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摘要：运用碳纤维材料加固混凝土结构技术是20世纪末期在发达国家兴起的一种新型加固技术，它利用树脂类胶结材料将碳纤维材料粘贴在混凝土结构表面，形成复合材料体，通过其与混凝土结构的协同作用，达到对原结构补强加固和改善结构受力性能的目的。笔者作为一名长期从事城市市政工程建设与管理领域的工作者，将结合日常工作实践谈谈对碳纤维结构加固技术在市政工程领域应用前景的看法。
关键词：碳纤维；加固；市政工程
由于碳纤维加固技术具有质量轻、强度高，施工快速便捷，抗疲劳性能佳以及优秀的耐腐蚀、抗渗透等性能，该技术近年来在我国土木工程结构加固改造领域中迅猛发展，脱颖而出。它弥补了传统加固技术方法中的诸多不足，体现出了不可替代的优越性。近期运用碳纤维材料加固混凝土结构技术也出现在市政工程建设领域，不少城市桥梁、隧道、堤岸工程，以及其他一些市政设施建筑物、构筑物的维护大修工作过程中都采用了该技术。
1市政工程领域对结构加固技术的需求
城市基础设施建设的投入也日益加大，不少城市道路、桥梁、市政管线、河流堤岸等设施都在逐步进行更新与扩容，一些不能满足未来使用要求的建筑物与构筑物将面临拆除或加固处理。例如在城市道路进行拓宽的过程中，河道上的桥梁也需要增加车道，一方面可以将原来的桥梁拆除重新建设满足使用要求的桥梁，另一方面则可以对原桥梁进行加固处理，增加桥面宽度，达到增加车道的目的。通常来说，以下几种情况造成城市市政设施需要进行加固处理：（1）由于市政设施使用超过了或达到了设计基准期，建筑物、构筑物的结构已经老化，不适宜继续使用。例如城市早期建设的桥梁、河道的护岸工程。（2）早期的某些设施由于当时的工程建设质量较差，随着时间的推移，建筑物、构筑物出现明显的结构缺陷。（3）由于某些自然灾害以及人为损坏事件的发生，对市政工程中建筑物、构筑物的结构产生严重损伤，需要对受损结构进行加固处理，提高设施的安全性和耐久性，延长其使用寿命。（4）由于设施的功能与规模等发生变化，原来的建筑物、构筑物不能满足使用要求，需要对原设施进行加固处理以满足未来的使用要求。这是城市中市政设施需要进行加固处理的最常见原因。
2碳纤维加固技术介绍
2.1常用结构加固技术介绍
2.1.1增大截面法
增大截面法是指用同一种材料，通过增大构件截面面积，提高构件的承载力和结构刚度来达到对原构件进行加固目的的一种传统的加固方法。该方法广泛运用于砌体结构中的梁、板、柱、墙等构件，钢结构中的柱、屋架等构件。2.1.2外包钢加固法
外包钢加固法是在结构构件四角（或两角）包以型钢的加固方法，它是一种使用面较广的传统加固方法。该方法分为干式外包钢和湿式外包钢两种形式。
2.1.3预应力加固法
预应力加固法是在被加固构件体外增设预应力拉杆或撑杆，通过施加预应力使体外拉杆或压杆与被加固构件共同受力，克服被加固构件应力的超前现象，提高建筑物承载能力和刚度的方法。
2.1.4粘钢加固法
粘钢加固法是用粘结剂将钢板粘贴到需要加固的结构构件部位，以提高构件承载力和刚度的一种加固方法。这种方法在提高承载力的同时，还可以约束核心混凝土，提高混凝土强度和构件的延性。
2.1.5增设构件加固法
增设构件加固法是在原构件基础上增加新的构件，用以减少受荷面积，从而间接达到结构加固的目的。
2.1.6增设支点加固法
增设支点加固法是在梁、板等构件上增设新的支点，在柱子、屋架之间增设支撑构件，用以减少结构构件的计算跨度、荷载效应，挖掘构件潜力，增加构件的稳定性，用以达到加固的目的。2.2碳纤维结构加固技术介绍
