一、工程概况及存在的质量问题 

　　某水利工程位于某市城东南1.5km,是跨越该市一条河谷的一座大型输水建筑物。该工程设计流量52m3/s,校核流量55m3/s,控制下游灌溉面积10.6万hm2,占塬上灌区灌溉总面积11.6万hm2的91.3%,是该市某灌区的咽喉工程。该工程为双管桥式,单管斜长880m,最大水头70m。钢筋混凝土管平段从填方体上通过。钢管通过河流处架设一座七孔四跨双悬臂钢筋混凝土桥,桥体高14m,桥宽10.8m,长112m。 

　　该工程施工完成后，经施工单位的检查，该工程泄洪闸交通桥和闸墩混凝土出现了碳化，且碳化深度比保护层厚度要高出很多，对交通桥大梁的使用性有严重影响，需要实施加固处理。鉴于碳纤维布加固修补结构技术在当前的水利工程中的成熟运用，本次加固设计也同样考虑使用碳纤维布加固修补。 

　　二、碳纤维布加固的技术理论 

　　用于建筑结构加固的碳纤维材料具有优良的力学性能，其抗拉强度一般为建筑用钢材的十几倍；但是碳纤维材料织成碳纤维布后，其中的各碳纤维丝很难完全共同工作，在承受较低的荷载时，一部分应力水平较高的碳纤维丝首先达到其抗拉强度并退出工作状态，以此类推，各碳纤维丝逐渐断裂，直至整体破坏。而使用粘结剂后，各碳纤维丝能很好地共同工作，大大提高碳纤维布的抗拉强度，故碳纤维加固首先必须使碳纤维布中的碳纤维丝能共同工作。 

　　由于碳纤维布材料优异的物理力学性能，在加固修补混凝土结构中可以提高混凝土结构及构件的承载力和延展性。外贴纤维增强复合材料加固混凝土技术是通过在混凝土结构外部粘贴纤维增强复合材料片材，通过二者共同受力，达到加固目的。碳纤维布材料具有高强度、高弹性模量、重量轻及耐腐蚀性好等特点，其抗拉强度是普通钢筋的十倍左右，弹性模量略高于普通钢筋。 

　　三、碳纤维布加固技术特点 

　　1、高强高效、高弹性模量,其抗拉强度比普通钢材高8~10倍,将它用粘结树脂与结构粘贴后形成一体,能可靠地与钢筋混凝土共同工作,有优异的补强效果,且适用面广、质量易保证。 

　　2、施工便捷,工效高,没有湿作业,不需现场固定设施,能适应各种结构外形的补强而不改变构件外形尺寸,可多层粘贴,并能有效地封闭混凝土的裂缝,施工占用场地少。而采用传统的加固补强方法,如包混凝土法、粘钢法,均需进行大量剔凿、植筋、焊接、浇混凝土作业,碳纤维布施工却不需要。因此,它对施工空间要求很低,便于狭窄空间作业,对生产、使用的干扰很小。 

　　3、耐腐蚀及耐久性能极佳。碳纤维能有效地防护构件的混凝土和钢筋免职受酸、碱、盐、水等介质的腐蚀。碳纤维与胶结构本身及经其补强的构件可以长期承受紫外线、核幅射;长期在-54~80e下使用,强度不会降低;经加速暴露老化试验验证可历时40年性能不变;且在表面涂装后,耐用性更加突出。 

　　4、加固修补后,基本不增加原结构自重,能保持结构原状,外形美观,同时原构件尺寸不会有太大的变化。粘贴后表面可以涂刷、粘贴饰面材料、防火材料。 

　　四、碳纤维布及加固用胶粘剂的控制 

　　为了能保证结构加固工程的安全可靠性，首先确保所使用的碳纤维布、胶粘剂质量的可靠性。按照设计要求，选用碳纤维布和胶粘剂。进场时应提供国家质量监督机构提出的型式检验报告。根据施工单位与监理单位共同确认的抽样方案，进行现场见证取样，并进行送检。取样时应对外观质量进行检查，主要项目有： 

　　（1）、纤维排列均匀，不能有皱褶，小束应直顺，不得有零乱歪斜现象。 

　　（2）、尺寸偏差长度不准出现负偏差，宽度允许偏差在±0.5%。 

　　（3）、不得有断经缺纬脱纬现象。 

　　根据设计方案的设计计算所使用的参数，主要有Ef(碳纤维受拉弹性模量)、ff（碳纤维抗拉强度设计值）胶粘剂的粘结强度，结构胶粘剂主要承重结构构件粘结，长期承受设计应力和环境作用，所以其主要承受抗拉抗压抗剪等作用。因此材料进场后，抽样送检，做针对性的性能指标材料复试检验，在材料进场时做了如下复试检测，符合要求后再使用于本工程： 

　　○1碳纤维布现场检测指标（高强度Ⅰ级） 

　　检测项目 计量单位 技术要求 检测结果 单项评定 

　　抗拉强度标准值 MPa ≥3400 3443 合格 

　　受拉弹性模量 MPa ≥2.4×105 2.59×105 合格 

　　伸长率 % ≥1.7 2.32 合格 

　　○2碳纤维布浸渍胶粘现场检测指标(A级胶) 

　　性能项目 技术要求 检测结果 

　　抗拉强度MPa ≥40 59.5 

　　受拉弹性模量MPa ≥2500 2899 

　　伸长率% ≥1.5 2.0 

　　抗拉强度 ≥7.0 76.1 

　　钢一钢拉伸抗剪强度标准值MPa ≥14 16.6 

　　○3底胶的现场检测性能指标 

　　性能项目 技术要求 检测结果 

　　与混凝土的正拉粘结强度MPa ≥2.5且为混凝土内聚破坏 4.0混凝土内聚破坏 

　　钢-钢拉伸抗剪强度MPa ≥14 7.1 

　　五、碳纤维布加固技术 

　　1、施工前的准备措施 

　　（1）认真阅读设计施工图纸。(2)对所使用的碳纤维布、各种材料、机具等做好施工前的检查准备工作。（3）根据施工现场的条件和被加固构件混凝土的实际情况，确定可行的施工方案。 

　　2、粘接材料 

　　在粘贴碳纤维布中所采用的粘接材料主要分为三类：底层涂料、整平材料、浸渍树脂。 

　　3施工工艺 

　　对于粘贴界面的处理首先需要清除构件表面脱落腐蚀的劣化混凝土，并用材料将露出的混凝土结构层修复平整。接着对一些裂缝进行封闭处理，除去表层油污、浮浆等杂质，直到完全露出混凝土结构新面。对于构件转角粘贴处进行导角处理打磨成圆弧形，其半径至少要为20mm。实际施工中，应按产品生产厂商所提供的工艺规定配制浸渍树脂。底层树脂均匀涂抹在混凝土表面，进行碳纤维布的粘贴时，用手将碳纤维布轻轻压在需粘贴的位置，并采用专用的滚筒顺着纤维方向反复滚压，挤掉气泡，使浸渍树脂能够充分浸透碳纤维布，然后将粗砂洒在碳纤维布表面，使粗砂能有效的粘贴在外层纤维布上。需要注意的是，碳纤维布沿受力方向的搭接长度不少于100mm，当采用多层碳纤维布加固时，各层碳纤维布的搭接位置应相互错开。错开距离不少于250mm，且不小于1.5倍搭接长度Lf。梁底在贴第一层碳纤维布时，分两条贴，这样可以够提高承载力。梁两端碳纤维布需要用U形箍箍好，以防剥离破坏。