在工程應(yīng)用研究方面，重點(diǎn)研究碳纖維片材（碳纖維布/碳纖維板之總稱）。在90年代由國(guó)家課題支持開展碳纖維片材在混凝土結(jié)構(gòu)（包括橋梁、隧道、水利設(shè)施和房建結(jié)構(gòu)），取得了應(yīng)用成果并得到廣泛推廣。2003年由中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)頒布了《碳纖維片材加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（CECS146：2003），作為指導(dǎo)性文件提供了設(shè)計(jì)施工和質(zhì)量檢驗(yàn)依據(jù)。而碳纖維片材用于橋梁加固技術(shù)是目前應(yīng)用較為普遍的技術(shù)之一，其十幾年來(lái)的應(yīng)用為橋梁加固事業(yè)作出了歷史性的貢獻(xiàn)。
針對(duì)傳統(tǒng)橋梁加固改造工程中所存在不足，諸如：因采用的加固材料（如鋼板/纖維布）溫縮模量與混凝土鋼筋混凝土材料的溫縮模量差異較大，不能形成同步的溫縮變形狀態(tài)，影響加固耐久性；采用鋼材加固增加防銹處理等后期維護(hù)投人；以及采取增大截面法，結(jié)構(gòu)面會(huì)留下不和諧修補(bǔ)“傷疤” 影響結(jié)構(gòu)外觀和技術(shù)狀況評(píng)價(jià)等問(wèn)題，碳纖維筋橋梁加固是一項(xiàng)新的應(yīng)用外粘高性能碳纖維復(fù)合材料增強(qiáng)結(jié)構(gòu)技術(shù)，主要形式包括“嵌人植筋加強(qiáng)法" 和“體外配筋擴(kuò)大截面增強(qiáng)法"。碳纖維筋與高強(qiáng)聚合物砂漿的聯(lián)合使用充分利用了纖維棒筋的抗拉伸強(qiáng)度、聚合物砂漿的快凝強(qiáng)度和砂漿與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的溫縮模量的近似特性，既可提升鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的承載能力，也可充分利用新材料環(huán)境特征，達(dá)到維修、加固、利用與修舊翻新的綜合作用。
2.碳纖維復(fù)合筋的性能
碳纖維復(fù)合筋為棒型材料，主要成分為由碳纖維，通過(guò)特殊技術(shù)處理與樹脂高溫固化而成。碳纖維分子結(jié)構(gòu)界于石墨和金剛石之間，含碳體積分?jǐn)?shù)在0.9以上。碳纖維根據(jù)原絲類型可分為聚丙烯腈（PAN）基、瀝青基和粘膠基3種，由原絲纖維加熱至高溫后除雜獲得。根據(jù)碳纖維原絲類型可分為聚丙烯腈（PAN）基、瀝青基和粘膠基3 種。目前,PAN碳纖維按力學(xué)性能又分為高模量超高模量、高強(qiáng)度和超高強(qiáng)度4種；按用途可分為宇航級(jí)小絲束碳纖維和工業(yè)級(jí)大絲束碳纖維，其中小絲束以1K、3K、6K、12K和24K（1 K為1 000根長(zhǎng)絲單位重量），大絲束為48K以上。
2.1碳纖維的優(yōu)勢(shì)