2.2.1概述
近年来FRP（Fiber Reinforced Plastics纤维增强塑料）在土木工程中的应用一直是国外土木工程界研究开发的一个热点。FRP的含义很广，它指近年来开发出来的各种高科技纤维材料，其中CFRP（Carbon Fiber Reinforced Plastics碳纤维）在土木工程领域研究和应用较多，并日益受到工程界的重视。根据生产的原料不同，碳纤维有很多种类，主要有碳纤维布、碳纤维板和碳纤维预应力筋。这些碳纤维产品的共同特点是：（1）轴向抗拉强度高，纤维方向的抗拉强度约为普通碳素钢的十几倍；（2）密度小、重量轻，易于施工操作；（3）耐久性好，有良好的耐腐蚀及耐老化性能，不需采用特殊的防护措施；（4）弹性模量高，高强型碳纤维的弹性模量略高于普通钢材，而高弹型碳纤维的弹性模量可达钢材的两倍；（5）应力应变曲线呈线性关系，直至拉断脆性破坏。碳纤维结构加固方法是指利用树脂类胶结材料将碳纤维材料粘贴于混凝土构件表面，使混凝土构件与碳纤维共同作用，从而达到对构件结构补强加固及改善结构受力性能的目的。碳纤维材料用于混凝土结构补强加固的研究工作开始于20世纪80年代末。
2.2.2施工工艺介绍
碳纤维结构加固方法的施工工艺主要包括施工前期准备、加固区域混凝土结构基层表面的打磨与修复处理、碳纤维材料与胶结剂的制备、碳纤维材料的粘贴及固化养护、现场粘贴成品的保护以及施工验收。2.2.3碳纤维结构加固技术的优越性与传统加固修补方法及粘钢板、喷射混凝土加固技术相比，碳纤维材料（CFRP）加固修补混凝土结构具有明显的技术优势，主要表现在：
2.2.3.1高强高效由于CFRP优异的物理力学性能，在加固修补混凝土结构中可以充分利用其高强度、高弹性模量的特点来提高混凝土结构及构件的承载力和延性，改善其受力性能，达到高效加固修补的目的。
2.2.3.2施工便捷施工工效高，没有湿作业，不需大型施工机具，无需现场固定设施，施工占用场地少。
2.2.3.3具有极佳的耐腐蚀性能及耐久性能试验表明，粘贴CFRP加固修补混凝土结构有良好的耐腐蚀性能及耐久性，可以抗拒建筑物经常遇到的各种酸、碱、盐对结构的腐蚀。
2.2.3.4适用面广粘贴CFRP加固修补混凝土结构可广泛适用于各种结构类型、各种结构形状、各种结构部位的加固修补，且不改变结构形状及不影响结构外观。这是目前任何一种结构加固方法所不可比擬的。尤其重要的是，对于一些大型土木工程结构，如大型桥梁的桥墩、梁、板，隧道，大型筒体，以及壳体结构工程等，采用原有的加固手段几乎无法实施，而采用该项加固技术都能很顺利地解决。
2.2.3.5施工质量易保证由于碳纤维材料是柔性的，即使被加固的结构表面不是非常平整也基本可以保证近100%的有效粘贴率，而且粘贴后发现表面局部有气泡，也很易于修补。
2.2.3.6碳纤维材料质量轻且薄碳纤维布厚度为0.1-0.3m m，碳纤维板的厚度为1.2m m和1.4m m，其密度为钢材密度的20%，加固修补后，基本不增加原结构自重及原构件尺寸。
3结语
由于采用碳纤维材料进行结构加固技术相比于粘钢加固、外包钢加固、扩截面加固等传统加固技术手段来说，具有轻质高强、耐久性强、施工便捷以及使用面广等许多无可比拟的优势，近年来在工程结构加固施工中得到了广泛运用。随着我国不少大城市基础设施建设已由大规模的新建阶段向全面维护阶段更新转变，可以预见，未来采用碳纤维材料进行结构加固技术在市政工程领域也将得到长足发展。
参考文献：
