隨著國家對基礎設施建設投入的增加，碳纖維布用于這些領域的土工織物、汽車用紡織品、人造革和合成革基布、建筑用紡織品、醫(yī)療保健用品等眾多領域的需求也在不斷增長。其中，碳纖維增強復合材料一項就有廣闊的應用空間。
　　隨著時間的推移，新建的橋梁終究都會變?yōu)榕f橋。在橋梁存續(xù)期間內，由于車輛，特別是超重車輛行駛，以及外界各種因素作用和影響，導致橋梁結構產生病害、出現(xiàn)缺陷，嚴重影響到橋梁正常使用。為了保證交通暢通，就需要對橋梁進行維修、加固和改造。 123,123
　　混凝土橋梁加固方法主要有：
　　結構性加固，如采用體外預應力、在結構的受拉區(qū)粘貼鋼板或增設鋼結構支撐；
　　非結構性加固，如對裂縫進行封閉或壓漿處理；
　　“通過新型紡織機械的開發(fā)，來改造纖維增強復合材料產品的傳統(tǒng)加工工藝，提高纖維增強骨架制造的機械化、自動化水平，減低制造成本、提高產品質量，生產出更具競爭力的產品，擴大領域。”中國紡織機械器材工業(yè)協(xié)會副理事長祝憲民在接受記者采訪時表示。

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　　祝憲民還表示：“目前，碳纖維的生產在工藝角度上已有突破，我們下一步就要加大碳纖維的生產設備與特種織造設備的研發(fā)力度。此外,拓展新型纖維和纖維復合材料的應用領域也是今后產業(yè)用紡織品裝備行業(yè)發(fā)展與創(chuàng)新的重點。”
　　近幾年，國外采用碳纖維復合材料（CFRP）取代鋼板，使混凝土橋梁加固技術發(fā)生了根本的變化。“碳纖維”被人們稱為“結構加固的新星”。
　　工程材料的進步及新材料的出現(xiàn)歷來是土木結構工程發(fā)展的先驅和動力。廣州碳纖維布的出現(xiàn)和成功也用于土木工程的加固與補強上，使土木工程加同技術研究更上一個臺階。碳纖維是一種新型建制，因其質輕、耐腐蝕、片材很薄、抗拉強度高而被廣泛應用。碳纖維布(片)加固法亦被視為梁式橋加固補強、提高承載能力，尤其是當高度受限制時的首選加固方法，其施工工藝也很簡單。

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　　1.采用碳纖維加固技術具有如下幾個特點：1)強度高。碳纖維片材的抗拉強度一般都在3500MPa以上，遠高于鋼材；抗拉彈性模量為230000～430000MPa，亦高于鋼材。因此它的比強度（即材料的強度與其密度之比）可達到2000MPa/g/cm3以上，而Q235鋼的比強度僅為59MPa/g/cm3左右，比模量也比鋼材高。2) 施工簡便、快捷。使用碳纖維加固構件不需大型施工機構及周轉材料，易于操作，施工周期短，經濟性好。3) 抗酸堿鹽類介質的腐蝕，應用面廣。加固后能大大提高結構的耐腐蝕性及耐久性，可以應用于各種工作環(huán)境的構件加固。4) 可以有效的封閉混凝土結構的裂縫，延長結構的使用壽命。 5) 易于保持結構原狀，基本不增加結構自重及截面尺寸。

