摘要：加强钢筋混凝土柱碳纤维加固施工的研究是十分必要的。本文作者结合多年来的工作经验，对钢筋混凝土柱碳纤维加固施工进行了研究探讨，具有重要的参考意义。
　　关键词：混凝土柱 碳纤维 加固
　　钢筋混凝土结构材料是当前人类在营建生活、生产家园过程中使用最为普遍的建筑材料之一。钢筋混凝土结构中的钢筋发生腐蚀的机理主要可以归结为两个方面：内部因素和外部因素。内部因素是与混凝土的结构和液相成分有关，在低碱混凝土（石膏混凝土、石膏火山灰质水泥及其他）、含氯化物外加剂及多孔混凝土中，钢筋是很难被钝化或钝化膜仅仅处于亚稳定状态。内部的诱因可能会在较早的时间促使钢筋腐蚀。外部因素是指受混凝土周围介质的影响，会逐步发生变化而失去保护钢筋的能力，这些外部诱因一般会是物理的、化学的或者物理化学的过程。钢筋混凝土结构中钢筋锈蚀的问题，是材料发生失效破坏最为主要的影响因素。
　　近年来因碳纤维生产工艺的改进，其生产成本在不断的降低。纤维及纤维复合材料也越来越多地被用于建筑工程方面。一般而言，纤维及纤维复合材料在混凝土和钢筋混凝土等建筑结构材料中的应用方式主要有两种：一种是将短切纤维或长纤维在混凝土拌制时按照一定掺入量和方式加入，得到混凝土与纤维的复合型材料，也叫纤维混凝土；另一种是以纤维和高分子树脂的复合材料用于混凝土的加固补强。在各类纤维当中，碳纤维因其优异性能备受关注。
　　1、钢筋混凝土柱CFRP加固机理分析 1.1、碳纤维CFRP材料 碳纤维CFRP一般是直径为5μm～20μm的连续纤维，基材由树脂和固化剂组成，用树脂（内加固化剂）浸润碳纤维，待树脂固化后便形成了碳纤维增强塑料（简称CFRP）。其特性：密度小，为普通钢材的1/6；强度高，抗拉强度约为普通钢筋的4～6倍；抗腐蚀性能好，强度不受酸碱腐蚀介质的影响；非磁性，不影响电磁信号的传播；抗疲劳性能优良，疲劳寿命普遍高于钢材；温变系数和混凝土相当；弹性模量和钢材相近；极限延伸率1%。 1.2、钢筋混凝土柱CFRP加固原理 钢筋混凝土柱在承受轴向压力时，构件是由于受到极限值非常小的横向扩张引起的，如能在构件四周创造横向约束，以阻止受压构件的这种横向扩张，从而提高构件抗压承载力和变形能力。 碳纤维CFRP加固钢筋混凝土柱就是在柱混凝土和CFRP增强带之间产生约束作用，（它们之间的相互作用力称为界面约束应力）受横向界面约束应力的作用，塑性区的核心混凝土处于三向应力状态，与单向受力状态相比，混凝土的极限压应变和承载力会提高，在柱弯曲承载力没有明显下降的情况下，并不考虑失稳的影响，加固后钢筋混凝土柱具有较大的延性变形与耗能能力。 1.3、钢筋混凝土柱在CFRP包裹作用下的应力分布情况 1.3.1、由于CFRP对钢筋混凝土柱的横向约束后使CFRP形成轴向拉伸应力，而CFRP的抗弯能力极弱，矩形柱在CFRP包裹约束下其最终极限轴向抗压强度相对圆柱而言大大降低，主要由于侧向约束应力不均匀。矩形柱边中央侧向约束弱，拐角处侧向应力集中约束较大，柱边只有在发生侧向塑性变形时CFRP对钢筋混凝土柱的横向约束应力才能极速增长。 1.3.2、由于CFRP对钢筋混凝土柱的约束为界面约束，只有当混凝土向外横向扩张时（产生塑性变形）CFRP方能对混凝土产生约束应力，因此柱环向外包CFRP在承受荷载时表现出两阶段的受力过程：第一阶段，混凝土轴向压应力较小，横向变形较小，CFRP受力较小；第二阶段，随着荷载的增加，柱混凝土变形增大，CFRP环向应力显著增长，环向约束力迅速增加，直到当CFRP达到其极限拉伸应变时发生断裂。CFRP对混凝土产生约束应力、应变值的提高幅度，与使用CFRP材料的规格、粘贴形式、粘贴层数有关，应通过试验确定。
