碳纤维加固美国、日本等国于20世纪80年代开始对碳纤维布加固技术进行试验研究。目前已经将此技术大量投入应用。近年来，中国在这方面的研究和应用也做了大量工作，生产出一系列的碳纤维复合材料，在降低工程费用的同时也总结出了较成熟的设计方法和施工经验，为广泛推广该技术创造了有利条件。
碳纤维加固碳纤维丝在绝氧情况下具有较佳的耐热性(可耐2000cc高温)，它的升华温度高达3650cc左右。但在有氧情况下。当温度**400cc时即发生明显氧化。当其暴露在600cc的空气中lOmin后，纤维大部分被氧化，强度下降¨。。。
(2)高温下胶粘剂的力学性能高温下结构胶粘剂达到其玻璃化温度 时，胶粘剂软化，其粘结强度显着下降。E．L．Klamer 以及吴波_1 分别通过面内剪切试验研究了结构胶在一10—120oC之间其粘结强度随温度的变化规律。
(3)高温下CFRP材料的力学性能加拿大Queen’s University的Bisbyl9 在其博士论文中整理各种FRP材料的高温下抗拉性能和弹性模量随温度的变化规律，并通过很小二乘回归分析，得到了一个s型函数拟合各种FRP材料的高温性能，离散性较大。其中CFRP高温下的抗拉强度和弹性模量随温度变化曲线分别如图6和图7所示，比值为高温下试验值与常温下试验值之比。
2 CFRP加固构件火灾试验研究与存在的问题
碳纤维加固碳纤维布具有高抗拉强度、高弹性模量、质量轻、厚度薄、耐腐蚀性能好、使用方便等，所以碳纤维布加固钢筋混凝土结构是新兴的一种加固技术。该技术是利用树脂类材料将碳纤维布粘贴于结构或构件表面，使碳纤维布与混凝土形成一个复合性整体，提高结构构件的抗弯、抗剪承载能力，达到对结构构件补强加固及改善受力性能的目的。碳纤维布加固技术具有施工便捷、用途广泛、不改变结构形状及重量等特点，有很大的研究推广价值。
1工程概况
某高速公路八设计段有120多万土石方要从设计的3号取土场取料进行路基填筑，该填筑路段走向与附近蜿蜒的头道花园河基本一致，与3号取土场隔河相望，仅一县道以4-20m钢筋混凝土T梁跨河通过。头道花园河河床主要是巨粒卵石和大孤石，雨季和冰融季节水流量大而急，每秒达300m3以上，修建便桥难度特别大。但该旧桥是于80年代修建，上、下部结构均采用的是C25混凝土；设计荷载标准为汽-20、挂-100级，人群荷载3.0KN/m2，设计抗震烈度为6度。通过对该桥进行现场检查、检测，发现该桥病害较多，主要集中在桥面开裂、破损严重， T梁跨中截面出现竖向受力裂缝，1/4跨处出现弯剪裂缝等。结构承载力基本满足设计要求，但安全储备不是很足，安全系数偏低。而附近高速公路施工期间经过该桥多为重载车且车流量大。经过比选，决定采取加固该旧桥的方案来实现跨河至3号取土场取料。
2加固方案及施工工艺
具体加固方案为：一是将原桥面整体化层及铺装层整体凿除，然后植筋，按要求一次性加厚施工桥面整体化层，替代了原桥水泥混凝土整体化屋及沥青混凝土桥面铺装；二是用改性环氧树脂进行裂缝处理及用碳纤维布加固梁体。碳纤维布加固方法，在T梁底粘贴与梁同宽的通长碳纤维布条2层，并在端部5m范围内按20cm间距粘贴100mm宽单层碳纤维布“U”形箍，以便更好的将梁底碳纤维布加以固定及增大端部抗剪强度。在翼缘根部，粘贴一层碳纤维布压条。
2.1裂缝处理
（1）表面清理
用打磨机将混凝土表面污物及浮浆清理干净，直至露出密实的混凝土结构。对缝宽小于0.2mm的，用改性环氧树脂进行表面涂刷密封；对大于0.2mm的裂缝用改性环氧树脂灌缝修补。
（2）安装底座
