粘貼碳纖維加固法是利用粘結(jié)劑將碳纖維增強復(fù)合材料（ CFRP） 粘貼在混凝土構(gòu)件表面，如圖7-4-1 所示。當(dāng)結(jié)構(gòu)荷載增加時，碳纖維布因與混凝土協(xié)調(diào)變形而共同受力，從而提高了混凝土構(gòu)件的承載能力與剛度， 對構(gòu)件起到了加固作用。

一、適用范圍
粘貼碳纖維加固法可用來加固主梁、墩臺等承重構(gòu)件， 也可用來加固非承重構(gòu)件。
碳纖維片材主要用于混凝土橋梁的基本構(gòu)件和節(jié)點的加固補強中， 以提高構(gòu)件的抗彎承載力、抗剪承載力以及受壓構(gòu)件的軸向抗壓承載力， 提高構(gòu)件的剛度以及延性等。此外可用于控制混凝土構(gòu)件裂縫寬度的發(fā)展。
碳纖維片材（ 特別是碳纖維布） 質(zhì)量輕且厚度薄， 具有一定柔度， 可在混凝土橋的某些部位靈活粘貼加固。
二、施工要點
粘貼碳纖維加固法的施工要點見圖7-4-3。

現(xiàn)對粘貼碳纖維加固法具體施工工藝進行說明：
（ 1) 施工前的準(zhǔn)備： 熟悉施工現(xiàn)場和被加固構(gòu)件混凝土的實際情況， 擬出施工大綱；
提前準(zhǔn)備好所需的纖維布、配套樹脂、機具等。

（ 2) 混凝土表面的處理： 用砂輪機清除和打磨混凝土表面層， 鑿除被加固構(gòu)件表面的剝
落、疏松、蜂窩、腐蝕等部分混凝土，并用修復(fù)材料將表面修復(fù)平整。在裂縫部分注入環(huán)氧
樹脂漿進行修補?；娴腻e位與凸出部分要磨平， 可在錨固加強區(qū)每隔5cm 刻痕一道， 以
加強粘貼效果。轉(zhuǎn)角部位要進行倒角處理并打磨成圓弧狀， 圓弧半徑不應(yīng)小于2cm 。清除
工作面的灰塵并保持干燥。
（ 3) 清洗基面： 用鋼絲刷刷去表面松散浮渣， 再用壓縮空氣除去粉塵。用丙酮或無水
酒精擦拭表面， 也可用清水沖洗， 保證其充分干燥。
（ 4) 配制底層樹脂并涂刷： 按比例準(zhǔn)確配制好底膠并攪拌均勻， 注意一次調(diào)和量在規(guī)
定時間內(nèi)用完（ 超過時間的絕不可使用，以確保粘接質(zhì)量。用毛刷將底層樹脂均勻地涂抹在
基面上， 注意直橫均勻涂抹， 自然風(fēng)干（ 冬季施工時膠的粘度較高， 不能涂得太厚）。底膠
硬化后，若表面有凸起部分，應(yīng)用砂紙或磨光機打光，待底膠指觸干燥后再進行下一道工序。
（ 5) 配制找平材料并整平： 用找平膠填補粘貼面上的凹陷部位， 消除棱角； 用找平材料將轉(zhuǎn)角處修復(fù)為光滑的圓弧， 待找平膠指觸干燥后再進行下一道工序。
（ 6) 配制粘結(jié)樹脂。
（ 7) 粘貼碳纖維（ 碳纖維片）： 在粘貼面上劃出各層位置， 按設(shè)計尺寸裁剪碳纖維布，根據(jù)現(xiàn)場施工經(jīng)驗和作業(yè)空間確定下料長度， 若需接長時， 接頭的長度一般不小于15cm。裁剪好的纖維布必須呈卷狀妥善擺放，不得展開平鋪放置。配制浸漬樹脂并均勻涂抹于所要粘貼的部位。粘貼碳纖維布時，應(yīng)依設(shè)計位置由上而下，由左至右有秩序地粘貼(見表7-4-1)。用一次性軟毛刷或特制滾筒沿纖維方向多次涂刷，擠去氣泡，并使浸漬樹脂充分浸透纖維布，涂刷時不得損傷纖維布。多層粘貼重復(fù)上述步驟，待纖維表面指觸干燥時即進行下一層的粘貼。及時觀察貼片是否粘貼密實， 若發(fā)現(xiàn)有間隙或氣泡， 應(yīng)及時處理。

