根据桥梁定期检测并结合现场实际情况调查，京秦路近年来为提高桥梁整体强度，针对桥梁板底病害，对沿线37座桥梁采用碳纤维技术进行承载力和混凝土强度加固处理。碳纤维由于其具有高强度、重量轻、耐久性及优良的施工性等特点，在桥墩、楼板、梁柱等补强加固工程中得到了广泛的应用。
1 碳纤维布的材料性能
在混凝土加固中采用的碳纤维布是将高强度碳纤维通过树脂按单一方向粘结成布的材料。由于碳和树脂的特性，使碳纤维布具有重量轻、强度高、弹性好、抗腐蚀、耐老化、物理性能稳定等诸多优点，其抗拉强度比同截面钢材高7～10倍。施工时用环氧树脂将碳纤维布粘贴到混凝土表面，可以与钢筋混凝土形成一体共同参与工作，而碳纤维自身的重量可以忽略不计。
1.1碳纤维布的物理机械性能
碳纤维布的物理机械性能见表1
表1 碳纤维布的物理机械性能
注：设计厚度是按照碳纤维断面积推算出来的厚度，施工时使用的片材含有预浸树脂、玻璃纤维网及衬纸等物，其实际厚度与设计厚度不同。
经过碳纤维补强的抗弯性能试验表明，高强度碳纤维片可以提高钢筋的屈服荷载，因此可以减低钢筋的应力，采用高模量的碳纤维进一步提高了屈服强度，可以减少粘结碳纤维布的层数，并且可以减少挠度的增加。
使用碳纤维可以有效地增加钢筋的承载能力，具体数值见表2
表2 碳纤维增强钢筋的承载性能
1.2碳纤维布的耐久性能
经过加速暴露试验证明，碳纤维布按10000h加速试验相当于自然条件老化，碳纤维的抗拉强度基本没有降低，并且经过2000h的加速老化试验，粘结碳纤维的剥离粘结强度也没有降低。
混凝土补强试件从-20℃～50℃，3h内10次循环浸渍，其抗弯强度不发生变化。
2 粘结碳纤维用树脂性能
树脂是将碳纤维布粘结在混凝土表面的关键材料，而且碳纤维之间也是通过树脂的粘结来达到整体作用的，因此树脂的性能直接关系到加固的效果。目前，普遍使用的粘结树脂一般是环氧类树脂。环氧类树脂的主要性能见表3。
表3 粘结碳纤维布用的环氧类树脂的主要性能指标
注：固化时间与施工时温度有关。
3 碳纤维在桥梁加固中的应用范围
碳纤维材料在桥梁加固中主要应用于抗弯拉补强、抗剪补强、中心受压补强、偏心受压补强、抗震性能补强、涵洞、隧道及衬砌修补、封闭及防护等功能。
3.1抗弯拉补强
在受拉区(即跨中的下部及连续板梁、悬臂板梁支座的上部)，沿受力钢筋方向粘贴碳纤维布。根据受力需要进行设计，确定粘贴层数。若应用高模量碳纤维布，补强效果更加显著。由于碳纤维布的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，随荷载逐渐增加至两者变形协调时，两者共同受力并按一定比例分配。通常在补强前或因原有钢筋锈蚀造成截面面积不足，或因超载原因造成原有钢筋应力过大，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。
3.2抗剪补强
通常是在梁靠近端部主拉应力较大的区域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。必要时可交叉粘贴单向碳纤维布。
3.3中心受压补强
用碳纤维把在构件中部横向环包，增强对混凝土的约束，提高抗压强度。
3.4 偏心受压补强
在构件受弯拉的侧面沿柱轴纵向粘贴，可有效补强。
3.5 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。既提高构件的横向抗力，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。
3.6 涵洞、隧道及衬砌修补
由于环向压力不均匀造成横断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匀造成的纵向错位，都可以采取混凝土局部填补、置换和碳纤维布补强联合应用的办法。
3.7 封闭及防护功能
粘贴碳纤维布可将结构裂缝封闭，较宽较深的裂缝还可以在贴布前用环氧树脂灌缝进行封闭，从而控制裂缝的进一步扩展，阻止水分渗入引起钢筋锈蚀，还能增强抗腐蚀性能。
4 碳纤维材料在工程中的具体应用及工艺流程
本工程由于梁底烧伤受损，经检测单位检测结果表明，板底混凝土强度与承载能力有较大的降低，为保证行车安全和桥梁使用的耐久性，对该桥进行了抗弯拉、抗剪强度及混凝土强度补强。