在梁的两侧裂缝处各安装两个硅酮橡胶灌浆底座，并用**底座粘贴胶进行固定，两个灌浆底座的间距约200mm。
（3）裂缝密封
用封缝胶将整条裂缝及可能漏胶的部位进行表面密封，并等待封缝胶的硬化。
（4）灌注改性环氧树脂
将装好低粘度改性环氧树脂灌缝胶的**注射筒安装至底座上，并加压灌注，直至灌满为止。灌注过程应连续施工，注意不可产生漏浆现象。
（5）拆除底座
待所灌注的改性环氧树脂硬化后，将橡胶底座拆除，并将表面用打磨机打磨平整。
2.2碳纤维布加固工艺
（1）表面处理
混凝土表面如出现的表面脱落、蜂窝、腐蚀等劣化现象部位应予以剔除，对较大面积的劣质层，在剔除后用水泥砂浆进行修复。将混凝土的表面用混凝土角磨机处理整平，除去表面松散物、尘埃、油脂等杂物，凸出部位要磨平，转角部位要倒成不小于20mm的圆角。用吹风机或吸尘器将混凝土表面清理干净并保持干燥。用脱脂棉沾清洗剂擦拭混凝土表面，若有漏水现象要作止水、导水等处理，被加固结构表面处理的好坏直接影响加固质量。
（2）涂刷底胶
把底层树脂的主剂和固化剂按规定比例称量准确后放入**容器内。先称量主剂，然后加入固化促进剂，搅拌均匀，1~3分钟后再加入固化剂，并用搅拌器搅拌均匀；一次调和量应在可使用时间（约30~40分钟）内用完。用**滚筒刷将底层树脂均匀的涂刷于混凝土表面，待树脂表面指触干燥（树脂表面达到固化硬结）后，表面上的凸起部分（类似结露的露珠状）要有砂纸或角磨机磨平。
（3）修补找平
用配制的环氧腻子将结构表面凹陷部位填平，并修复至表面平整、顺滑，无楞角。转角处也应修复为光滑的圆弧。腻子涂刮后，表面存在的凹凸糙纹，应用砂纸打磨平整。
（4）粘贴碳纤维布
首先，裁剪碳纤维布。根据要求裁好所需尺寸，并保证剪裁后的碳纤维方向与粘贴部位方向一致。严禁斜向裁切碳纤维布，防止出现拉丝现象。裁剪后的碳纤维布卷成卷状，防止褶皱、弯折。然后，配制浸渍胶液。按规定的比例准确称量浸渍胶液的主剂和固化剂，装入容器用搅拌器均匀搅拌。一次配制胶量要以可使用时间（约50~60分钟）内施工所需量为限。很后，粘贴碳纤维布。粘贴前应对粘贴面再次擦拭，确保无粉尘后，将浸渍胶液均匀地涂抹于所要粘贴的部位。涂刷时，必须做到“稳、准、匀”的要求，即：稳，涂刷用力适度，尽量不流不坠不掉；准，在粘贴部位准确进行涂刷，满刷且不出控制线；匀，涂刷范围内薄厚均匀一致。粘贴碳纤维布时，同样要“稳、准、匀”，使碳纤维布不皱、不折、展延平滑顺畅。滚压碳纤维布时，必须用特制的滚筒从一端向另一端多次进行滚压，挤除气泡，不宜在一个部位反复滚压揉搓，滚压中应让浸渍胶液充分渗透碳纤维布，以达到脱泡、浸润的效果。需要搭接时，沿纤维方向的搭接长度不小于100mm，并保证搭接部位的胶液浸渍质量。随着结构胶粘剂反应使粘度增高固化（碳纤维表面指触感干燥为宜），再涂二层时就可达到良好效果，多层粘贴重复以上步聚，在很后一层碳纤维布表面均匀涂抹浸渍胶。
（5）养护
粘贴碳纤维布后应进行养护，特别是在其固化时要防雨淋、防风砂等，严格不受外界干扰和碰撞，养护期约一周。
（6）检验
施工质量检验及验收标准：
a、碳纤维布片粘贴位置的中心线允许偏差不大于10mm，采用钢尺测量全部；
b、碳纤维布片粘贴量不小于设计数量，根据测量计算全部；
c、粘贴质量：单个空鼓面积小于1000mm2时采用充胶修复，不小于1000mm2时采用割除修补；空鼓面积之和与总粘贴面积之比小于5%，锤击法全部或抽样检查；
d、粘接质量不符合要求需割除修补时，应沿空鼓边沿，将空鼓部分的碳纤维布割除，用每边向外缘扩展100mm大小的同样碳纤维布，用同样粘结剂，补贴在原处。
