纤维强塑料（FRP）加固修复混凝土技术是20世纪80年代开始在国际上研究应用的一种混凝土结构外部补强加固的新技术1混凝土结构的加固修补工程之中，其中试验研究和应用*多的是用碳纤维布加固混凝土梁。一般用碳纤维布进行抗弯加固是把碳纤维布粘贴在受拉区，梁的抗剪加固则是把碳纤维布粘贴在梁侧形成U形箍或环形封闭箍。将碳纤维布粘贴在混凝土构件上进行加固时，加固效果的好坏与碳纤维布和混凝土之间的粘结性能的优劣是紧密联系的。试验研究证明|3~6：用碳纤维布进行加固时受弯构件的破坏形态与普通钢筋混凝土受弯构件的破坏形态有所不同，其中碳纤维布的剥离破坏形态是常见的一种，试验中经常可以观察到，发生剥离破坏的时候一般碳纤维布中的应力并未达到其抗拉强度，甚至还在较低的水平上。这种破坏很突然，属于脆性破坏，发生这种破坏导致碳纤维布的加固效果大幅度降低，如何控制剥离破坏的发生成为研究应用碳纤维布加固混凝土技术中的关键问题，现己引起越来越多的研究、开发、工程技术人员的重视。本文着重对这种破坏形态进行初步的分析。

　　1剥离破坏现象根据工程实践和研究成果，我们可以把碳纤维布加固混凝土受弯构件的剥离破坏现象主要归纳为两大类：一类是抗弯加固时纵向碳纤维布的剥离，如所示，以梁为例。其中常见的是在碳纤维布端部（斜裂缝）的剥离（a）也有在加载点附近区域开始（弯剪裂缝）向两侧逐渐发展的剥离（b）还有发生在纯弯段（较大的弯曲裂缝）的剥离（c）另一类是抗剪加固时横向碳纤维布的剥离，如所示。主要是在梁腹部斜裂缝产生后发生的碳纤维12布剥离，其沿梁高的剥离位置依照离开加载点的距离不同而变化，一般在加载点附近U形箍上部区域易剥离（a）在弯剪段中间区域一般剥离发生在U形箍中部区域（b）而在靠近支座处是U形箍下部区域易剥离（c）。另外还有一些则是上述两类的组合，例如抗弯加固的纵向碳纤维布的端部用U形箍锚固时，仍可能发生因为锚固不足导致的纵向或横向碳纤维布的剥离破坏。

　　值得注意的是，绝大多数的剥离破坏都发生在混凝土表层到钢筋保护层之间的范围内的混凝土上，极少发生在碳纤维布与混凝土的粘结界面上，也不会发生在碳纤维布与粘结层的界面上。就目前国内外所用的成熟的加固混凝土结构的碳纤维布和配套的环氧树脂类粘结剂的性能来看，产生这种现象的原因除了施工中的失误（当然这可以通过严格的施工质量管理加以消除）以外，还因为碳纤维布与粘结剂、粘结剂与混凝土的粘结界面强度高于一般普通混凝土的抗拉强度，剥离实际是与碳纤维布粘结处的混凝土局部因正应力、剪应力的综合作用（应力集中）达到混凝土的抗拉（剪）强度，混凝土被拉（剪）裂开后被碳纤维布粘结带下来。因此剥离破坏现象的本质可以用力学的基本理论加以解释。但是由于混凝土材料本身的性质在多向应力状态下具有不确定性，由钢筋、混凝土、碳纤维布、粘结剂等几种物理、力学性质有较大差异的材料组合成的复合材料的基本性质目前尚未见成熟的理论论述，对碳纤维布加固混凝土构件的剥离破坏进行机理分析还需进一步的分析研究。本文国内外的研究成果，首先对上述**类剥离破坏现象即纵向碳纤维布抗弯加固时的剥离破坏进行初步的力学分析，寻找其内在规律，为今后的研究工作做有益的探索。

　　2剥离破坏的力学分析碳纤维布用树脂胶粘贴在混凝土表面上与其共同工作的基本条件是各部分之间具有可靠的粘结，且在正常使用条件下变形协调。根据目前工程中使用的碳纤维布加固用配套材料的性能研究结果，碳纤维布与粘结胶层的界面一般具有优于碳纤维布与混凝土粘结界面和混凝土抗拉强度的粘结能力，以下分析中认为该界面不会发生先于碳纤维布与混凝土粘结界面的剥离和混凝土的剥落破坏，同时，也不考虑施工中的失误造成的局部分离，仅从受力角度进行分析。