碳纖維具有較強(qiáng)的防水和防滲漏的特點(diǎn)，具有耐酸、耐堿的耐腐蝕性，阻燃性和良好的力學(xué)性能和良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性，因此也在建筑工程和其他領(lǐng)域被廣泛運(yùn)用。據(jù)投資顧問(wèn)行業(yè)研究中心相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,目前,世界碳纖維的需求量將以每年約13%的速度增長(zhǎng)。由此可見(jiàn)，碳纖維的使用將越來(lái)越廣泛。
2.2碳纖維復(fù)合筋的特性
碳纖維復(fù)合筋的主要技術(shù)指標(biāo)及其與鋼筋對(duì)比如下表：
表1 碳纖維復(fù)合筋的技術(shù)指標(biāo)及其與鋼筋的對(duì)比表
名稱
碳纖維復(fù)合筋
鋼筋
密度（g/cm3）
1.5
7.9
抗拉強(qiáng)度（MPa）
≥1800
≥500
彈性模量（GPa）
≥140
≥200
線膨脹系數(shù)10-6/℃
0.6
12
從表格中可以看出，碳纖維復(fù)合筋的密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于鋼筋，同樣體積的材料，重量上碳纖維復(fù)合筋的優(yōu)勢(shì)很大；碳纖維復(fù)合筋抗拉強(qiáng)度也大于鋼筋，其熱膨脹系數(shù)較低，就說(shuō)明在相同的溫度下，膨脹的程度會(huì)低很多。
碳纖維復(fù)合筋的主要性能：（1）質(zhì)量輕（相當(dāng)于鋼密度的1/5）；（2）強(qiáng)度高（抗拉強(qiáng)度是鋼筋的4到5倍）；（3）密度?。?.5g/cm3）；（4）彈性模量高（彈性回復(fù)100％）；（5）熱膨脹系數(shù)小，耐高溫和低溫性好；（6）耐酸性好，對(duì)酸呈惰性，耐濃酸侵蝕；（7）與砂漿附著力強(qiáng)。
3. 聚合物砂漿特點(diǎn)
聚合物砂漿是由水泥、速凝添加劑、粉末狀聚合物、碎石與水等混合拌制而成，其粘結(jié)強(qiáng)度高，熱膨脹系數(shù)與混凝土類似。
聚合物砂漿的主要特點(diǎn)：（1 )黏附性好，與原結(jié)構(gòu)舊混凝土表面黏附良好，使纖維筋與原結(jié)構(gòu)共同受力；（2）穩(wěn)定性好，能有效抑制有害物質(zhì)的滲透和擴(kuò)散；（3）和易性好，利用快捷、速凝的功能特點(diǎn)，修繕結(jié)構(gòu)腐蝕表面，達(dá)到修舊如新。聚合物砂漿可以維修各種老化受損的混凝土表面。
4. 國(guó)內(nèi)橋梁加固現(xiàn)狀
橋梁作為公路交通的關(guān)鍵設(shè)施，具有跨越深谷、承受運(yùn)載、通航泄洪、保證安全、連接路網(wǎng)的重要功能。目前，我國(guó)各級(jí)公路上營(yíng)運(yùn)的橋梁總數(shù)達(dá) 60余萬(wàn)座。
按橋梁設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)大中小類型的橋梁平均使用壽命測(cè)算，橋梁平均設(shè)計(jì)使用壽命在50年左右。全國(guó)年均需要改造翻新的橋梁約有10 000 余座，合計(jì)約60余萬(wàn)延米。以二級(jí)路為例，每年國(guó)家需要投人的橋梁改造費(fèi)用上百億幣，這是一筆巨大的投資。根據(jù)近10年危橋改造的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，現(xiàn)有重交通組成作用下的橋梁使用壽命平均在33年之內(nèi)，部分路段橋梁的使用壽命甚至更短。如何更有效的延長(zhǎng)橋梁的使用壽命、如何更有效的提高危險(xiǎn)橋梁的改造利用技術(shù)、如何將加固后的橋梁變得更持久，是當(dāng)前橋梁管理中面臨且急需解決的問(wèn)題。