本文來自123

　　2、碳纖維布加固機理
　　2.1碳纖維的補強、加固原理
　　粘貼碳纖維結構加固技術是指采用高性能粘結將碳纖維布粘貼在建筑結構構件表面，使兩者共同工作，提高結構構件的（抗彎、抗剪）承載能力。
　　碳纖維布用于建筑結構加固的碳纖維材料具有優(yōu)良的力學性能，其抗拉強度約為普通鋼材的10倍；但是，碳纖維材料織成碳纖維布后，其中的各碳纖維絲很難完全共同工作，在承受較低的荷載時，一部分應力水平較高的碳纖維絲首先達到其抗拉強度并退出工作狀態(tài)，以此類推，各碳纖維絲逐漸斷裂，直至整體破壞。而使用粘結劑后，各碳纖維絲能很好地共同工作，大大提高碳纖維布的抗拉強度，故碳纖維加固首先必須使碳纖維布中的碳纖維絲能共同工作，因此粘結劑對碳纖維布的加固起著關鍵的作用，它既要確保各碳纖維絲共同工作，同時又確保碳纖維布與結構共同工作，從而達到補強、加固的目的。 123456
　　值得注意的是，使用碳纖維進行加固時，具體粘貼層數(shù)要通過計算確定，考慮到各層的共同工作系數(shù)，抗疲勞的能力和避免脆性破壞，一般不宜超過5層。另外，從受力性能角度而言，單層優(yōu)于多層，窄幅優(yōu)于寬幅；必要時縱向可以搭接，搭接長度不能少于100mm，而且要保證碳纖維端部有可靠的錨固，除計算要求外，還應有必要的構造措施。
　　2.2碳纖維布在混凝土結構加固中的機理分析
　　廣州碳纖維布加固技術應用廣泛，適用于各種結構類型、各種結構部位的加固修補，如梁、板、柱、屋架、橋墩、橋梁、筒體、殼體等結構，要求基層混凝土的強度等級不低于C15即可，這里著重介紹碳纖維布加固鋼筋混凝土抗彎、抗剪、抗震構件的機理作用。 123,123
　　2.2.1碳纖維加固鋼筋混凝土抗彎構件
　　鋼筋混凝土受彎構件的抗彎加固，是通過將碳纖維布粘貼于構件受拉區(qū)，代替或補充鋼筋的受拉性能，從而提高構件的抗彎承載力。粘貼碳纖維后，在構件受拉區(qū)混凝土開裂前，碳纖維的應變很??；在混凝土開裂后，碳纖維布逐漸參與共同工作，應變增長加快；而在鋼筋屈服后，碳纖維布充分發(fā)揮作用，應變增長迅速加快，其高強高效的性能得以充分體現(xiàn)。
　　2.2.2碳纖維加固鋼筋混凝土抗剪構件

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　　鋼筋混凝土的抗剪加固，是將碳纖維粘貼于構件的受剪區(qū)，這里碳纖維的作用類似于箍筋。在構件屈服前，碳纖維的應變發(fā)展緩慢，所達到的最大應變值也較小；在構件屈服后，箍筋的作用逐漸被碳纖維代替，碳纖維的應變發(fā)展加快，應變值要高于箍筋的應變值，而箍筋所起的約束作用減小，其應變發(fā)展緩慢。
　　2.2.3碳纖維加固鋼筋混凝土抗震柱。
　　應用碳纖維對混凝土柱進行抗震加固，是通過用碳纖維布橫向包裹鋼筋混凝土柱來提高其延性而實現(xiàn)的。碳纖維的主要作用是對其內部混凝土起到了約束作用，這種約束是一種被動約束，隨著混凝土柱軸向壓力的增大，橫向膨脹促使外包碳纖維布產生環(huán)向伸長，從而提高側向約束力。約束機制取決于兩個因素：混凝土的橫向膨脹性能和外包碳纖維布的環(huán)向約束能力。碳纖維布約束混凝土表現(xiàn)出兩階段受力過程：第一階段，混凝土處于類似素混凝土的線彈性階段，橫向變形小，故碳纖維橫向變形也很小，分界點在素混凝土峰值應力附近；第二階段，構件達到極限承載力后，混凝土橫向膨脹變形急劇增加，碳纖維環(huán)向應變顯著增長，環(huán)向約束力增加，混凝土極限壓應變得以提高，因而推遲了受壓區(qū)混凝土的壓碎，充分發(fā)揮了縱向鋼筋的塑性變形性能，顯著改善了構件的延性。 內容來自123456
　　3、碳纖維材料與要求
　　3.1碳纖維復合材料
　　碳纖維復合材料通常由纖維和基體組成。加固混凝土結構用的纖維材料目前主要有三種：玻璃纖維(GFRP)、碳纖維(CFRP)和芳綸纖維(AFPR)。纖維復合材料的力學特點是其應力應變量完全線彈性，不存在屈服點或塑性區(qū)。由于碳纖維材料具有高強、輕質、耐腐蝕、耐疲勞等優(yōu)異物理力學性能，以及現(xiàn)場施工便捷，所以是舊橋加吲補強的理想材料。 123456
　　普通碳纖維是以聚丙烯腈(PAN)或中間相瀝青(MPP)纖維為原料經高溫碳化制成，碳化程度決定著諸如彈性模量、密度與導電性等性能。碳纖維長絲直徑通常在5μm至8μm之間，并臺成含3000到18000根的長絲束。為改善碳纖維與基體的親和性，纖維本身要經表面處理，形成能與基本反應的活性基團。
　　加固混凝土構件所用的碳纖維布，是由碳纖維長絲經編織而制成的柔軟片材。
　　碳纖維布在編織時，將大量的碳纖維長絲沿一個書方向均勻平鋪，用極少的非主方向碳纖維絲將主方向碳纖維絲編織連接在一起，形成很薄的以主纖維方向受力的碳纖維布。 123,123
　　加固混凝土構件時，按構件的不同受力特點用粘結材料將碳纖維布有序地纏繞粘貼于構件表面，實現(xiàn)對構件變形的約束并因此提高構件的極限強度和承載能力。
　　廣州碳纖維布的抗拉強度一般為3550MPa，彈性模量為235×105MPa。根據(jù)碳纖維布的品質不同．其厚度在0.11~0.43mm，幅寬在20~100cm，卷材長度為50~100m。
　　3.2粘結材料

