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摘要：近年来，碳纤维增强复合材料加固方法具有施工工艺简便，强度高、自重轻、施工方便、施工工期短、应用广泛等特性。同时其具有抗疲劳强度高、耐久性能好、耐磨损和抗老化等优良特点。而且易于保持结构原状，不用占用原建筑空间。此外它还可以有效的封闭混凝土结构裂缝，延长结构的使用寿命，具有一般传统加固方法所没有的优点，因此被广泛应用于混凝土结构加固补强设计中。但在港工上，利用碳纤维加固受损构件的应用较少。本次选用碳纤维加固就是在选择适用材料、适当加固施工方法的基础上，对碳纤维加固在港口工程应用上所做的一次有益尝试和试验。
关键词：码头结构加固、碳纤维加固、加固方法比较
Abstract: In recent years, carbon fiber reinforced composites reinforced with simple construction techniques, high strength, light weight, easy construction, short construction period, and widely used features. At the same time, it has high fatigue strength, durability, excellent resistance to wear and aging. And easy to maintain the structure of the status quo, do not take up the original building space. In addition, it can be effectively closed cracks in concrete structures, to extend the service life of the structure, with the advantages of conventional reinforcement methods are not widely used in the concrete structure reinforcement design. But in Hong Kong, the use of carbon fiber reinforcement of damaged components is seldom used. The optional carbon fiber reinforced carbon fiber reinforcement is to select the appropriate materials, adequate reinforcement construction method based on a useful attempt and tests done on the port engineering applications.Keywords: reinforcement of pier structures, carbon fiber reinforcement, reinforcement methods.
中图分类号：U656.1文献标识码：A文章编号：
一、引言
海洋气候环境下的钢筋混凝土结构，由于长期暴露而受氯盐污染的影响，引发的钢筋锈蚀问题比较普遍和突出，特别是浪溅区的结构部分锈蚀腐化最为严重，大气区和水下区则要晚的多。锈蚀腐化现象在梁、板、柱等构件里都普遍存在，而且开裂、剥落区域在结构表面占很大的比重，具有腐蚀劣化的严重性和普遍性。
兴中公司25万吨级油码头及10万吨级油码头分别建成于1993年、1995年，均为高桩梁板结构形式。由于码头使用已有十余年，为保证码头正常使用和安全生产，掌握码头各类构件状况，2008年底曾委托检测单位对码头进行检测评估。
根据码头的检测评估报告来看，钢筋混凝土构件绝大部分腐蚀损伤表现为顺筋开裂，甚至保护层剥落，促使钢筋腐蚀加速。进而导致构件强度下降，使安全可靠性大大降低。检测报告建议应及时采取相应措施进行修复，对因锈蚀导致钢筋有效截面损失，而影响结构承载力的构件进行必要的结构补强。所以经反复论证和经济技术可行性比较，决定采用碳纤维布加固横梁。
二、碳纤维加固介绍
碳纤维补强加固原理是利用专门配制的粘贴胶剂或浸渍胶剂把碳纤维和待加固构件粘固在一起，形成复合材料CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic)，通过其与所加固构件的协同工作，达到对结构构件补强加固及改善受力性能的目的。主要适用于钢筋混凝土受弯、轴心受压、大偏心受压及受拉构件的加固。