面對(duì)當(dāng)前大規(guī)模的橋梁改造任務(wù)，各級(jí)橋梁管理部門都十分重視其處理效果，近年來(lái)積極研究和尋求有效的維修加固新技術(shù)，但這并不是一件容易的事情，目前在橋梁加固改造中常采用的技術(shù)還是十幾年前的研究成果，主要方法如：“鋼板加固法”、“擴(kuò)大截面加固法”、“體外（內(nèi)）預(yù)應(yīng)力加固法”、“碳纖維布加固法”等，這些材料技術(shù)為輕交通狀態(tài)下的橋梁加固做出過(guò)貢獻(xiàn)。隨著近幾年重交通的發(fā)展和擴(kuò)散，現(xiàn)有橋梁的加固材料和工藝技術(shù)在適應(yīng)性方面面臨巨大挑戰(zhàn)。一方面是目前所使用的加固材料（如鋼板/纖維布）其溫縮模量與混凝土鋼筋混凝土材料的溫縮模量差異較大，造成加固后的補(bǔ)強(qiáng)材料與原結(jié)構(gòu)的溫縮變形差異化，形成不同步的溫縮變形狀態(tài)，影響加固耐久；另一方面當(dāng)前加固中為提高結(jié)構(gòu)受力的高強(qiáng)材料仍然采用鋼材，因鋼材有防銹處理的要求，這樣就增大了后期的維護(hù)投人，在結(jié)構(gòu)層面上需要增設(shè)3 cm以上厚度的防銹保護(hù)，造成自重增加，影響使用效果；此外，在增大截面法中，因材料強(qiáng)度因素，需要增厚自重增加，影響結(jié)構(gòu)受力和加固效果?，F(xiàn)有加固材料和工藝中即便是解決了受力要求，但施工后的結(jié)構(gòu)面會(huì)留下不和諧修補(bǔ)“傷疤”，影響結(jié)構(gòu)外觀和技術(shù)狀況評(píng)價(jià)。
由此可見(jiàn)，研究和選擇一種高強(qiáng)、防腐蝕、經(jīng)濟(jì)、施工方便，且與鋼筋混凝土材料溫縮模量相一致的維修加固材料，達(dá)到理想的加固改造，且能提高橋梁的承載能力是十分迫切和必要的工作。
首先原構(gòu)件混凝土表面去除表面浮漿、油污等雜質(zhì)，并對(duì)混凝土構(gòu)件加固部位進(jìn)行鑿毛處理。對(duì)加固表面缺損的坑洼部位采用高強(qiáng)聚合物砂漿預(yù)先修補(bǔ)，待混凝土表面干燥后涂抹界面劑。隨后安裝錨具及碳纖維復(fù)合筋，利用錨具固定碳纖維復(fù)合筋，碳纖維復(fù)合筋應(yīng)緊貼加固面，壓條及螺栓均應(yīng)采用不銹材料；安裝完后，噴涂高強(qiáng)聚合物砂漿，砂漿厚度不小于20MM，施工溫度應(yīng)在10℃-35℃，后對(duì)表面進(jìn)行養(yǎng)護(hù).

在結(jié)構(gòu)加固工程中，可以采用的加固方法有很多，既有傳統(tǒng)的加固方法，也有新型的加固方法，而粘鋼加固和碳纖維加固就是代表性的2種加固方法。粘鋼加固和粘貼碳纖維加固具有相似的加固原理，它們作為加固技術(shù)具有較多的優(yōu)勢(shì)，而且適用性都很強(qiáng)。那么碳布和粘鋼板加固可以互換嗎?
