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1 概述

碳纤维布是一种由碳纤维和树脂组成的复合材料，由于具有强度高、耐腐蚀、抗疲劳特性好、容重轻和电磁中性等特点，被大量应用于土木领域，特别是旧桥、旧建筑加固领域。然而传统的粘贴碳纤维布加固方法，由于碳纤维布弹性模量相对其强度低得多，发挥强度时需要较大的变形，难以抑制结构的变形与裂缝的发展，构件初期加固效果不明显；另外，由于环氧树脂的剪切强度低，粘结界面易发生碳纤维布剥离的脆性破坏，材料得不到充分利用。因此出现了预应力碳纤维布加固}昆凝土构件的技术。

      国内外大量的研究人员投入到了预应力碳纤维布加固混凝土构件的研究。国外学者认为对碳纤维布施加预应力方法可分为三种类型。反拱梁类，通过外部独立的反应框架张拉碳纤维布类，反作用于加固梁张拉碳纤维布类。所有的加固方法都建议在预应力碳纤维布端部采用锚固措施，防止在高应力区预应力碳纤维布发生粘结破坏。对于预应力水平，Meier建议采用预加应力水平为50％以上，可以通过推迟碳纤维布脱落破坏，提高强度。然而实验结果表明，当预加应力水平达到50％ ～70％时，高应力的碳纤维布所剩变形能力有限，碳纤维布的初期断裂，反而会减少梁的强度。合适的预加应力水平应在50％ 左右。2000年，Darbyet a1．实验表明预加应力水平为50％的碳纤维布对于18 m的梁强度提高为46％，而传统碳纤维的加固方法强度提高只有24％ 。

 

 

2 技术优势

(1)采用预应力碳纤维布加固的构件，由于碳纤维布在被加固到构件上开始受力之前已有较大的应变，碳纤维布可以较早参与工作并发挥较大作用，所以，利用这种方法加固的构件可以明显提高梁的开裂荷载、屈服荷载和荷载，减小梁在使用阶段的变形和梁内主筋的应力，对预应力混凝土桥梁加固效果更为明显。

 

(2)预应力碳纤维布加固混凝土构件，在碳纤维和结构粘接界面上会产生很大的剪切应力，采用合理、可靠的锚固方式可以避免或推迟碳纤维布与混凝土基层间粘结剥离破坏或保护层混凝土剪切受拉剥离破坏，避免了碳纤维布在没有达到拉应变之前结构就被破坏，充分的利用材料，避免了脆性破坏。

 

(3)预应力碳纤维布加固混凝土构件可以改善构件裂缝和变形等使用性能，有效地抑制裂缝的发展，减小现存裂缝的宽度，提高结构的耐久l生。

 

(4)国外的研究表明在寒冷环境下，预应力碳纤维布材加固混凝土梁的粘结没有受到低温的不利影响，加固效果没有降低，说明预应力碳纤维布加固方法适用于较其恶劣的环境。

 

 

3 施工工艺

我国现行的预应力碳纤维布加固混凝土构件技术施工工艺大都属于通过外部独立的反应框架张拉碳纤维布类，一般施工工序如下。

 

3．1 施工准备

在施工前对粘贴部位混凝土的表面含水率和所处的环境温度进行判定，若混凝土表面或环境湿度较高，易采用高湿性配套树脂；若环境温度小于5℃时，则应采用局部加热措施。

 

3．2 构件缺陷修复

对所加固的构件已经存在的裂缝，应**修复，裂缝较小(宽度小于2ITI1TI)，可采用低压持续注射法，裂缝较宽，可以采用开槽法修补，混凝土的蜂窝麻面，应采用强度**构件的环氧树脂砂浆修复。

 

3．3 面层处理

用砂轮机或磨光机将混凝土劣化层除去，研磨至混凝土基面为止，构件转角处应打磨半径大于3era的光滑圆弧。打磨结束后，用吹风机或毛刷将表面粉尘除去，直至表面干净。

 

3．4 涂刷底胶与整平

由于碳纤维布张拉后呈直线，因此粘贴前构件底应严格涂刷底胶与整平，如构件底上凹，粘贴会出现脱胶现象，粘贴质量得不到可靠保证。考虑到张拉时梁会出现反拱，可以将梁底找成略微下凸的弧形。为了保证构件和碳纤维之间的粘结，应该按使用说明均匀混合底层树脂主剂和硬化剂，在可操作时间内均匀涂抹在粘贴面上。涂抹好的混凝土表面细微不平处，要采用找平胶处理。

 

3．5 预应力碳纤维布的粘贴与张拉

预应力碳纤维布的粘贴与张拉主要工序和注意事项如下。

(1)碳纤维布下料时，应充分考虑张拉端锚固所需的工作长度。

(2)为了尽可能充分地利用碳纤维的高强度，提高碳纤维布材中纤维单丝共同工作的性能，要用环氧树脂充分浸润到碳纤维布材。

 

(3)将张拉设备就位，将环氧树脂充分浸渍的碳纤维布安装至张拉机的锚固装置上，反复调整两个锚固端的平整度，直至控制截面上的应力分布的均匀为止。

 

(4)将张拉机具沿固定在柱子上的蜗杆机构上升，直至初步拉直的碳纤维布距受弯构件待加固表面20～30 era。

 

(5)正式张拉前先进行预张拉，预张拉力可取10％张拉控制应力。以设计确定的速度均匀张拉碳纤维布，张拉速度直接影响的构件能达到预应力水平。张拉速度越慢，所能达到的预应力水平越高。一般的张拉速度为350~450 MPa／h。张拉过程，采用张拉力和伸长值双控方法，可以更好控制施工质量，防止发生事故。

 

(6)张拉应力至设计应力时，按所选用胶使用说明配制粘贴树脂，注意避免杂质影响粘结质量。用刮刀或刷子将粘贴树脂均匀涂抹于构件与碳纤维布的粘贴面，在混凝土的搭接、转角部位要多涂一些。

 

(7)提升张拉机具，使受弯构件的粘贴表面与碳纤维的粘贴表面紧密结合，用压辊沿纤维方向滚压以去除碳纤维增强塑料下面的气泡。处理粘贴不良处的方法：树脂未充满的空隙用注射器注入环氧树脂；较大的空隙处，可配制粘稠度较大的粘贴用环氧树脂填入。

(8)为避免碳纤维布与混凝土之间在粘结界面上发生粘结破坏，必须设置锚固。为有效的防止粘结破坏发生，可沿梁设置u型锚固带。

 

3．6 养护

为减少雨水、砂、灰尘等对施工质量造成的不利影响，粘贴后应采用塑料布覆盖构件，养护期长短可根据环境温度确定。一般1～2周时间。

 

4 小结

采用预应力碳纤维布方法加固混凝土构件，相对于传统粘贴碳纤维加固方法能够更加充分地发挥碳纤维的高性能，提高钢筋混凝土构件的使用性能、耐久性和强度。现行的施工工艺是基于大量的研究成果上的，效果良好。但是，预应力碳纤维布方法加固混凝土构件技术作为一种新技术，还不是很成熟，今后仍需做大量的研究工作。

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