　　21剥离区域的应力状态表示一个用碳纤维布进行抗弯加固的梁及其一般单元中混凝土和碳纤维布的水平应力状态。具体分析碳纤维布与混凝土粘结局部区域的应力有如下几种。

　　根据试验资料可以知道，当碳纤维布按施工规定可靠粘结在混凝土表面上时，碳纤维布与混凝土的锚固、粘结与钢筋在混凝土中的锚固、粘结十分相似，碳纤维布与混凝土间粘结应力是沿梁长度方向变化的，其值主要与荷载效应、粘结锚固面积、材料性质等因素有关。在混凝土未开裂之前，混凝土与碳纤维布共同受力，根据一段碳纤维布的受力平衡条件粘结应力T可以按下式计算：°d碳纤维布段一端应力；混凝土产生裂缝后粘结应力局部形态发生变化，裂缝处碳纤维布与混凝土粘结界面上某点突然产生微小的分离，该处混凝土开裂不再承担拉力（弯矩作用）而碳纤维布承担的拉力（弯矩作用）有一个突然的增长，随着沿该裂缝向两侧距离的增加，由于碳纤维布粘结着混凝土共同工作的结果，混凝土承担的荷载（弯矩）在粘结应力的作用下逐渐积累增加，而碳纤维布承担的荷载（弯矩）又逐渐降低到混凝土开裂前二者共同受力的水平，而粘结应力在一定长度范围内的积累即可以使混凝土承担的拉应力达到混凝土的抗拉强度，又产生新的裂缝，由于碳纤维布对混凝土的变形约束是纵横两向的，因此，碳纤维布加固构件中裂缝的宽度较普通混凝土梁中的裂缝宽度要小，裂缝间距也要小一些。其局部粘结应力分布一般大致如所不，在分析剥离破坏时我们主要考虑碳纤维布端部和裂缝处的局部粘结应力。当局部粘结应力的峰值（或平均粘结应力）超过碳纤维布与混凝土间的粘结强度或混凝土的抗（拉）剪强度时就会发生剥离。

　　2.1.2碳纤维布与混凝土之间的剥离应力混凝土产生裂缝后，裂缝两侧的混凝土由于各种原因的综合作用产生了不相等的相对竖向位移，而碳纤维布要保持其连续性必然在裂缝两侧承担垂直于碳纤维布平面的应力，这种应力在碳纤维布未与混凝土沿碳纤维布纵向剥离时是局部平衡的，如所示，但是，裂缝某一侧的这种应力的作用效果使得碳纤维布产生离开混凝土的趋势，即碳纤维布剥离的趋势。我们把产生剥离作用效果的应力称为碳纤维布与混凝土之间的剥离应力。已有研究成果表明，剥离应力的存在对碳纤维布的剥离有着极其重要的影响，其数值大小与许多因素有关，在分析剥离现象时主要考虑碳纤维布端部、集中加载处和主裂缝处的剥离应力。

　　2.1.3剪应力梁中弯剪区段都存在着荷载作用产生的剪应力，碳纤维布与混凝土粘结部位的这种剪应力是垂直于碳纤维布平面的，对碳纤维布来说其作用效应实际上是类似于剥离应力的正应力，也起到使碳纤维布产生离开混凝土而剥离的趋势的作用。其大小主要与外荷载大小、作用部位有关。同时应注意，上述的剪应力与剥离应力对碳纤维布的剥离来说是两种不同的应力，剪应力是外荷载产生的，而剥离应力是由于裂缝导致的相对错位引起的，但对剥离的产生起到了相同的作用。当裂缝处的剪应力与剥离应力迭加后超过碳纤维布与混凝土间的粘结强度或混凝土的实际抗拉强度时就会发生剥离。