4.1 工艺流程
4.1.1 混凝土构件的表面处理
⑴将混凝土表面的疏松、脆裂及损伤部位的混凝土凿除，清除达到表面坚实，露出混凝土新茬。如果钢筋锈蚀，则凿除完毕后，对钢筋进行除锈处理。
⑵在混凝土表面凿毛，并将原混凝土表面的风化劣化层、浮浆、油污等清除干净，用高压水或压缩空气吹净，保持要粘贴碳纤维部位干燥、坚固、密实。
⑶在凿除损伤范围内的空心板板底混凝土后，对混凝土表面宽度小于0.2mm的裂缝，用环氧树脂涂抹封闭;宽度大于0.2mm的裂缝，需用环氧树脂灌缝。
4.1.2 涂刷底层界面剂
⑴在处理好的混凝土表面涂刷环氧树脂基液，使基液树脂充分地将原混凝土表面润湿，增加良好的粘结力。
⑵涂刷环氧基液后，须间隔30～60min，使基液中的气泡清除后，再涂抹环氧砂浆。
4.1.3 构件表面修补
⑴采用涂抹环氧砂浆的方法修补钢筋保护层。环氧胶液和环氧砂浆的配合比分别见表4和表5。
表4 环氧胶液配合比(%)
表5 环氧砂浆配合比及材料用量
⑵环氧砂浆的涂层厚度以0.5cm为宜，如厚度超过0.5cm时，应分层涂抹，每层厚度可控制在0.3～0.5cm，每次涂抹均需用力压紧。
⑶环氧砂浆的养护与水泥浆不同，最重要的是控制温度，夏季工作面向阳的，应搭凉棚避免阳光直接照射;冬季温度太低，应加温保暖。一般养护温度在20℃±5℃，养护温差不宜超过5℃。通常养护时间夏季一般在2d即可，冬季则须在7d以上。
4.1.4 粘贴碳纤维布
⑴在处理好的混凝土表面先涂一层环氧树脂。
⑵使用幅宽50cm的碳纤维布，沿损伤孔空心板板底纵向通长粘贴，空心板两侧边缘碳纤维布需分别沿板侧向上包25cm。碳纤维布之间不搭接，但要求两幅之间紧密无缝隙。
⑶为满足受力要求，在纵向碳纤维布外面沿底横向粘贴间隔为2m、幅宽为30cm的碳纤维布，两端分别沿板侧面向上包55cm。
⑷在粘贴好碳纤维布的表面再涂刷一层粘结树脂。
4.1.5 养护
粘贴工作完成后，通常在自然条件下养护一至两周，具体养护时间视温度条件而定。
4.1.6 涂装
补强完成后，在碳纤维布的外表面可根据需要涂刷各种性能的不同颜色的涂装，即水泥砂浆或各种涂料，以增强补强的效果。
4.2 施工时注意事项
⑴环氧树脂基液可用毛刷人工涂抹，涂刷时应力求薄而均匀，为使涂刷均匀，可在基液中加入少量丙酮(3%～5%)，钢筋和凹凸难于涂刷的部位，须特别注意反复多刷几次，涂刷基液厚度，应不超过1mm。
⑵已涂刷基液的表面，应注意保护，防止杂物和灰尘落入其上。
⑶粘贴碳纤维布应在5℃以上环境温度条件下进行，并且应符合粘结树脂的施工使用环境。当环境温度低于5℃时，应使用适用于低温的配套树脂或采取升温的处理措施。
⑷被粘贴环氧砂浆和混凝土表面应打磨平整，除去表面浮浆、油污等杂质，直至完全露出结构新面。倒角处要充分打磨成圆弧状，圆弧半径不应小于20mm。
⑸碳纤维布的施工应由熟悉施工工艺的专业施工队伍完成，并应精心组织、精心施工。施工时，为使碳纤维布与环氧树脂紧密结合，在施工及养生的前2～3d内要充分考虑汽车荷载引起的振动对粘贴强度的影响，加强断交管理。
⑹环氧树脂每次的配置数量，应根据施工能力来确定，一般不宜超过1～2kg，并要求尽可能做到随用随配，一般在室温条件下，保存适当的环氧材料，可以使用2h左右。
⑺已拌制好的环氧材料，必须分散堆放，切勿成桶或堆置，以免提前固化。
⑻环氧材料大多容易挥发，因此施工现场必须通风，避免有害气体对人体的不良影响，同时要严格注意防火和劳动保护，操作人员必须戴口罩和橡皮手套。
⑼施工过程中，不容许将用过的器具以及残液等随便抛弃或投入河中，以防水质污染和发生中毒事故。
5 结束语
随着我国高等级公路的迅速发展，高速公路桥梁通车里程也在不断增长。桥梁由于各种原因造成承载力降低、混凝土强度降低或需要提高抗震能力和修补桥梁裂缝，都可以应用碳纤维布补强技术。
碳纤维布粘贴技术是一种采用新材料高强高效的桥梁加固补强技术。在国外得到了广泛的认可和应用，并已形成技术规范和相应的质量控制标准。随着我国高速公路建设逐步纳入养护管理阶段，为适应由于外力因素造成的桥梁损坏或满足交通量增长的需要，碳纤维布以其自身优良的特性必将在桥梁加固的市场中得到广泛的推广和应用。