[1]舒国忠；碳纤维加固技术在市政工程领域的应用，中国市政工程.2009-02-25
[2]刘国忠；碳纤维增强聚合物加固混凝土结构技术概况，河南建材.2007-06-20
[3]舒国忠；龚宇；碳纤维加固技术在市政工程领域的应用探讨；城市道桥与防洪.2009-07-15
关键词：碳纤维；加固；市政工程
由于碳纤维加固技术具有质量轻、强度高，施工快速便捷，抗疲劳性能佳以及优秀的耐腐蚀、抗渗透等性能，该技术近年来在我国土木工程结构加固改造领域中迅猛发展，脱颖而出。它弥补了传统加固技术方法中的诸多不足，体现出了不可替代的优越性。近期运用碳纤维材料加固混凝土结构技术也出现在市政工程建设领域，不少城市桥梁、隧道、堤岸工程，以及其他一些市政设施建筑物、构筑物的维护大修工作过程中都采用了该技术。
1市政工程领域对结构加固技术的需求
城市基础设施建设的投入也日益加大，不少城市道路、桥梁、市政管线、河流堤岸等设施都在逐步进行更新与扩容，一些不能满足未来使用要求的建筑物与构筑物将面临拆除或加固处理。例如在城市道路进行拓宽的过程中，河道上的桥梁也需要增加车道，一方面可以将原来的桥梁拆除重新建设满足使用要求的桥梁，另一方面则可以对原桥梁进行加固处理，增加桥面宽度，达到增加车道的目的。通常来说，以下几种情况造成城市市政设施需要进行加固处理：（1）由于市政设施使用超过了或达到了设计基准期，建筑物、构筑物的结构已经老化，不适宜继续使用。例如城市早期建设的桥梁、河道的护岸工程。（2）早期的某些设施由于当时的工程建设质量较差，随着时间的推移，建筑物、构筑物出现明显的结构缺陷。（3）由于某些自然灾害以及人为损坏事件的发生，对市政工程中建筑物、构筑物的结构产生严重损伤，需要对受损结构进行加固处理，提高设施的安全性和耐久性，延长其使用寿命。（4）由于设施的功能与规模等发生变化，原来的建筑物、构筑物不能满足使用要求，需要对原设施进行加固处理以满足未来的使用要求。这是城市中市政设施需要进行加固处理的最常见原因。
2碳纤维加固技术介绍
2.1常用结构加固技术介绍
2.1.1增大截面法
增大截面法是指用同一种材料，通过增大构件截面面积，提高构件的承载力和结构刚度来达到对原构件进行加固目的的一种传统的加固方法。该方法广泛运用于砌体结构中的梁、板、柱、墙等构件，钢结构中的柱、屋架等构件。2.1.2外包钢加固法
外包钢加固法是在结构构件四角（或两角）包以型钢的加固方法，它是一种使用面较广的传统加固方法。该方法分为干式外包钢和湿式外包钢两种形式。
2.1.3预应力加固法
预应力加固法是在被加固构件体外增设预应力拉杆或撑杆，通过施加预应力使体外拉杆或压杆与被加固构件共同受力，克服被加固构件应力的超前现象，提高建筑物承载能力和刚度的方法。
2.1.4粘钢加固法
粘钢加固法是用粘结剂将钢板粘贴到需要加固的结构构件部位，以提高构件承载力和刚度的一种加固方法。这种方法在提高承载力的同时，还可以约束核心混凝土，提高混凝土强度和构件的延性。
2.1.5增设构件加固法
增设构件加固法是在原构件基础上增加新的构件，用以减少受荷面积，从而间接达到结构加固的目的。
2.1.6增设支点加固法
增设支点加固法是在梁、板等构件上增设新的支点，在柱子、屋架之间增设支撑构件，用以减少结构构件的计算跨度、荷载效应，挖掘构件潜力，增加构件的稳定性，用以达到加固的目的。2.2碳纤维结构加固技术介绍
2.2.1概述