　　剥离机理粘贴碳纤维布对构件受拉区域的混凝土有纵向和横向的约束作用，由于混凝土材料的非匀质性，当荷载达到一定水平时，首先在某薄弱截面处混凝土浅层产生一定的裂缝，使这种约束作用逐渐减弱，碳纤维布及其粘结的局部混凝土区域实际上处于上述的荷载作用（弯矩）产生的沿碳纤维布水平纵向的粘结应力（对碳纤维布是剪应力作用效果）、（剪力产生的）垂直于碳纤维布的竖向剪应力及裂缝开展造成的竖向局部剥离应力等多向（两向甚至三向）应力作用下的应力集中状态，随着荷载的增大，这种应力集中状态逐渐加剧，当某一个或几个应力的组合使混凝土中主应力达到或超过混凝土的抗拉（剪）强度时，碳纤维布从某一裂缝处（剥离起源点）开始（一般是粘带着构件表面浅层的部分混凝土）与混凝土分离，逐渐向一（或两）侧发展，依据加载速度的不同、各种材料性质的不同、施工质量的差别等，这种分离的发展速度有快有慢，*终发生剥离破坏。换句话说，即碳纤维布与混凝土之间的剥离破坏实际上是粘结区域中一系列点在上述各种应力的综合作用下，由于应力集中使（局部平均）主应力达到或超过混凝土的抗拉（或抗剪）强度后逐次分离形成的。由于碳纤维布与树脂胶之间、树脂胶与混凝土之间的粘结强度在保证粘贴质量的情况下都大于混凝土（或表面浅层混凝土）的抗拉强度，所以，绝大多数的剥离破坏都发生在构件混凝土保护层区域内。

　　3剥离破坏的影响因素及工程防治措施影响因素分析由上述分析可以知道，碳纤维布与混凝土之间的剥离破坏是一种具有不确定性、受许多因素影响的破坏现象，根据工程经验和目前研究成果9，我们可以归纳出几种主要影响因素如下：混凝土强度。混凝土强度是*主要的影响因素。试验结果表明m：混凝土与外粘复合材料板间的粘结强度在一定的混凝土强度范围内随混凝土强度加而加。混凝土强度越低，越易发生剥离，即使强度较高的混凝土，其表面浅层部分由于浇筑时的模板效应作用也不会达到测试的强度值，因而造成许多构件发生剥离破坏；对于既有的混凝土构件，由于老化、钢筋锈蚀等原因作用，表面浅层部分混凝土中己存在纵向和横向的细微裂缝，强度较低，更容易发生剥离。

　　锚固长度与锚固方式。锚固长度越短，局部粘结应力越大，越易于产生剥离破坏，锚固超过一定长度时，粘结应力基本不再加，因此碳纤维布粘贴混凝土也存在一个*小锚固长度值；另外，横向用U形箍锚固防止纵向碳纤维布剥离的效果较为明显。

　　加固材料的性质及加固量。树脂胶的刚性大，碳纤维布的柔性好，可以有效地降低剥离应力从而降低了剥离破坏的可能性110；加固量越大，碳纤维布的厚度、刚度较大，将导致剥离应力大，易于剥离。

　　施工质量。施工时碳纤维布的粘贴平整、质量好，可以保证碳纤维布在横向上受力均匀，减少局部分离造成的剥离破坏，粘贴时碳纤维布与混凝土之间、碳纤维布与碳纤维布之间的树脂胶饱满、均匀有利于防止剥离破坏的发生及发展。

　　受载历史。加固前构件的一次受力状态不同对剥离的发生和发展有不同的影响，试验研究证明16，其它条件相同时，构件一次受力但未开裂前或裂缝发展的开始阶段加固与未经一次受力而加固相比，发生剥离破坏的可能性相当；但随着裂缝发展的深入，在没有采取必要的防治措施时进行加固，则发生剥离破坏的可能性大。

　　3.2工程防治措施和建议碳纤维布的剥离主要受材料性质、荷载效应、加固方式与加固量、施工质量等因素影响。目前工程中所用的粘结树脂刚性比较大，碳纤维布的强度很高，柔性也比较好，但当碳纤维布的层数较多时，加固部分的厚度和刚度就比较大，容易发生剥离破坏。实际工程中混凝土的浅层真实强度变化很大，为工程处理带来不便。荷载的变化也要求加固方式的变化。因此在实际加固工程的设计和施工中必须充分考虑上述各种因素的综合作用，同时针对上述三种应力的作用方式采取合理可行的处理措施，现根据工程经验和研究成果提出一些可行的工程防治措施：附加锚固压条。研究成果|8~10表明，在梁中碳纤维布端部、集中荷载作用点处、弯矩和剪力都比较大处，或锚固长度不够时加附加压条⑴形箍）锚固是简单而有效的措施。因为U形箍在纵向加固碳纤维布的横向施加了压力，抵抗剥离应力和剪应力，降低了局部混凝土单元的主拉应力对纵向纤维布的作用，起到了阻止剥离的作用。对于二次受力构件，这种措施可以有效地抑制裂缝的进一步发展，减少剥离的起源点。同时，U形箍还可以提高梁的抗剪能力。在板中，垂直于纵向加固碳纤维布方向的压条可以分担荷载，提高抗剥离能力。

