，應按產品使用說明中規定的配比稱量并置于容器中，用攪拌器攪拌至色澤均勻。在攪拌用容器內及攪拌器上不得有油污和雜質。應根據現場實際環境溫度確定樹脂的每次拌和量，并按要求嚴格控制使用時間。
　　③、表面處理：
　　I. 清除梁底表面的剝落、疏松、蜂窩、腐蝕等劣化混凝土，露出混凝土結構層，對有砼剝落或嚴重凹陷處用不低于C40級的環氧細石混凝土將表面修復平整。為保證新舊混凝土的可靠粘結，要將舊混凝土表面鑿毛后清理干凈，并在表面涂刷一層環氧漿液界面劑。
　　II. 按設計要求對裂縫進行處理。
　　III. 梁體表面應打磨平整，除去表面浮漿、油污等雜質，直至完全露出混凝土結構新面。
　　IV. 混凝土表面清理干凈并保持干燥。
　　④、涂刷底層樹脂：
　　I. 按產品生產廠提供的工藝規定配置底層樹脂。
　　II. 采用滾筒刷將底層樹脂均勻涂抹于混凝土表面，在底層樹脂表面指觸干燥后，盡快進行下
　　一工序的施工。
　　⑤、找平處理：
　　I. 按產品生產廠提供的的工藝規定配置找平材料。
　　II. 對混凝土表面凹陷部位用找平材料填補平整，不應有棱角。
　　III. 在找平材料表面指觸干燥后，盡快進行下一工序的施工。
　　⑥、粘貼碳纖維布步驟和要求：
　　I. 按設計尺寸裁剪碳纖維布。
　　II. 按產品生產廠提供的工藝規定配置浸漬樹脂，并均勻涂抹于粘貼部位。
　　III. 將碳纖維布用手輕壓貼于需粘貼的位置，采用專業的滾筒順纖維方向多次滾壓，擠除氣泡，使浸漬樹脂充分浸透碳纖維布，滾壓時不得損傷碳纖維布。
　　IV. 粘貼U型壓條時應重復上述步驟，并在縱向碳纖維布表面的浸漬樹脂指觸干燥后盡快粘貼。
　　V. 在碳纖維布表面均勻涂抹浸漬樹脂。
　　VI. 待浸漬樹脂完全干燥后涂刷兩遍水泥漆。
　　VII. 碳纖維布在粘貼施工中的具體要求見《碳纖維片材加固混凝土結構技術規程》。
　　⑦、其它事項：
　　I. 施工碳纖維布時要遠離電氣設備和電源，或采取可靠的防護措施。
　　II. 施工中盡量避免碳纖維布彎折。
　　Ⅲ.配套樹脂的原料要密封儲存，遠離火源，避免陽光直接照射。
　　4、有關混凝土橋梁技術應用問題
　　粘貼碳纖維片材加固混凝土橋梁技術在歐洲、美國、加拿大和日本已經廣泛應用，并且進行了深入的研究。我國在這方面的工程實踐也是在二十世紀九十年代中期才開始，就我國公路混凝土橋梁有關粘貼碳纖維片材加固新技術應用推廣的問題做如下討論。
　　粘貼碳纖維片材加固混凝土橋梁是一項新技術，使得粘貼加固法成為公路橋梁快速加固方法，適合公路橋梁加固期間盡量不影響橋梁正常營運的要求。碳纖維片材輕、現場粘貼無需重型設備、施工便利，便于橋下的高空作業，可在公路橋梁上推廣應用。
　　對于公路舊混凝土橋梁的加固方法，在工程上應用效果較好的是綜合法，即以某種加固方法為主，輔以其它方法，這必須依照橋梁現場的外觀檢查和技術狀況評定，加固設計要求而定。目前，粘貼碳纖維片材加固方法往往輔以裂縫灌漿、裂縫封閉等方法。
　　我國目前在工程中采用的碳纖維片材材料及配套樹脂類粘結材料，是以國外進口材料為主，國產產品較少，且產品的勻質性及低樹脂含量等技術指標上還有差距。這樣，進口的材料單價就顯高，這往往影響技術的經濟決策。因此，除了應盡快采取先進技術及措施使國產產品提高質量外，在碳纖維片材加固技術應用中，應當更多從加固效果，耐久方面來考慮橋梁加固后正常運營效益與經濟性。
　　在國外先進國家的科學研究工程實踐基礎上，結合我國公路舊橋的加固維修特點與經驗，盡快編制碳纖維片材加固技術的指南，以指導工程應用。碳纖維片材加固補強公路混凝土橋梁是粘貼加固新技術，需要結合我國的工程特點進行深入研究和不斷提高，使我國公路舊橋加固維修技術達到新的水平。
　　參考文獻:
　　[1]徐啟友橋梁修理與技術改造．北京：人民交通出版社，1992．
　　[2]李榮，岳清瑞．碳纖維片材（CFRP）加固修復混凝土特種結構．特種結構，2000（3）．
　　[3]楊玉鳳，許宏元．碳纖維預應力混凝土梁．國外橋梁，2001（1）．
　　[4]吳文清，徐學東編譯．外貼纖維增強塑料板的混凝土結構加固新技術．國外公路，
　　1999（2）．
　　[5]楊永表，石洞．復合材料在橋梁工程中的應用．橋梁建設，1997（4）．