碳纤维结构补强技术，是钢筋混凝土结构体外补强的一种新技术，在国外已经成熟并得到广泛认同。我国由北京特希达科技有限公司最先引进。几年来司与高等院校和科研单位等方面合作，经过消化吸收，这项技术在全国许多省市多项工程中成功应用。现在已经形成有口皆碑，用户辗转相传、新用户不断找上门来的局面。很明显它必将如国外一样，使我国的混凝土结构补强技术得到新的发展。但它为什么会形成结构补强技术的一种新趋势？它的基本原理和方法是怎样的？这些都必须从传统补强方法说起。

    (一)混凝土结构的损坏及传统补强方法

    已建混凝土结构损坏的原因很多，大致有以下几方面——设计不周、施工缺陷：这类问题本应避免，但无法杜绝，且近年因种种原因层出不穷，有的很严重；年久老化：建国以来和改革开放以来大规模建设的工程正分批陆续接近寿命期，甚至超期服役；腐蚀：受酸、碱、盐侵害，风化、水的渗透、冻融循环；意外灾害：地震、台风、凌汛、人为撞击、火灾等损坏；超载。以上原因直接导致混凝土粉化、疏松、剥落、开裂和钢筋锈蚀。使结构物裂缝扩展、刚度降低、挠度增大，承载力削弱甚至丧失。以致结构物涉险服役，严重的不堪再用。

    新世纪开始，我国将出现结构修复补强的浪潮，甚至会持续相当长时间。过去常使用的传统补强方法，主要有加大截面法、体外预应力法和外包钢板法几种。加大截面法又名外包混凝土法。主要是将截面加宽、加厚、加高，以容纳新增钢筋。此法很有效但增加结构体积和自重，造成肥梁胖柱、施工工序繁多、用工多、施工期长，且要用大型机械，还必须有很大施工空间；体外预应力法是在梁下加受拉弦杆，和立柱一起形成反拱架，补强效果好但也有上述各种缺点，特别是结构高度增大很多；外包钢板法又称粘钢法，除上述缺陷外难于紧贴原结构表面，且不耐腐蚀，必须定期防锈。因此传统补强方法的应用场合受到种种限制，甚至某些条件下无法采用。

    (二)碳纤维补强的方法

    碳纤维补强的基本材料是将高强度，或高弹性模量的连续碳纤维单向排列成束，用环氧树脂浸渍形成为碳纤维增强复合材料片材(CarbonFiber　ReinforcedPlastics或polymer，简称CFRP)。将片材用专门配制的环氧树脂粘贴在结构受拉面，树脂固化后与原结构形成新的受力复合体，碳纤维片即可与钢筋共同受力。由于碳纤维片分担了荷载，就降低了钢筋的应力，而使结构得到加固补强。

    高强度碳纤维片的抗拉强度可达3400N/mm2，比钢材高7～10倍。弹性模量有2.35×105N/mm2至3.8×105N/mm2等几种，与钢筋相近或略高。因此有很好的与钢筋共同工作的性能。由于采用了不同配比、性能各异的环氧树脂料，可以使界面树脂渗入混凝土中，片材紧随构件外形粘贴，粘贴用的树脂料又具有较高粘结强度，能有效传递碳纤维片与混凝土两种材料间的应力，保证不产生界面的粘结剥离。碳纤维补强在交通和建筑工程中的应用如图所示。

    FRP在交通和建筑工程中的应用，主要有：

    1、梁、板结构补强各种类型公路、铁路桥梁、桥板和建筑物的梁、板都可应用。

    (1)抗弯补强。碳纤维片贴在受拉一侧，即跨中的下部和连续板、连续梁、悬臂板、梁支座的上部，沿受力筋方向粘贴。由于碳纤维片弹性模量比钢筋稍大，受力时延伸率小于钢筋，故在结构受力时先行受力，随荷载逐渐增加达到两者变形协调时，两者共同受力并按一定比例分配。往往在补强前或者因原有钢筋锈蚀造成截面积不足，或因超载原有钢筋应力过大，补强后碳纤维分担了拉力，使钢筋应力大大降低，结构承载力得以提高。抗弯补强时可以根据受力需要贴一层至多层。还可应用高弹性模量片材，补强效果更显著。

    (2)抗剪补强。通常是在梁靠近端部主拉应力较大的区域，和有次梁或较大集中荷载作用的部位。补强时在梁的两侧面竖向粘贴，或与梁底形成U形环包。相当于增加抗剪箍筋以分担原箍筋的剪力。

    (3)抗疲劳补强。工业厂房吊车梁、桥梁及桥面板，都可以粘贴碳纤维片以提高结构的疲劳抗力。桥面板上下同时粘贴效果更好。

    2、柱、墩补强

    对桥墩、高架柱、建筑物独立柱和有翼柱，都可有效补强。主要表现在：

    (1)中心受压柱的抗压补强，用碳纤维在柱中部横向环包，在受压区产生环向束缚作用，能提高抗压能力，降低柱的压屈系数。

    (2)偏心受压柱，在柱受拉弯的侧面沿柱轴纵向粘贴，可有效补强。

    (3)抗震性能补强，在地震或台风的横向力作用下，柱端弯矩和剪力都很大，可以纵向粘贴和环包同时进行。既提高柱、墩横向抗力，又改善能量吸收性能，提高结构的延性，使结构抗侧向力能力显著提高。　

    对于建筑框架结构和与帽梁刚结的桥梁墩柱、高架柱，可以在柱的上下端同时补强，个别上端横向约束较弱者，则可只考虑下端的补强。

    3、剪力墙补强，在剪力墙单面或双面沿抗剪配筋方向粘贴碳纤维片。

    4、高耸结构，如烟囱、水塔、筒仓、高杆灯架等，受力情况与墩柱类似，补强方法也类同。

    5、环形受力结构，如水池、罐体的抗张力侧壁，可在单侧或双侧缠绕粘贴。

    6、涵洞、隧道及衬砌，由于环向压力不均造成横截面各方位应力异常而产生纵向受拉裂缝，甚至衬砌剥落，以及由于地基沉降不均造成的纵向错位，都可采取混凝土局部填补、置换，和碳纤维片补强联合应用的办法。

    7、封闭和防护功能。用碳纤维片粘贴可以将结构裂缝密闭，较宽较深的裂缝还可在贴片前用环氧树脂灌缝进行密闭，从而控制裂缝的进一步扩展，阻止水分渗入引起钢筋锈蚀，同时还具有增强抗腐蚀性能的作用。这就是在结构补强的同时，也带来了封闭和防护的副效应。相反，有些虽出现破损但承载力尚未降低的结构，也可以封闭和防护维修为主效应，同时也有结构补强的副效应。

    上述各种补强以桥梁和一般建筑物的梁板结构补强占大部分，桥梁墩柱的抗震补强次之，其他结构补强只占很少部分。但它们在国外都已得到广泛应用、研究和使用考验。日本各种补强技术已有由建设省或各种团体编制的设计、施工规范。在我国，北京特希达公司已成功地在20多项工程中应用，也编制了企业工法和规范。对于在国外业已成熟的碳纤维补强技术，我们也已成功掌握并积累了实际应用的丰富经验，相信它将在新世纪发挥威力。