3施工注意事项
（1）固化剂中含有**过氧化物，应使用玻璃、铝、不锈钢等材料的容器，避免使用铁、铜等制品。底胶和腻子的固化剂与浸渍胶液的固化剂不同，使用时应分清用途，不得用错。
（2）所有材料的计量必须使用计量精度为±1g的计量器，混合的顺序是：先计量树脂，然后添加固化促进剂搅拌1~3分钟，再后添加固化剂搅拌1~3分钟，严禁同时添加固化剂和固化促进剂进行混合。
（3）树脂的混合量应在可使用时间内用完，特别是在进行浸渍胶液的施工时，应考虑浸渍时间再决定混合量。树脂凝化时间一过，就会发生急剧的固化，不能再进行重复使用，为保证施工质量，一般可使用时间控制在比凝化时间短10分钟左右。主剂、固化剂混合后，严格遵守可使用时间，一旦出现凝化的前兆应立即停止使用。
（4）碳纤维布只有与所加固修补的混凝土表面紧密接触，才可能产生良好的补强效果。需加固部位表面的锐利突起物或楞角，都可能使碳纤维布产生操作而导致强度降低。因此，粘贴碳纤维布前，一定要检查需加固部位表面是否平整，否则应进行打磨，平整度保持在1mm以内。
（5）碳纤维布在运输、储存过程中不得受挤压，以免碳纤维受损，胶结材料应阴凉密闭储存。保管碳纤维布时，应避免日光直射及雨水、灰尘等的侵袭。碳纤维布裁剪后应卷成小卷，防止褶皱。
（6）由于碳纤维为导电材料，施工时应远离电气设备及电源，或采取相应的防护措施。粘结剂的配制应室内进行，其操作环境及施工现场均需保持良好的通风。施工人员应戴防护面罩、手套并着工作服。
（7）各种材料不得污染生活水源。废弃物应按环保要求集中处理，不得直接倾倒大自然或下水道。
4总结
利用碳纤维布加固技术补强后，该桥经历了施工期间高频率重载车的考验，正常使用至今，未出现任何异常现象。
该补强技术操作简便、施工快捷。补强后，不改变结构外形，不增加结构体积和重量，与传统的加固方法相比，具有明显的优越性。随着有关科研的开展，工程实践经验的积累，这项技术的应用也将会更加广阔。
粘贴碳纤维
确认粘贴表面干燥，施工时应保证相对湿度RH＜70%；而相对湿度RH＞70%、气温<10C0、雨天或可能结雾时不得施工。 为了防止碳纤维受损，碳纤维在运输、储存、裁切和粘贴过程中，严禁受到弯折。为防止片材在保管过程中损坏，片材的裁切数量应按当天的用量确定。 粘贴碳纤维时，应根据设计位置由上而下，由左至右有序的粘贴，并用滚筒挤压贴面，使碳纤维与碳纤维胶充分结合，同时以压板、滚筒排除气泡。 胶液的主剂和固化剂应按产品说明比例乘量准确，装入容器用搅拌器均匀搅拌。一次调和量应在可使用时间内用完。 粘贴前用滚筒刷均匀地涂抹粘贴用碳纤维胶。 粘贴时，在碳纤维和碳纤维胶之间尽量不要有空气。可用**工具沿着纤维方向在碳纤维片上滚压多次，使碳纤维胶渗浸进碳纤维中。 碳纤维施工30分钟后，用滚筒刷均匀涂抹粘贴用碳纤维胶。 如碳纤维施工不符合质量标准，则需进行相应处理。碳纤维与混凝土之间的粘结质量，可用小锤轻敲或手压碳纤维片材表面的方法进行检查，总有效粘结面积不应低于95%。当碳纤维布的空鼓面积不大于10000mm2时，可采用针管注胶的方法进行修补；当空鼓面积大于10000mm2时，宜将空鼓部位的碳纤维片材切除，重新搭接上等质量碳纤维片材，搭接长度不小于150mm。
碳纤维加固某加固码头为东西走向的突堤式高桩码头，突堤的南北两岸都可以用来停靠船只，其中，北侧停泊位的水深为15m左右，一般只停泊6万吨以下的船只，南面的停泊位的水深为20m，可以停泊20万吨的货船。3根斜桩和3根直桩共同构成了码头的排架。钢管桩的壁厚为12mm，直径为0.496m，使用混凝土来对钢管桩泥面以上的部门进行灌装。纵梁没有设计伸缩缝，在横梁上方接近纵梁的地方，有两条码头上的装船机的主轨道。