碳布與粘鋼加固的相似之處，從適用范圍上，碳布與粘鋼同樣可用于受彎構(gòu)件、大偏心受壓構(gòu)件與受拉構(gòu)件，例如在梁底粘貼碳布或者鋼板，均可提高結(jié)構(gòu)承載力，達(dá)到加固補(bǔ)強(qiáng)的目的;從原理上來(lái)看，碳布與粘鋼都是利用結(jié)構(gòu)膠將碳布或鋼板粘貼至混凝土基材上，令加固材料與基材形成整體共同受力;從施工流程看，兩種方法都受結(jié)構(gòu)膠影響較大，加固前均需要卸載，未進(jìn)行卸載或卸載不徹底都會(huì)產(chǎn)生二次受力，造成加固材料受力滯后。
碳纖維布與鋼板在結(jié)構(gòu)加固中起到的作用，可以等同為增加鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的配筋率。因此在一定程度上，碳纖維布加固與粘鋼加固可以相互替換。碳布與粘鋼加固既有相似之處，又有不同之處，它們都有各自的優(yōu)勢(shì)。
對(duì)于粘貼碳纖維布來(lái)說(shuō)，常用的碳纖維布自重僅有200g/㎡和300g㎡兩種類型，其設(shè)計(jì)厚度也是較為輕薄，一層200g/㎡碳纖維布厚度僅為0.111mm，施工速度約為粘鋼加固的2~3倍。碳纖維加固靈活多樣，不會(huì)導(dǎo)致建筑物內(nèi)其他構(gòu)件的連鎖加固，經(jīng)濟(jì)效益高。加固過(guò)程中不會(huì)改變結(jié)構(gòu)外觀，對(duì)原結(jié)構(gòu)損傷較小，結(jié)構(gòu)自重增加較小。施工現(xiàn)場(chǎng)濕作業(yè)工作量少，施工便捷堅(jiān)固耐用。
粘鋼板加固由于鋼板的物理力學(xué)性能為各向同性，在進(jìn)行受力的時(shí)候能夠均勻受力，但是其施工時(shí)需要的夾具和施工器械，施工工序膠碳纖維布加固較為繁瑣復(fù)雜。對(duì)于采用粘鋼加固來(lái)說(shuō)，所粘貼鋼板的寬度不宜大于100mm，當(dāng)采用手工涂膠粘貼鋼板，鋼板厚度不應(yīng)大于5mm。采用壓力注膠粘貼鋼板，其厚度不應(yīng)大于10mm，且需要按照外粘型鋼加固法的焊接節(jié)點(diǎn)構(gòu)造進(jìn)行設(shè)計(jì)。對(duì)于普通小荷載結(jié)構(gòu)或者構(gòu)件，經(jīng)計(jì)算其補(bǔ)強(qiáng)所需面積小，粘貼碳纖維布1~2層即可滿足要求時(shí)，要先考慮采用粘鋼板加固加固法來(lái)進(jìn)行處理。
在加固工程中，可以采用的加固方法有很多，而且適用性都很強(qiáng)。對(duì)于加固方法的選擇，要根據(jù)加固工程的實(shí)際情況來(lái)決定，任何加固方法都有自己的局限性。所以施工單位需要掌握每種加固工法的優(yōu)勢(shì)，將每種加固工法的優(yōu)勢(shì)充分發(fā)揮出來(lái)，這樣可以更加高效地完成加固工程。

碳纖維布加固之大偏心受壓構(gòu)件
在鋼筋混凝土建筑及橋梁中，偏疼受壓構(gòu)件的使用較多，如梁橋中的墩身、柱根底等。這類結(jié)構(gòu)(構(gòu)件)的一個(gè)一起特點(diǎn)是正截面上效果著軸心壓力和彎矩。
偏疼受壓構(gòu)件由于使用較多，在鋼筋混凝土中也是容易被損壞的構(gòu)件，一般情況下，偏疼受壓構(gòu)件的損壞特征如下：
當(dāng)相對(duì)偏疼距較大，且受拉鋼筋配筋率較小時(shí)，偏疼受壓構(gòu)件的損壞是由于受拉鋼筋首先到達(dá)屈從強(qiáng)度而導(dǎo)致受壓混凝土壓碎，這一損壞稱為大偏疼受壓損壞。其接近損壞時(shí)有顯著的征兆，橫向裂縫展開顯著，構(gòu)件的承載力取決于受拉鋼筋的強(qiáng)度和數(shù)量。
當(dāng)相對(duì)偏疼距較小，或雖然相對(duì)偏疼距較大，但構(gòu)件配置的受拉鋼筋較多時(shí)，就有可能首先使受壓區(qū)混凝土先被壓碎。在通常情況下，接近軸力效果一側(cè)的混凝土先被壓壞，受壓鋼筋的應(yīng)力也能到達(dá)抗壓規(guī)劃強(qiáng)度；而離軸向力較遠(yuǎn)一側(cè)的鋼筋仍可能受拉但并未到達(dá)屈從，但也可能仍處于受壓狀況。臨損壞時(shí)，受壓區(qū)高度略有添加，損壞時(shí)無(wú)顯著征兆。這種損壞屬于小偏疼受壓損壞。