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　　粘結材料的性能是保證碳纖維布與混凝土共同工作的關鍵，也是兩者之間傳力途徑中的薄弱環(huán)節(jié)。因此，粘結材料應有足夠的剛度與強度保證碳纖維與混凝土間剪力的傳遞，同時應有足夠的韌性，不會因混凝土開裂導致脆性粘結破壞。此外，由于舊橋加固均在野外，所以粘結材料還應能在一般氣候條件下固化，且固化時間合適(一般保證有3小時左右)，對組分含量不敏感，具有適宜的流動性和粘度，固化收縮率小。
　　粘結材料是將連續(xù)纖維狀的碳纖維結合在一起，同時又與混凝土表面粘合的系列粘接材料。它主要包括三類材料：底層涂料、整平材料和浸漬樹脂。 本文來自123
　　1、底層涂料(底涂膠)
　　在處理好的混凝上表面上，涂一層很薄的底層膠，既可以浸入混凝土表面，強化混凝土表面強度，又可以改進膠接性能，從而使混凝土與碳纖維布之問的粘接性得以提高。因此要求底涂膠必須具有很低的粘度，以及與混凝土良好的粘結性能，以便于涂刷在混凝土表面后，膠粘劑能滲入混凝上結構中。為保證性能，應盡量避免使用溶劑型膠。
　　2、整平材料(找平膠)