三、碳纤维加固与其他加固对比
1、与粘钢加固法比较
首先碳纤维具有上述诸多优良性能，加固后，其增加重量非常小，对结构来讲可以忽略不计；此外碳纤维柔性好，易于剪裁，适合于任何形状结构加固，施工简便、快捷，没有湿作业，易于操作，施工周期短，对加固后的结构耐久性和耐腐蚀性有较大提高。而粘钢加固的施工操作要比碳纤维加固施工复杂，对结构自重有一定增加。目前粘钢加固技术的研究比较成熟，对于承载力增加较大的结构加固还应采用粘钢加固法。而本项结构加固补强工程，由于其承载力不增加，因此采用碳纤维进行加固处理具有比较好的优势。
2、与其他传统加固手段相比
由于碳纤维加固施工用材主要有两种：即碳纤维材料和粘贴用结构胶粘剂。在结构加固中被广泛使用，具有良好的粘合性及上佳的耐腐蚀性。同时无论结构形状如何复杂，其都能顺利地解决加固问题，并且不影响原结构的外观和使用功能。以上特性是其他传统加固法所不能实现的。这些优势使其加固达到高强、高效的目的，在抗震加固应用中具有极其重要的意义。但它也有一些不足，由于施工使用配套树脂，其耐火性和耐热性较差，一般情况下其加固结构的工作温度不应超过60℃。因此，应用于结构加固时必需采取相应的防火保护措施。
四、碳纤维加固设计
加固设计参照《港口工程混凝土结构设计规范》和《碳纤维片材加固混凝土结构技术规程》，经分析采用全包裹的加固方式其碳纤维使用量要多于分条式加固方式，加固效果却没有得到相应的提高，但是对于海工混凝土结构而言，由于外包CFRP还具有抵抗CL-侵蚀的作用，所以最终决定使用完全外包的方式加固处于浪溅区和潮差区的混凝土结构件，而且作为侧向CFRP对混凝土提供了约束作用，也是有利于安全的。
五、碳纤维加固施工
1、施工准备
首先，施工考虑要选择合适的时间段。由于待加固构件均在平台下部，受潮汐变化影响，每日可连续工作时间受限，所有施工都应在4 h内完成，而且需要包括底胶的固化时间(约1 h)。因此，必须把握各个环节的施工时间。各个施工步骤应提前对施工单位人员进行交底，对各个不同用途的树脂配比、使用方法、注意事项等进行交待，把所要用到的器材、工具、容器等列表准备。且要求施工单位提交施工组织设计，把施工安排计划落实到每个人，以保證施工过程有序地进行。
2、施工流程
3、施工要点
1)混凝土与碳纤维布之间界面处理好坏是影响加固效果的关键因素，利用碳纤维加固的构件重新破损原因往往是由于界面处理不好。因此，本次将所要加固的构件裂缝处进行剃凿，将剥落、腐蚀、松动部分、劣质层均清除干净，对锈蚀的钢筋进行除锈之后对裂缝进行注胶封闭处理。再用混凝土角磨机、砂纸等机具除去混凝土表面的浮浆、油污等杂质。同时要求将所要加固部位的混凝土基面尽量打磨平整，再对加固的梁、柱转角粘贴碳纤维处進行倒角处理，使其所倒圆角半径不应小于20mm，最后用风机将混凝土表面清理干净，并保持干燥。对梁底混凝土反复打磨，直至平整，露出坚硬、新鲜混凝土。
2)涂抹底层树脂和浸渍树脂时要求厚度均匀，不能有漏刷，刷浸渍树脂时要顺纤维方向，避免流淌、气泡等现象；碳纤维粘贴后需要用滚子沿同一方向反复滚压，直至纤维布下的浸渍胶慢慢浸透出来。
3)用不同容器配置不同的树脂，不可混淆；不同的树脂在各自要求时间内用完，避免超过允许使用时间。
4)避免现场剪裁碳纤维布时弄脏纤维布，需要准备合适尺寸塑料布铺垫；碳纤维布在粘贴到构件上后，方可取下外侧保护塑料薄膜；贴纤维布时需保证纤维方向顺直，不弯曲、不褶皱；碳纤维布搭接长度不少于100 mm。
5)必须保证施工完成后至潮水涨到构件时有充足的固化时间。
6)施工完成后，对构件进行硬度检测和空鼓检测，对施工缺陷及时进行维修。
7)对于碳纤维加固后的结构表面应依据建筑物的防火等级要求进行防火保护和装饰面层处理。本工程为在原有结构基础上进行碳纤维加固修复，其耐火等级为二级，面层采用25mm厚水泥砂浆抹面，并涂刷混凝土防腐涂料。
六、结语
目前，很多港口码头构件在维修加固工程中通常采用更换构件或外包加固构件法，此方法具有一定的局限性，例如更换构件往往需要拆除较多构件，费用较大,时间较长；外包构件改变构件形状大小，在特定区域还可能影响船舶靠泊等。碳纤维加固技术由于具有自身先天优越性，可以在保证码头正常作业的情况下，在短时间内高质量地完成加固修复施工，以达到码头结构加固修复的经济性，并保证其整体稳定性和耐久性。因此，研究碳纤维加固技术在港口工程上的应用，对今后中化集团仓储码头的加固维护具有一定的指导意义。
参考文献：
[1]上海交通大学、交通部三航局科研所.华东海港高桩码头钢筋腐蚀损坏情况调查与结构耐久性分析[R].1988.12.
[2] JTJ 267—98，港口工程混凝土结构设计规范[S]．中国交通出版社.1998.