（ 8) 罩面防護處理： 粘貼完碳纖維布后， 及時在最后一層的碳纖維布表面再直橫均勻涂抹一層浸漬樹脂，并使其自然風(fēng)干。貼片表面已充分風(fēng)干結(jié)合后，在其表面涂抹罩面膠或采取其它措施處理， 以保證防護材料與原有纖維布之間有可靠的粘結(jié)。

三、施工材料
粘貼碳纖維加固的施工材料主要有碳纖維片材或碳纖維板材、底涂膠、找平膠和粘貼
膠等。
1． 碳纖維復(fù)合材料
加固混凝土構(gòu)件所用的碳纖維布， 是由碳纖維長絲經(jīng)編織而制成的柔軟片材。碳纖維
布在編織時， 將大量的碳纖維長絲沿一個主方向均勻平鋪， 用極少的非主方向碳纖維絲將
主方向碳纖維絲編織連接在一起， 形成很薄的以主纖維方向受力的碳纖維布。碳纖維布的
抗拉強度一般可達到3550MPa， 彈性模量為2.35 × 105MPa。根據(jù)碳纖維布的品質(zhì)不同， 其
厚度為0.11～ 0.43mm，幅寬在20～ 100cm，卷材長度為50～ 100m。除此之外，還有一種叫
碳板的材料， 較布材厚， 厚度在1.2mm 以上， 性能與布材相似。
2． 粘結(jié)材料
粘結(jié)材料的性能是保證碳纖維布與混凝土共同工作的關(guān)鍵， 也是兩者之間傳力途徑中
的薄弱環(huán)節(jié)。粘結(jié)材料應(yīng)有足夠的剛度與強度以保證碳纖維與混凝土間剪力的傳遞， 同時
應(yīng)有足夠的韌性以避免因混凝土開裂導(dǎo)致脆性粘結(jié)破壞。粘結(jié)材料還應(yīng)能在一般氣候條件
下固化， 且固化時間合適（ 一般保證有3 小時左右）， 對組分含量不敏感，具有適宜的流動
性和粘度，固化收縮率小。粘結(jié)材料主要包括底涂膠、找平膠、浸漬樹脂和罩面膠等四種，
詳見圖7-4-3。

（ 1) 底涂膠：在處理好的混凝土表面，涂一層很薄的底涂膠，既可以浸入混凝土表面，強化混凝土表面強度，又可以改進膠接性能，使混凝土與碳纖維布能夠更好的粘接。底涂膠必須具有很低的粘度，以及與混凝土良好的粘結(jié)性能，以便涂刷后，膠粘劑能滲入混凝土結(jié)構(gòu)中。為保證性能， 應(yīng)盡量避免使用溶劑型膠。
（ 2) 找平膠：加固補強處的混凝土表面有銳利突起物、錯位和轉(zhuǎn)角部位等都可能降低碳纖維布補強效果。若經(jīng)過基底處理仍未徹底清除，應(yīng)在涂敷底層涂膠指觸干燥后，用找平膠進行找平。找平膠應(yīng)具有優(yōu)良的力學(xué)性能，以及良好的施工性能與觸變性能。找平膠應(yīng)易于施工操作， 且不隨時間的延長出現(xiàn)明顯的變形。
（ 3) 浸漬樹脂（ 粘貼主膠）： 是連接底膠與碳纖維布， 在粘結(jié)材料中起著至關(guān)重要作用的關(guān)鍵材料。浸漬樹脂應(yīng)具有一定的粘度， 防止粘貼的碳纖維布塌落而形成空洞或空隙。