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　　碳纖維布只有與所加固補強的混凝土表面緊密接觸，才能產生良好的補強效果。但混凝土表面的銳利突起物、錯位和轉角部位等都可能使碳纖維布產生損傷，并引起強度降低?；炷帘砻嫘〉哪０邋e位及混凝土氣孔很難通過基底處理一道工序徹底清理。因此，在涂敷的底層涂料指觸下燥后，必須用找平膠進行找平，同時將矩形斷面直角打磨后補成圓弧狀。
　　找平膠應具有優(yōu)良的力學性能，以及良好的施工性能與觸變性能。在施工過程中，找平膠應易于操作，且不隨時間的延長出現(xiàn)明顯的變形，防止膠的滴掛。一般的普通環(huán)氧樹脂的粘接強度和強韌性都達不到找平膠的要求，不應調配使用。 內容來自123456
　　3、浸漬樹脂(粘貼主膠)
　　浸漬樹脂在粘結材料中起著至關重要的作用，它連接底膠與碳纖維布。它的粘度應控制在一定范圍，有利于浸漬樹脂順利地將碳纖維布粘附于混凝土表面，經過碾壓，使浸漬樹脂很容易浸透碳纖維布，形成一個復合性整體，共同抵抗外力作用。
　　浸漬樹脂不僅應具有良好的滲透性以利于浸透碳纖維布，同時還應具有一定的初粘力，防止粘貼的碳纖維布塌落而形成空洞或空隙。并且本身具有良好的觸變性，易于施工且不會發(fā)生明顯的滴淌現(xiàn)象。另外，膠粘劑與碳纖維的相容性和粘接力必須極好，才能滿足碳纖維布和混凝土形成預定的復合材料。 copyright 123456
　　4、防護材料(罩面膠)
　　罩面膠主要是為了施工表面的美觀和保護碳纖維布。只要求材料能涂敷在碳纖維布表面，并不脫層，不掉落，能長期在冷熱下濕的空氣中穩(wěn)定，防止復合材料被紫外線直接照射。它的選擇范圍較大，丙烯酸體系、聚氨脂體系、不飽和聚脂體系、有機硅、有機氟體系等都適合。
　　5、膠與膠的相容性 copyright 123456
　　碳纖維布加固補強施工過程中，膠是一層一層疊加上去復合而成的，與混凝土直接接觸的只有底涂膠，找平膠與底涂膠、碳纖維和粘貼主膠粘接，而粘貼主膠與底膠、找平膠、碳纖維布和罩面膠相連。因此不同膠粘劑之間的相容性、粘接性問題應予以充分考慮。一般來講，同一類型的膠粘劑粘接性較好，不同類型的膠粘劑粘接相容性就需做預先的實驗加以論證。
　　4、碳纖維布加固補強受力分析與設計計算
　　4.1 加固受力特點分析 123456
　　(1) 與傳統(tǒng)的其它加固方法相比，采用碳纖維布加固舊橋能最小程度的改變原有結構的應力分布，保證在設計荷載范圍內與原結構共同受力：
　　(2) 將抗拉性能優(yōu)良的碳纖維布用粘結材料粘貼到梁體底面或箱梁內壁上，使其與原結構一起參與受力，即碳纖維布可以與原結構內布置的鋼筋一道共同承受拉力，以提高舊橋的承載能力；
　　(3) 沿橋梁的主拉應力方向(或與裂縫正交方向)粘貼碳纖維布，兩端分別設置錨固端，據(jù)此可約束混凝土表面裂縫、防止裂縫再擴展，從而達到提高構件抗彎剛度、減少構件撓度、改善梁體受力狀態(tài)的目的；

本文來自123

　　(4) 目前可用于舊橋結構加固用的碳纖維有單向碳纖維和、單向碳纖維交織布、雙向碳纖維交織布及單向碳纖維層壓材料等，可根據(jù)不同的結構部位和受力特性與方向等，選擇相應的碳纖維布進行加固：
　　(5) 碳纖維布加固混凝土構件，在提高其受彎承載力的同時還可能影響受彎構件的破壞形態(tài)。當碳纖維布用量過多時，構件的破壞形態(tài)將由碳纖維被拉斷引起的破壞轉變?yōu)榛炷帘煌蝗畸z碎破壞。與此同時，由于碳纖維為完全彈性的材料，它與鋼筋的共同工作會減弱鋼筋塑性性能對構件延性的影響。碳纖維布用量過多，構件延性將有所降低。因此，碳纖維布用于鋼筋混凝土梁式橋的加固補強時，應根據(jù)實際情況合理使用； 本文來自123
　　(6) 于碳纖維布加固后在最后破壞時的突然性(拉斷或剝離等脆性破壞)，其承載力極限狀態(tài)不能按普通鋼筋混凝土的定義，一般應按碳纖維抗拉強度的2/進行抗彎承載力計算；
　　(7) 經研究證實，碳纖維布能夠提高混凝土梁抗剪承載力，其作用機理與箍筋類似，同時還能明顯改善構件的變形性能，增強構件的變形能力；
　　(8) 纖維布與混凝土基層界面，可分為四個界面區(qū)，即混凝土基層與粘結樹脂界面區(qū)、粘結樹脂與碳纖維布界面區(qū)。粘結性能的本質是接觸面問的相互作用，宏觀上表現(xiàn)為液態(tài)聚臺物澄潤發(fā)面后形成的機械鎖結，微觀上表現(xiàn)為分予擴散后相互纏結作用、或化學鍵作用、或靜電吸引作用．或其復合作用。