2.碳纤维加固技术的工艺原理
碳纤维加固技术指的是先把抗拉抗压强度比较高的碳纤维材料利用环氧树脂浸成复合材料，然后再使用环氧树脂粘结剂顺着受拉方向把复合增强材料粘贴在需要加固的建筑上，使得建筑和粘贴材料共同承受压力，从而达到提高结构抗剪、抗裂的能力，提升建筑物的刚度、延展性和抗裂性。当前，在陆地土建的建筑结构加固过程中已经广泛使用此加固工艺了。不过碳纤维加固技术在对码头混凝土建筑的加固过程中，只可以在不是重要受力的地方进行加固修复。
3.案例码头破损情况
3.1 混凝土长方形纵梁的破损概况
通过对码头进行实地查勘以及查看“码头结构裂缝的检验报告”知道，在码头的南、北2条纵梁的两侧有很多的裂缝存在。整个纵梁共有裂缝205条。其中独立裂缝180条，非独立裂缝25条，包含剥离面在内的复合裂缝10条，分岔裂缝90条、混凝土退化复合裂缝32条，垂直裂缝84条，垂直剪切裂缝12条，另外还包括一些水平裂缝。根据检验报告中的相关数据，对裂缝的高度、深度、宽度等进行详细的分析。
3.1.1 纵梁裂缝的高度和宽度
南纵梁的裂缝高度为21～42cm之间，且裂缝为弯曲复合剪切、裂缝弯曲、横梁局部挤压裂缝，还有个别裂缝有丢失混凝土骨料的情况出现。北纵梁外侧裂缝的宽度为0.9～1.4mm，高度为0.9～1.2mm.主要是弯曲裂缝。还有部分裂缝因为对其进行了二次加固导致裹握力不足和混凝土退化的情况出现，甚至部分钢筋已经出现了生锈的情况。
3.1.2 纵梁缝隙的深度和分布情况
南纵梁外侧裂缝中有17条深度大于110mm，其中很大的裂缝深度为358mm，共有垂直裂缝9条，剩下的裂缝都属于混凝土退化裂缝。在南纵梁内侧共有21条裂缝的深度大于110mm，其中很大的裂缝深度为370mm。剩下的裂缝都属于垂直裂缝。在北纵梁的外侧共有10条裂缝的深度大于110mm，其中很大的裂缝深度为271mm，共有垂直裂缝3条，剩余裂缝均属于分岔裂缝。在北纵梁内侧共有14条裂缝的深度大于110mm，其中很大的裂缝深度为287mm，垂直剪切复合裂缝3条，垂直裂缝8条，分岔裂缝5条。
通过上面的调查结果可以知道，北纵梁的毁坏程度要低于南纵梁。同时也可以知道南北纵梁的抗剪切能力和水平抗弯能力有很大的不足之处。要对其进行特殊化的加固。
3.2 接岸段长方形梁的损坏状况
通过对裂缝检验报告进行分析知道，有较多的水平裂缝出现在码头接岸段。其中东、西导梁受到的毁坏程度很大，很多钢筋已经从混凝土疏松的部分显露出来。在这次的改造过程中，对原来的横梁进行了拆除，另外设置了1.3m×1.8m的长方形梁4个。突堤码头和后方陆域和接岸段连接着。为了保证装船机在通过接岸段是的安全，在施工过程中，要对横梁中的缝隙进行消除，并对横梁进行加固。3.3确定需要加固的位置和方法
经过以上的详细研究分析，确定出了对接岸段的长方形桥梁和码头段的长方形纵梁为需要加固的部位。考虑到此码头的使用年限比较长，为了对建筑的真实荷载力有一个更加准确的把握，对梁的承载力和梁的配筋进行了详细的计算，得到下面的结果：纵梁断面的配筋没有办法达到国家钢筋混凝土的规定标准，在水平抗弯能力方面码头段纵梁不能满足规定要求。也就是说纵梁外侧1750mm段和内侧470mm段都无法达到配筋的规定标准，需要使用碳纤维加固的方法对其进行加固。
4 .码头的加固过程4.1表面处理及修复