　　加锚固长度。粘结应力与锚固长度有关，锚固长度短则局部粘结应力就大，容易发生剥离。因此纵向抗弯加固碳纤维布的锚固长度在可能的情况下应尽量长一些，一般建议伸到构件的支座边缘。

　　严格控制施工质量。保证碳纤维布粘贴面平整，粘结剂饱满、均匀，使碳纤维布受到纵向拉应力后横向尽量不发生受力不均匀现象，这样有利于保证碳纤维布与混凝土的整体粘结效果，抑制剥离的发生和发展。

　　粘贴碳纤维布的层数不宜过多。在保证足够的加固量的前提下，尽量减少碳纤维布的层数可以降低加固材料的整体刚度，降低剥离应力。根据研究与应用经验，一般情况下，构件同一部位粘结碳纤维布的层数不宜超过3层，否则在大加固材料刚度的同时又加大了粘结材料浸渍入碳纤维布的难度，降低了碳纤维布间的粘结效果。

　　严格选材。粘结材料的性能优劣直接影响碳纤维布与混凝土之间粘结的效果和剥离的发展，不同种类的碳纤维布的施工性能不同。因此，工程中使用的碳纤维布和配套粘结材料必须通过可靠的检验和质量认证，这是保证加固成功的关键问题之一。

　　需要指出的是目前我国正在组织编写有关碳纤维布加固修复混凝土结构技术规程，严格遵守该规程进行选材和施工也是防止剥离破坏的一个重要方面。

　　构件表面处理应严格。对于用外部粘贴材料进行结构加固的技术，构件表面处理也是一个关键问题。如果表面处理达不到要求，就会导致粘结界面薄弱，粘结强度降低，造成加固失效。

　　4结束语碳纤维布从混凝土受弯构件上剥离而发生的破坏是一种特殊的破坏形态，由于它具有脆性破坏的性质，且没有充分发挥碳纤维布高强的优点，成为应用研究中的关键问题，同时这种破坏形态受多种因素的影响，加固后复合材料的性能尚不十分清楚，试验资（下转第19页）合。其原因一方面是两种纤维均为线弹性材料；另一方面由于包裹层数的不同，使两者的环向抗拉刚度基本相同。由该变形曲线可知，短柱存在强化段过程，大致呈线性且过程较长，也就是说，短柱经历了一个较大的塑性变形才发生破坏。因此用纤维包裹的短柱在压溃时尽管存在爆裂现象，但按〈〈建筑结构设计统一标准（GE68―84）关于破坏性质的定义，尚属延性破坏。

　　对于存在强化段工作的构件，在抗力设计指标的取值上应限制强化段的利用，以保证构件有足够的延性，在正常使用荷载作用下变形不致过大，在加固工程中，柱间过大的变形差会引起内力重分布而殃及非加固柱，或使支承其上的其它构件承受过大的间接作用。许多记载，当约束比〖较大时，短柱峰值应变可达到数万微应变，由此可见，限制强化段的利用势在必行。但解决这一问题，当前还存在一定困难，有待于进一步开展系统的研究。

　　3结论混凝土柱截面形状对纤维包裹加固效果的影响十分明显，实际工程中宜将矩形截面改抹成椭圆形截面，至少也应将直角砍成圆角。

　　由于玻璃纤维与碳纤维材料均属于线弹性材料，经其包裹后的混凝土短柱，只要约束比5和环向抗拉刚度一致，将具有相同的承载性能。

　　纤维包裹后的混凝土轴压短柱变形曲线存在线性强化段，短柱经历了一段很大的塑性变形才丧失*终承载力，属延性破坏；在抗力设计指标的取值上，应采取限制强化段利用的方法。