近年来FRP（Fiber Reinforced Plastics纤维增强塑料）在土木工程中的应用一直是国外土木工程界研究开发的一个热点。FRP的含义很广，它指近年来开发出来的各种高科技纤维材料，其中CFRP（Carbon Fiber Reinforced Plastics碳纤维）在土木工程领域研究和应用较多，并日益受到工程界的重视。根据生产的原料不同，碳纤维有很多种类，主要有碳纤维布、碳纤维板和碳纤维预应力筋。这些碳纤维产品的共同特点是：（1）轴向抗拉强度高，纤维方向的抗拉强度约为普通碳素钢的十几倍；（2）密度小、重量轻，易于施工操作；（3）耐久性好，有良好的耐腐蚀及耐老化性能，不需采用特殊的防护措施；（4）弹性模量高，高强型碳纤维的弹性模量略高于普通钢材，而高弹型碳纤维的弹性模量可达钢材的两倍；（5）应力应变曲线呈线性关系，直至拉断脆性破坏。碳纤维结构加固方法是指利用树脂类胶结材料将碳纤维材料粘贴于混凝土构件表面，使混凝土构件与碳纤维共同作用，从而达到对构件结构补强加固及改善结构受力性能的目的。碳纤维材料用于混凝土结构补强加固的研究工作开始于20世纪80年代末。
2.2.2施工工艺介绍
碳纤维结构加固方法的施工工艺主要包括施工前期准备、加固区域混凝土结构基层表面的打磨与修复处理、碳纤维材料与胶结剂的制备、碳纤维材料的粘贴及固化养护、现场粘贴成品的保护以及施工验收。2.2.3碳纤维结构加固技术的优越性与传统加固修补方法及粘钢板、喷射混凝土加固技术相比，碳纤维材料（CFRP）加固修补混凝土结构具有明显的技术优势，主要表现在：
2.2.3.1高强高效由于CFRP优异的物理力学性能，在加固修补混凝土结构中可以充分利用其高强度、高弹性模量的特点来提高混凝土结构及构件的承载力和延性，改善其受力性能，达到高效加固修补的目的。
2.2.3.2施工便捷施工工效高，没有湿作业，不需大型施工机具，无需现场固定设施，施工占用场地少。
2.2.3.3具有极佳的耐腐蚀性能及耐久性能试验表明，粘贴CFRP加固修补混凝土结构有良好的耐腐蚀性能及耐久性，可以抗拒建筑物经常遇到的各种酸、碱、盐对结构的腐蚀。
2.2.3.4适用面广粘贴CFRP加固修补混凝土结构可广泛适用于各种结构类型、各种结构形状、各种结构部位的加固修补，且不改变结构形状及不影响结构外观。这是目前任何一种结构加固方法所不可比擬的。尤其重要的是，对于一些大型土木工程结构，如大型桥梁的桥墩、梁、板，隧道，大型筒体，以及壳体结构工程等，采用原有的加固手段几乎无法实施，而采用该项加固技术都能很顺利地解决。
2.2.3.5施工质量易保证由于碳纤维材料是柔性的，即使被加固的结构表面不是非常平整也基本可以保证近100%的有效粘贴率，而且粘贴后发现表面局部有气泡，也很易于修补。
2.2.3.6碳纤维材料质量轻且薄碳纤维布厚度为0.1-0.3m m，碳纤维板的厚度为1.2m m和1.4m m，其密度为钢材密度的20%，加固修补后，基本不增加原结构自重及原构件尺寸。
3结语
由于采用碳纤维材料进行结构加固技术相比于粘钢加固、外包钢加固、扩截面加固等传统加固技术手段来说，具有轻质高强、耐久性强、施工便捷以及使用面广等许多无可比拟的优势，近年来在工程结构加固施工中得到了广泛运用。随着我国不少大城市基础设施建设已由大规模的新建阶段向全面维护阶段更新转变，可以预见，未来采用碳纤维材料进行结构加固技术在市政工程领域也将得到长足发展。
参考文献：
[1]舒国忠；碳纤维加固技术在市政工程领域的应用，中国市政工程.2009-02-25
[2]刘国忠；碳纤维增强聚合物加固混凝土结构技术概况，河南建材.2007-06-20
[3]舒国忠；龚宇；碳纤维加固技术在市政工程领域的应用探讨；城市道桥与防洪.2009-07-15