浸漬樹脂應(yīng)具有良好的觸變性，易于施工且不會發(fā)生明顯的滴淌現(xiàn)象。浸漬樹脂應(yīng)具有良好的滲透性與相容性， 以利于浸透碳纖維布， 形成復(fù)合性整體， 共同抵抗外力作用。
（ 4) 防護涂裝（ 罩面膠）： 保證施工表面的美觀和碳纖維布的完好。所選材料應(yīng)能涂敷在碳纖維布表面，不脫層，不掉落，能長期在冷熱干濕的空氣中穩(wěn)定，能防止復(fù)合材料被紫外線直接照射。罩面材料的選擇范圍較大， 丙烯酸體系、聚氨脂體系、不飽和聚脂體系、有機硅、有機氟體系等都適合。
四、施工要求
粘貼碳纖維施工的具體要求有：
（ 1） 被加固構(gòu)件的基面應(yīng)平整且具有一定強度（ 一般基面混凝土強度不低于C15）。
（ 2）加固用的碳纖維布一般不宜采取沿主纖維方向的搭接（ 特別是對受拉構(gòu)件和受彎構(gòu)件受拉區(qū)的加固）。搭接部位應(yīng)避開構(gòu)件應(yīng)力最大區(qū)段，搭接長度不應(yīng)小于100mm，且搭接端部應(yīng)平整無翹曲。多層搭接的各層接口位置不應(yīng)在同一截面， 每層接口位置的凈距宜大于200mm。
（ 3） 應(yīng)注意底涂膠、找平膠、粘貼主膠、罩面膠等膠粘劑間的相容性， 施工前應(yīng)進行相容性試驗。
（ 4） 粘貼施工應(yīng)在氣溫高于5℃ 且為晴天時進行。
（ 5） 施工過程應(yīng)避免在振動過大的構(gòu)件上進行， 如行車引起的振動。
（ 6） 施工人員應(yīng)穿工作服， 戴防護口罩和手套。施工現(xiàn)場應(yīng)保護良好的通風(fēng)。

五、力學(xué)要點

碳纖維復(fù)合材料（ CFRP） 通常由纖維和基體組成。碳纖維復(fù)合材料的力學(xué)特點是其應(yīng)力應(yīng)變量完全線彈性， 不存在屈服點或塑性區(qū)。碳纖維材料具有高強、輕質(zhì)、耐腐蝕和耐疲勞等優(yōu)異的物理力學(xué)性能， 但也存在著某些弊端。
抗拉性能優(yōu)良的碳纖維布粘貼到梁體底面或箱梁內(nèi)壁后， 與原結(jié)構(gòu)內(nèi)布置的鋼筋一道共同承受拉力， 提高了橋梁的承載能力。
沿橋梁的主拉應(yīng)力方向（ 或與裂縫正交方向） 粘貼碳纖維布， 兩端分別設(shè)置錨固端，可以約束裂縫的擴展， 提高構(gòu)件的抗彎剛度、改善梁體的受力狀態(tài)。
試驗研究證實， 碳纖維布能夠提高混凝土梁抗剪承載力， 其作用機理與箍筋類似， 同時還能明顯改善構(gòu)件的變形性能。
碳纖維布加固混凝土構(gòu)件， 在提高構(gòu)件受彎承載力的同時還可能影響到受彎構(gòu)件的破壞形態(tài)。當(dāng)碳纖維布用量過多時， 構(gòu)件的破壞形態(tài)將由碳纖維被突然拉斷或剝離引起的破壞轉(zhuǎn)變?yōu)榛炷帘煌蝗粔核榈钠茐?。因為這種破壞的突然性， 碳纖維加固的承載力極限狀態(tài)不能按普通鋼筋混凝土構(gòu)件來定義， 一般應(yīng)按碳纖維抗拉強度的2/3 進行抗彎承載力計算。
碳纖維為完全彈性材料， 與鋼筋共同工作時會減弱鋼筋塑性性能對構(gòu)件延性的影響。
碳纖維布用量過多， 鋼筋混凝土構(gòu)件的延性將有所降低。