在目前的鋼筋混凝土加固辦法中，用張貼碳纖維布的辦法加固大偏疼受壓構(gòu)件使用廣泛。該辦法是經(jīng)過(guò)配套碳纖維膠將碳纖維布張貼于構(gòu)件之上，到達(dá)加固補(bǔ)強(qiáng)的效果。選用碳纖維布加固大偏疼受壓構(gòu)件需要注意的是：
當(dāng)選用碳纖維布加固大偏疼受壓的鋼筋混凝土柱時(shí)，應(yīng)將碳纖維布張貼于構(gòu)件受拉區(qū)邊際混凝土外表，且纖維方向應(yīng)與柱的縱軸線方向共同。這是由于碳纖維布不能接受壓力，只能考慮其抗拉效果，因而標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定將碳纖維布的受力辦法規(guī)劃成僅接受拉應(yīng)力效果。
別的，在大偏疼受壓構(gòu)件加固核算中，對(duì)碳纖維布之所以不考慮強(qiáng)度利用系數(shù)，是由于在實(shí)踐工程中絕大多數(shù)偏疼受壓構(gòu)件均處于受壓狀況。因而，在承載能力極限狀況下，受拉側(cè)的拉應(yīng)變是從受壓側(cè)應(yīng)變轉(zhuǎn)化過(guò)來(lái)的，故不存在拉應(yīng)變滯后的問(wèn)題，亦即以為碳纖維布的抗拉強(qiáng)度能得到充分發(fā)揮。

可能很多朋友并不了解或者沒(méi)有見(jiàn)過(guò)這種材料。碳纖維布從早的航空、宇宙關(guān)聯(lián)器材的應(yīng)用開始，到體育用品和機(jī)械產(chǎn)品，近年，作為混凝土構(gòu)造物補(bǔ)強(qiáng)材料的替代品，被廣泛應(yīng)用在高速公路、鐵路橋和橋的橋墩、隧道、建筑物的抗震補(bǔ)強(qiáng)工程中。
近這幾年，碳纖維布行業(yè)的發(fā)展勢(shì)頭是非常強(qiáng)烈的，尤其是用碳纖維制成的復(fù)合材料可以極大地增強(qiáng)復(fù)合材料的強(qiáng)度和韌性。而碳纖維本身厚度有很大的不同，比如說(shuō)有的是0.111mm的厚度，還有的是0.167mm的厚度。當(dāng)然也有一些碳纖維是非常厚的，比如說(shuō)0.294mm或者0.333mm的厚度都有，關(guān)鍵就是看具體的工程的實(shí)際需要。
碳纖維布行業(yè)發(fā)展是非常的不錯(cuò)的，這種材料可以在各行各業(yè)都能夠使用的到，尤其是在工程加固行業(yè)，屬于性能高強(qiáng)的新型的加固材料。比如說(shuō)在建筑結(jié)構(gòu)上面使用這種材料可以讓結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度得到極大的提升，同時(shí)還能夠增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗震能力。
但是，碳纖維布需要和碳纖維膠配套使用，才能起到加固補(bǔ)強(qiáng)的作用。一般的操作是，用碳纖維膠將碳纖維布和混凝土等基材粘結(jié)在一起，以此提高結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、抗震、抗老化等方面的能力。
另外，碳纖維布本身質(zhì)輕、有韌性，可以包裹不同外形的構(gòu)件，也可以在狹小的空間內(nèi)使用。比如在橋梁建造的時(shí)候，或者是在見(jiàn)到一些形狀比較復(fù)雜的需要加固的建筑工程的時(shí)候就能夠使用的到。
關(guān)于碳纖維布的一些話題就簡(jiǎn)要的為大家介紹到這里了，希望通過(guò)今天的介紹能夠讓大家對(duì)這種材料有更多的了解。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)碳纖維布的企業(yè)不少，但是，關(guān)于碳纖維布的品質(zhì)是參差不齊的，客戶在購(gòu)買時(shí)可以從多方面綜合考慮。