　　2、碳纤维CFRP加固钢筋混凝土柱的技术及施工要点
　　2.1、适用范围及工况要求 CFRP加固钢筋混凝土柱适用于圆柱或小截面矩形柱（截面边长一般小于800mm），在未失稳状态下能大幅提高钢筋混凝土柱的轴压承载能力。加固的前提条件是构件的核心混凝土未被破坏，尚具有一定的承载和变形能力。在江苏省镇江市某教学楼加固工程的实例中，四层砖混结构，建于上世纪90年代初期，根据国家有关要求，校舍必须符合乙类建筑设计标准，并按镇江市八度抗震设防要求进行结构抗震验算。加固后的校舍必须符合《建筑抗震鉴定标准》、《建筑抗震加固技术规程》和《混凝土结构加固设计规范》、《建筑抗震设计规范》、《建筑工程抗震设防分类标准》等工程建设标准的要求。2.2、CFRP外包钢筋混凝土加固技术 2.2.1、前期准备 钢筋混凝土柱在加固前，需要对构件采取一定量的卸载工作，减少外包CFRP对于混凝土柱表面的应变滞后。构件表面清理，清除表层松动的混凝土，打磨至坚硬层，粘贴面找平处理并清除粘贴面上的油污、浮浆、粉尘。矩形柱还须倒角处理以缓解角部的集中应力，倒角半径不小于20mm。 2.2.2、混凝土表面粘贴CFRP 根据混凝土补强要求和试验情况，可采用单层或多层CFRP箍带间隔加固或全截面外包加固的方法。 CFRP粘贴胶均为特殊设计的环氧树脂，构件加固质量的优劣与粘贴胶有直接影响，因此选择优质的粘贴胶和对粘贴胶施工前的检测至关重要。 2.3、加固施工要点： 2.3.1、钢筋混凝土柱加固前的卸荷，混凝土构件在负荷外包CFRP时，外包CFRP相对于混凝土柱表面存在应变滞后，常发生CFRP尚未被拉断混凝土已被压坏的情况，这种效应使得CFRP的补强效果降低，不能充分发挥CFRP的高强抗拉性能。 2.3.2、混凝土构件表面的修复工作极为重要，其直接影响CFRP对混凝土横向约束效果。矩形柱拐角倒角的半径不得小于20mm，柱侧最好修成外凸面，减轻角部CFRP的集中应力。 2.3.3、必须选择优质的CFRP纤维布和粘贴胶，施工中应进行严格的过程质量控制，并保证纤维布和粘贴胶的配套。 碳纤维加固具有轻质、高强、抗腐蚀、耐老化、耐久性好、物理性能稳定等诸多优点。用碳纤维加固材料修复补强混凝土结构，能达到增强构件承载能力及刚度的目的，对于提高混凝土结构的安全性具有显著作用。该大楼工程采用碳纤维进行补强加固的工程实例，说明采用碳纤维加固的设计方法是合理、可靠的。
　　3、结论
　　1）碳纤维CFRP加固钢筋混凝土柱，能使混凝土承受轴向受力状态变为三向受力状态，约束混凝土的承载力和变形能力得到提高，特别对轴压比不能满足抗震设计规范要求的钢筋混凝土柱加固效果比较明显。
　　2）提高塑性铰区的承载力及延性，钢筋混凝土柱在地震荷载的重复作用下，上下端会首先出现塑性铰区，承载能力及延性迅速下降，用CFRP进行缠绕加固后，塑性铰区核心混凝土受到约束极限强度及变形能力大幅提高。
　　3）施工工艺简单、技术要求不高、质量易于保证、约束效果好、抗腐蚀能力强，在后期的使用过程中不需做定期维护，因此综合经济效益好。
　　4）耐高温性能差，对于高温环境及有防火要求的建筑物，必须按照要求选择防火材料并进行防护处理；不规则或大截面矩形柱应有条件使用。
　　参考文献：
　　[1] 李俊杰.碳纤维布加固圆钢管轴心受力有限元分析及试验研究[D].兰州理工大学2011
　　[2] 刘丽娜.预应力碳纤维布加固混凝土预裂梁试验研究[D].河北工程大学2007
　　[3] 杨辉.纤维加固混凝土柱的有限元分析[D].大连理工大学2009