[3]CECS 146：2003 碳纤维片材加固混凝土结构技术规程[S].中国计划出版社.2007.
[4] 陈凤山.海洋环境下钢筋混凝土结构CFRP加固研究[D]，大连：大连理工大学，2000.
[5]卢亦焱，欧添雁，赵国藩，外包角钢与CFRP复合加固中长柱承载力分析[J].大连理工大学学报，2006，（3）
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：码头结构加固、碳纤维加固、加固方法比较
Abstract: In recent years, carbon fiber reinforced composites reinforced with simple construction techniques, high strength, light weight, easy construction, short construction period, and widely used features. At the same time, it has high fatigue strength, durability, excellent resistance to wear and aging. And easy to maintain the structure of the status quo, do not take up the original building space. In addition, it can be effectively closed cracks in concrete structures, to extend the service life of the structure, with the advantages of conventional reinforcement methods are not widely used in the concrete structure reinforcement design. But in Hong Kong, the use of carbon fiber reinforcement of damaged components is seldom used. The optional carbon fiber reinforced carbon fiber reinforcement is to select the appropriate materials, adequate reinforcement construction method based on a useful attempt and tests done on the port engineering applications.Keywords: reinforcement of pier structures, carbon fiber reinforcement, reinforcement methods.
中图分类号：U656.1文献标识码：A文章编号：
一、引言
海洋气候环境下的钢筋混凝土结构，由于长期暴露而受氯盐污染的影响，引发的钢筋锈蚀问题比较普遍和突出，特别是浪溅区的结构部分锈蚀腐化最为严重，大气区和水下区则要晚的多。锈蚀腐化现象在梁、板、柱等构件里都普遍存在，而且开裂、剥落区域在结构表面占很大的比重，具有腐蚀劣化的严重性和普遍性。
兴中公司25万吨级油码头及10万吨级油码头分别建成于1993年、1995年，均为高桩梁板结构形式。由于码头使用已有十余年，为保证码头正常使用和安全生产，掌握码头各类构件状况，2008年底曾委托检测单位对码头进行检测评估。
根据码头的检测评估报告来看，钢筋混凝土构件绝大部分腐蚀损伤表现为顺筋开裂，甚至保护层剥落，促使钢筋腐蚀加速。进而导致构件强度下降，使安全可靠性大大降低。检测报告建议应及时采取相应措施进行修复，对因锈蚀导致钢筋有效截面损失，而影响结构承载力的构件进行必要的结构补强。所以经反复论证和经济技术可行性比较，决定采用碳纤维布加固横梁。
二、碳纤维加固介绍
碳纤维补强加固原理是利用专门配制的粘贴胶剂或浸渍胶剂把碳纤维和待加固构件粘固在一起，形成复合材料CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic)，通过其与所加固构件的协同工作，达到对结构构件补强加固及改善受力性能的目的。主要适用于钢筋混凝土受弯、轴心受压、大偏心受压及受拉构件的加固。
三、碳纤维加固与其他加固对比
1、与粘钢加固法比较