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　　4.2 碳纖維布加固設計計算要點
　　(1) 采用碳纖維布加固舊橋，目前一般的計算方法是將碳纖維布按照一定的標準(例如強度或允許應力)近似換算成一定用量的鋼筋，然后按照傳統(tǒng)的鋼筋混凝土受力分析模型進行理論分析。雖然是近似計算方法，但理論分析結果與實驗數(shù)據(jù)吻合得很好，因此在一般情況下是適用的。
　　(2) 碳纖維布回固用量，可按式(6-1-1)估算 123456
　　Acf=As(Ry/Rcf)                   (6-1-1)
　　式中：Acf——碳纖維布用量（面積）；
　　As——為抵抗不足彎矩所需的鋼筋面積；
　　Ry——鋼筋的抗拉設計強度； copyright 123456
　　Rcf——碳纖維布抗拉設計強度。
　　(3) 除按上式估算的碳纖維布加固用量(面積)外，還必須考慮必要的錨固長度和搭接長度所需面積，以及必要的邊、角廢料等裁剪損耗等。
　　4.3 碳纖維布加固舊橋特點
　　1、不增加恒載及斷面尺寸 本文來自123
　　碳纖維布的自重僅為200~300g/㎡，設計厚度為0.111~0.167mm，加上環(huán)氧樹脂系列的粘結材料的自重也很輕，對整個結構重量及橋下凈空的影響微乎甚微，可忽略不計。同時，碳纖維布可以多層粘貼。根據(jù)補強的要求，碳纖維布可以在一個部位重疊粘貼，充分滿足補強的要求。這一優(yōu)點更是傳統(tǒng)補強方式所難以比擬的。
　　2、可適應不同構件形狀，成型很方便
　　斜、彎、坡及異型結構的補強，采用傳統(tǒng)的方法，施工難度極大，采用碳纖維補強法，因碳纖維布的隨型性極強的特點，可以隨結構外形變化任意施已從而降低施工難度，減少施工成本，縮短施工工期，產生巨大的社會及經濟效益。

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　　3、施工簡便
　　特別是當箱梁內部的作業(yè)空間受到限制時，碳纖維布加固方法是可選擇的一種方法。該法工藝簡便，無需大型設備、模板、夾具及支撐，操作起來簡單易行，因而施工時所需工作面小，在作業(yè)空間受限制時，該優(yōu)點是其它加固方法無法比擬的。
　　4、采用碳纖維布加固補強，對原結構不產生新的損傷
　　碳纖維布加固補強系采用環(huán)氧樹脂系列的粘結材料進行粘貼，不需要設置錨固螺栓及開鑿混凝土等，因而不會對已經損傷的結構產生新的破壞，更可避免鉆孔時與結構內原有鋼筋和預應力索發(fā)生沖突而引起新的問題。 內容來自123456
　　5、能有效地封閉混凝土的裂縫
　　碳纖維布(片)粘貼在混凝土的表面，不僅封閉了混凝上的裂縫，其高強高模量的特性還約束了混凝土結構裂縫的生成與擴展，改變了裂縫的形態(tài)，使寬而深的裂縫變成分散的細微裂縫，從而提高了混凝土構件的整體剛度。
　　6、碳纖維布(片)具有優(yōu)良的耐化學腐蝕性
　　碳纖維布(片)是一種復合材料，幾乎無腐蝕性和磁性以及具有較好的耐熱性，不僅能經得起水泥堿性的侵蝕，而且當應用于經常受鹽害侵蝕等腐蝕性環(huán)境時，其壽命也較長。因而碳纖維布加固法，在不利環(huán)境下較其它方法更顯出其優(yōu)異性。

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　　7、不影響結構的外觀
　　碳纖維布(片)的厚度很薄，粘貼尉化后其表面還可以涂刷一層與原有結構外觀顏色一致的涂料，而不影響結構的外觀。
　　5、碳纖維布加固舊橋施工工藝與要求