根据不同情况对缺陷处进行修复和处理：裂缝宽度>0.3mm时，采用压力灌注、封闭处理；将松动的混凝土表面浮层凿去。
要求清除表面的浮浆、油污、木屑等所有杂质，除去表面2～3mm厚的砂浆层，直至露出坚实的骨料。磨去面上**5mm以上的“毛刺”。表面层打磨后应用强力鼓风机或吸尘器将表面灰尘彻底清除。
方形构件粘贴碳纤维布需要包裹时，碳纤维布遇阳角处，应打磨成半径为20mm以上的圆弧角。
灌浆施工工艺流程按图1所示进行。
4.2碳纤维布施工工艺
经过认真的研究确定出需要对接岸段纵梁的下部、码头纵梁全长的外侧1750mm、内侧470mm进行碳纤维加固，从而提高断面的水平抗弯能力。为了提高纵梁断面的抗扭曲和抗剪切水平，要制定出科学合理的工程办法来对其进行加固。对于破损比较严重的四个地方和码头上部的主要构件以及损害比较严重的横梁进行加固作业时，要在原有碳纤维加固方案的基础上对局部位置制定专门的加固计划。辅助材料要选用配套的修补胶、底胶、粘结剂。在使用碳纤维对结构进行加固的时候，纤维布的粘贴、处理结构基面、树脂找平、涂底层树脂、养护等方面的施工步骤要根据相关规定标准进行，下图是码头纵梁加固的方法图，如图2所示。
此工程码头从建成到现在已经使用45年了，而且曾经受到过比较严重的地震损害，码头上部很多地方的结构都受到了比较大的损害。而这次加固主要是为了延长码头的使用寿命。所以只是对抗压能力较低的位置进行加固修复。码头的很弱桩的强度决定了整个码头的使用年限、受到了剧烈的外力撞击、震感强烈的地址等因素，都会对码头的使用年限造成非常大的影响。所以，对此次码头在进行碳纤维加固修复后持续使用的时间初步定为11年，同时，每一年都需要对码头的桩基和结构参数进行检查。每4年需要请的质量评估单位对其进行评估。在对此码头使用年限满11年后，如果想要继续使用，就需要找评估机构对其进行评估，并认真的对评估报告进行分析，从而来确定该码头是否需要重新进行加固，从而来进一步的延长码头的使用年限。
5.结语
在对码头主题结构进行碳纤维加固方案设计的时候，需要考虑海水环境的适应能力，同时加固过程中使用的涂料、树脂、修补胶、底胶、补强加固材料、界面剂等都需要考虑其在海水中的使用耐久度。在设计时此年限可以初步设置为20年。为了防止加速码头上的钢构件不被，避免对钢桩造成不必要的损害，在使用碳纤维进行加固时，对刚安装在突堤的护弦钢箱、钢桩桩帽、钢箱螺栓等都要注意躲避。同时在粘贴碳纤维布的时候，也应该躲开障碍物。要把施工、设计方案和检测工作紧紧的联系起来，一个严格的加固作业管理方案，是保证码头碳纤维加固牢固性的重要条件。
2.2环氧树脂
2．2．1简介
仅仅依靠碳纤维布本身并不能充分发挥其优异的力学特性及耐久性能，只有通过环氧树脂将碳纤维布粘附于钢筋混凝土结构表面并与之紧密结合在一起形成整体共同工作，才能达到补强的目的。因此，环氧树脂的性能十分关键。不同类型的环氧树脂有不同的性能，可满足各个部位的不同要求。例如底涂树脂对混凝土具有良好的渗透作用，能渗入到混凝土内一定深度。粘贴碳纤维布的环氧树脂易于透过碳纤维布，并产生很强的粘结力。根据使用温度的不同，树脂还分为夏用和冬用树脂。
2．2．2物理性能
碳纤维布施工中需使用底涂、腻子、浸渗粘着树脂3种环氧树脂，上述环氧树脂的使用目的各不相同，其物理性标准也各异。一般要求底层树脂及找平材料的正拉结强度大于2．5 MPa且不小于被加固混凝土拉结强度的标准值，而浸渍树脂和粘结树脂性能指标则应达到表2的要求。
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