首先碳纤维具有上述诸多优良性能，加固后，其增加重量非常小，对结构来讲可以忽略不计；此外碳纤维柔性好，易于剪裁，适合于任何形状结构加固，施工简便、快捷，没有湿作业，易于操作，施工周期短，对加固后的结构耐久性和耐腐蚀性有较大提高。而粘钢加固的施工操作要比碳纤维加固施工复杂，对结构自重有一定增加。目前粘钢加固技术的研究比较成熟，对于承载力增加较大的结构加固还应采用粘钢加固法。而本项结构加固补强工程，由于其承载力不增加，因此采用碳纤维进行加固处理具有比较好的优势。
2、与其他传统加固手段相比
由于碳纤维加固施工用材主要有两种：即碳纤维材料和粘贴用结构胶粘剂。在结构加固中被广泛使用，具有良好的粘合性及上佳的耐腐蚀性。同时无论结构形状如何复杂，其都能顺利地解决加固问题，并且不影响原结构的外观和使用功能。以上特性是其他传统加固法所不能实现的。这些优势使其加固达到高强、高效的目的，在抗震加固应用中具有极其重要的意义。但它也有一些不足，由于施工使用配套树脂，其耐火性和耐热性较差，一般情况下其加固结构的工作温度不应超过60℃。因此，应用于结构加固时必需采取相应的防火保护措施。
四、碳纤维加固设计
加固设计参照《港口工程混凝土结构设计规范》和《碳纤维片材加固混凝土结构技术规程》，经分析采用全包裹的加固方式其碳纤维使用量要多于分条式加固方式，加固效果却没有得到相应的提高，但是对于海工混凝土结构而言，由于外包CFRP还具有抵抗CL-侵蚀的作用，所以最终决定使用完全外包的方式加固处于浪溅区和潮差区的混凝土结构件，而且作为侧向CFRP对混凝土提供了约束作用，也是有利于安全的。
五、碳纤维加固施工
1、施工准备
首先，施工考虑要选择合适的时间段。由于待加固构件均在平台下部，受潮汐变化影响，每日可连续工作时间受限，所有施工都应在4 h内完成，而且需要包括底胶的固化时间(约1 h)。因此，必须把握各个环节的施工时间。各个施工步骤应提前对施工单位人员进行交底，对各个不同用途的树脂配比、使用方法、注意事项等进行交待，把所要用到的器材、工具、容器等列表准备。且要求施工单位提交施工组织设计，把施工安排计划落实到每个人，以保證施工过程有序地进行。
2、施工流程
3、施工要点
1)混凝土与碳纤维布之间界面处理好坏是影响加固效果的关键因素，利用碳纤维加固的构件重新破损原因往往是由于界面处理不好。因此，本次将所要加固的构件裂缝处进行剃凿，将剥落、腐蚀、松动部分、劣质层均清除干净，对锈蚀的钢筋进行除锈之后对裂缝进行注胶封闭处理。再用混凝土角磨机、砂纸等机具除去混凝土表面的浮浆、油污等杂质。同时要求将所要加固部位的混凝土基面尽量打磨平整，再对加固的梁、柱转角粘贴碳纤维处進行倒角处理，使其所倒圆角半径不应小于20mm，最后用风机将混凝土表面清理干净，并保持干燥。对梁底混凝土反复打磨，直至平整，露出坚硬、新鲜混凝土。
2)涂抹底层树脂和浸渍树脂时要求厚度均匀，不能有漏刷，刷浸渍树脂时要顺纤维方向，避免流淌、气泡等现象；碳纤维粘贴后需要用滚子沿同一方向反复滚压，直至纤维布下的浸渍胶慢慢浸透出来。
3)用不同容器配置不同的树脂，不可混淆；不同的树脂在各自要求时间内用完，避免超过允许使用时间。
4)避免现场剪裁碳纤维布时弄脏纤维布，需要准备合适尺寸塑料布铺垫；碳纤维布在粘贴到构件上后，方可取下外侧保护塑料薄膜；贴纤维布时需保证纤维方向顺直，不弯曲、不褶皱；碳纤维布搭接长度不少于100 mm。
5)必须保证施工完成后至潮水涨到构件时有充足的固化时间。
6)施工完成后，对构件进行硬度检测和空鼓检测，对施工缺陷及时进行维修。
7)对于碳纤维加固后的结构表面应依据建筑物的防火等级要求进行防火保护和装饰面层处理。本工程为在原有结构基础上进行碳纤维加固修复，其耐火等级为二级，面层采用25mm厚水泥砂浆抹面，并涂刷混凝土防腐涂料。
六、结语
目前，很多港口码头构件在维修加固工程中通常采用更换构件或外包加固构件法，此方法具有一定的局限性，例如更换构件往往需要拆除较多构件，费用较大,时间较长；外包构件改变构件形状大小，在特定区域还可能影响船舶靠泊等。碳纤维加固技术由于具有自身先天优越性，可以在保证码头正常作业的情况下，在短时间内高质量地完成加固修复施工，以达到码头结构加固修复的经济性，并保证其整体稳定性和耐久性。因此，研究碳纤维加固技术在港口工程上的应用，对今后中化集团仓储码头的加固维护具有一定的指导意义。
参考文献：
[1]上海交通大学、交通部三航局科研所.华东海港高桩码头钢筋腐蚀损坏情况调查与结构耐久性分析[R].1988.12.
[2] JTJ 267—98，港口工程混凝土结构设计规范[S]．中国交通出版社.1998.
[3]CECS 146：2003 碳纤维片材加固混凝土结构技术规程[S].中国计划出版社.2007.
[4] 陈凤山.海洋环境下钢筋混凝土结构CFRP加固研究[D]，大连：大连理工大学，2000.
[5]卢亦焱，欧添雁，赵国藩，外包角钢与CFRP复合加固中长柱承载力分析[J].大连理工大学学报，2006，（3）
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。