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　　5.1施工工藝
　　1、施工前的準備作業(yè)
　　2、基而處理
　　(1) 混凝土表面的劣化層(如浮漿、風化層等)要用砂輪機進行清除和打磨；
　　(2) 基面的錯位與凸出部分要磨平，轉角部位要進行倒角處理： 內容來自123456
　　(3) 裂縫部分要注入環(huán)氧樹脂漿進行修補。
　　3、基面的清洗
　　(1) 先用鋼絲刷將表面松散浮渣刷去，然后用壓縮空氣除去粉塵；
　　(2) 用丙酮或無水酒精擦試表面，也可用清水沖洗，但必須保證其充分干燥后才能進行下一道工序的施工。 copyright 123456
　　4、涂刷底膠
　　(1) 按比例準確配制好底膠并攪拌均勻，注意一次調和量在可使用時間內用完，超過時間的絕對不能使用，以確保粘接質量；
　　(2) 用滾筒或刷子均勻地涂抹在基面上，注意直橫均勻涂抹，自然風干。如在冬季施工，膠的粘度較高，不能涂得太厚；
　　(3) 底膠硬化后，在表面有凸起部分時，要剮磨光機或砂紙打光； 本文來自123
　　(4) 待底膠指觸干燥后，進入下道工序。
　　5、粘貼面的修補
　　(1) 若發(fā)現(xiàn)粘貼面上有凹入部位，應用找甲膠進行修補，保證粘貼面的平整，以確保加固效果。
　　(2) 待找平膠指觸干燥后進入下一道工序。

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　　6、粘貼碳纖維布
　　(1) 在待粘貼面上劃出各層位置：
　　(2) 依設計尺寸裁剪碳纖維布，應根據(jù)現(xiàn)場施丁經驗和作業(yè)空間確定下料長度，若需要進行接長時，接頭的長度應根據(jù)實際情況而定，一般不得小于15cm；
　　(3) 下料數(shù)量應以當天能用完為準；

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　　(4) 粘貼碳纖維布時，應依設計位置由上而下，由左至右有秩序地粘貼，并以滾筒壓擠貼片，使碳纖維布與浸漬樹脂充分結合，同時以壓板去除氣泡；
　　(5) 即時觀察貼片是否粘貼密實，若發(fā)現(xiàn)有間隙或氣泡，應及時處理。
　　7、罩面防護處理
　　(1) 粘貼完碳纖維布后，即時在其表面再直橫均勻涂抹一層浸漬樹脂，自然風干； copyright 123456
　　(2) 確保貼片表面已充分風干結合后，在其喪麗涂抹罩面膠或采取其它措施處理，以保證各層膠的耐久性。
　　5.2 粘貼施工要求
　　1、對被加固陶件的整面要求
　　因為用碳纖維布加固混凝土構件是依賴于碳纖維布與構件表兩的粘貼效率，所以要求基面的混凝上強度等級不低于C15。同時要求破加固構件應具有鬼好的保護層，即基面平整且具有一定強度。對于構件有剝落、起皮、腐蝕、裂縫及嚴重碳化等表面缺損，必須先進行修復，并應將粘貼基面打磨平整、清理干凈，且不應存在尖銳楞角和浮灰粉塵，防止碳纖維布的局部剝斷破壞和粘貼失效。

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　　2、碳纖維布的粘貼
　　用碳纖維布加固混凝土構件宜采用薄布多層的粘結方法，使其與粘結材料充分浸潤，確保粘結效率。
　　對于受彎構件宜在受拉區(qū)沿軸向平直粘貼碳纖維布進行加固補強，并在主纖維方向的斷面端部進行附加錨固處理。
　　3、碳纖維布的搭接與截斷

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　　加固用的碳纖維布一般不宜采取沿主纖維方向的搭接，尤其是對受拉構件和受彎構件受拉區(qū)的加固。根據(jù)國內外對碳纖維布與混凝土問粘結錨固的試驗結果，粘結應力主要集中于端部100mm范圍內，粘結破壞是脆性的，且粘結應力一般不會產生擴展。因此，若碳纖維
　　布確需搭接時，其搭接部位應避開構件應力最大區(qū)段，搭接長度不應小于100mn，且搭援端部應平整無翹曲。多層搭接的各層接口位置不應在同一截面，每層接口位置的凈距宜大于200mm。
　　4、施工時其它應注意的事項 123456
　　(1) 現(xiàn)場氣溫低于5℃及雨天或可能結露時，應停止施工；
　　(2) 在施工現(xiàn)場，應做好防火等安全措施；
　　(3) 各種膠粘附在皮膚上時，要用肥皂水沖洗，特別是進入眼內，要立即用水沖洗，或接受醫(yī)生診治。
　　5、加固所用的碳纖維布及其配套粘結材料均應有廠家所提供的材料檢驗證明和合格證。