六、設(shè)計要點

采用碳纖維布加固橋梁， 目前一般的計算方法是將碳纖維布按照一定的標(biāo)準(zhǔn)（ 例如強度或允許應(yīng)力） 近似換算成一定用量的鋼筋， 然后按照傳統(tǒng)的鋼筋混凝土受力分析模型進行分析。這一方法在一般情況下是適用的。
碳纖維布加固用量， 可按式（ 7-4-1） 估算：
cf A ＝ s A （ f ／ cf f ） （ 7-4-1）
式中： cf A — — 碳纖維布用量（ 面積）；
s A — — 為抵抗不足彎矩所需的鋼筋面積；
f — — 鋼筋的抗拉設(shè)計強度；
c f f — — 碳纖維布抗拉設(shè)計強度。
除按上式估算的碳纖維布加固用量（ 面積） 外， 還必須考慮必要的錨固長度和搭接長度所需面積， 以及必要的邊、角廢料等裁剪損耗等。
與傳統(tǒng)的加固方法相比， 采用碳纖維布加固橋梁基本不改變原有結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布， 并保證在設(shè)計荷載范圍內(nèi)與原結(jié)構(gòu)共同受力。
碳纖維布的自重僅為200～ 300g／ m2， 設(shè)計厚度為0.111～ 0.167mm， 幾乎不增加結(jié)構(gòu)自重和截面尺寸， 不改變橋下的凈空高度， 而且碳纖維布可以在一個部位重疊粘貼， 充分滿足補強的要求， 這一點比傳統(tǒng)加固方式更加優(yōu)越。如果粘貼層數(shù)較多， 可考慮采用碳板材料。粘貼碳纖維加固法具有良好的適應(yīng)性， 可適應(yīng)不同構(gòu)件形狀， 成型方便， 如對斜、彎、坡及異型結(jié)構(gòu)的補強， 碳纖維布因隨型性極強， 可以隨結(jié)構(gòu)外形變化任意施工， 可降低施工難度， 縮短施工工期。又如當(dāng)箱梁內(nèi)部加固作業(yè)因空間受到限制， 無法安置大型設(shè)備、模板、夾具或支撐等， 使用該法， 施工起來簡單易行。加固時不必對原結(jié)構(gòu)打孔和埋
設(shè)錨固螺栓， 因而對原結(jié)構(gòu)不會造成新的損傷。粘貼碳纖維加固法具有良好的耐腐蝕性，壽命較長， 可以在不利環(huán)境下使用， 并便于養(yǎng)護。但碳纖維會影響到受彎構(gòu)件的破壞形態(tài)及其延性。
就目前來看， 碳纖維材料價格偏高， 加固時應(yīng)進行經(jīng)濟技術(shù)比較； 另外， 粘貼碳纖維加固法對施工工藝要求很高， 非專業(yè)施工單位難以承擔(dān)。
事實上， 碳纖維增強聚合物（ CFRP） 只是纖維增強聚合物的一種。除此之外， 還有玻璃纖維增強聚合物（ GFRP）和阿拉米德（ 芳倫）纖維增強聚合物（ AFRP）等。早期的GFRP強度低，不耐堿腐蝕，橋梁工程中應(yīng)用不多。如今的GFRP 在抗拉強度品質(zhì)方面有很大提高，應(yīng)用也越來越多。AFRP 出現(xiàn)較晚（ 上世紀(jì)七十年代），與CFRP 有類似的屬性，價格較CFRP便宜。
FRP 材料除以片材、板材供應(yīng)外， 還可制成如同鋼筋一樣的桿件材料， 某些情況下可代替鋼筋。

由于CFRP 的抗拉強度很高，粘帖加固時難以發(fā)揮其材料優(yōu)勢，現(xiàn)在正發(fā)展預(yù)應(yīng)力碳纖
維加固技術(shù)