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1、本科生毕业论文（设计） 浅谈混凝土结构加固技术学生姓名 专业 土木工程 指导教师 职称 副教授 摘 要我国是一个发展中国家，在过去的50多年间,我国的土木工程建设一直没有停止过,并且发展很快,愈来愈多的建筑物和构筑物已进入或即将进入老龄化阶段,修复加固在建筑业中的比重逐年增加,己有建筑物常常因设计或施工的缺陷以及长期使用过程中的老化、破坏,甚至自然灾害,造成混凝土结构承载力不足、开裂以及抗震性能不良等,影响建筑物的安全和使用功能,从而不得不考虑结构的修复加固问题。解决这些问题将大大提高混凝土结构的性能和寿命，拓宽混凝土结构的发展前景。文章将从混凝土结构的发展史、混凝土的基本概念、种类、特性、特
2、点以及应用范围和应用现状谈起，主要研究混凝土结构的加固技术；分析混凝土结构常用加固方法，主要包括预应力加固法、增大截面加固法、外包钢加固法、外部粘钢加固法、增设支点加固法、化学灌浆补强法、水泥压浆补强法、喷射混凝土补强法、粘贴纤维材料加固法、化学植筋加固法等；了解混凝土结构新型的加固方法，主要包括绕丝加固法、粘贴钢筋加固技术、聚合物浸渍混凝土加固技术、玻璃钢加固法等。重点讨论碳纤维加固技术的研究现状及在工程方面的应用。通过搜集的权威人士的研究成果，查阅现行的技术规范，加之平时的工作经验积累，对混凝土结构的加固方案和技术进行分析比较，总结出混凝土结构加固技术应遵循的原则、适用范围，展望混凝土结构
3、加固技术的发展趋势。 关键词：混凝土结构 加固技术 加固技术规范 碳纤维加固技术目 录前言1第一章 混凝土结构的发展史及研究意义21.1 混凝土结构的发展史21.2 混凝土结构的研究意义4第二章 混凝土结构的概念及特性52.1 混凝土结构的概念52.2 混凝土结构的特性6第三章 混凝土结构加固技术分析73.1 结构加固的原则及常用结构加固方法、特点73.1.1结构加固的原则73.1.2常用结构加固方法、特点83.2混凝土结构加固改造配套技术133.3新型加固方法14第四章 碳纤维加固混凝土技术及应用164.1碳纤维材料的发展与应用164.1.1 PNA基碳纤维184.1.2碳纤维增强塑料（CF
4、RP）194.2 碳纤维加固技术的研究现状及发展趋势204.3碳纤维材料与其他加固材料对比22结 语24参考文献25致 谢26前 言 当今社会在基础设施的管理和新建等各个方面都存在着一个可持续发展的问题。随着基础建设的不断发展,愈来愈多的建筑物和构筑物已进入或即将进入老龄化阶段,修复加固在建筑业中的比重逐年增加,人们预测,如果没有根本性的技术革新,不能充分重视这些问题,几十年以后社会将负担不了庞大基础设施的维修和管理费用。据权威机构调查,预计在今后的十年中我国的建筑业重点将逐步转向已有建筑的修复加固，此外在建筑工程中,钢筋混凝土结构的变更、追加、加固也成为很平常的问题, 本文将从混凝土结构的发
5、展史开始，研究剖析混凝土结构的基本性能，混凝土结构的受力特征、混凝土结构的加固方法以及对一些加固方法进行总结比较。 第一章 混凝土结构的发展史及研究意义1.1 混凝土结构的发展史混凝土结构是一种新兴结构，它的应用只不过一百多年的历史，也就是在19世纪中期开始得到应用的，由于当时水泥和混凝土的质量都很差，同时设计计算理论尚未建立，所以发展比较缓慢。直到19世纪末以后，随着生产的发展，以及试验工作的开展、计算理论的研究、材料及施工技术的改进，这一技术才得到了较快的发展。目前已成为现代工程建设中应用最广泛的建筑材料之一。 在工程应用方面，混凝土结构最初仅在最简单的结构物如拱、板等中使用。随着水泥和钢
6、材工业的发展。混凝土和钢材的质量不断改进、强度逐步提高。例如在美国20世纪60年代使用的混凝土抗压强度平均为28N/mm2，20世纪70年代提高到42 N/mm2 ，近年来一些特殊需要的结构混凝土抗压强度可达80100 N/mm2，而实验室做出的抗压强度最高已达266 N/mm2。前苏联20世纪70年代使用钢材平均屈服强度为380 MPa，20世纪80年代提高到420 N/mm2；美国在20世纪70年代钢材平均屈服强度已达420 N/mm2。预应力钢筋所用强度则更高。这些均为进一步扩大钢筋混凝土的应用范围创造了条件，特别是自20世纪70年代以来，很多国家巳把高强度钢筋和高强度混凝土用于大跨、重
7、型、高层结构中，在减轻自重、节约钢材上取得了良好的效果。 为改善钢筋混凝土自重大的缺点，世界各国已经大力研究发展了各种轻质混凝土(由胶结料、多孔粗骨科、多孔或密实的细骨科与水拌制而成)，其干容重一般不大于18kNm3，如陶粒混凝土、浮石混凝土、火山渣混凝土、膨胀矿渣混凝土等。轻质混凝土可在预制和现浇的建筑结构中采用，例如可制成预制大型壁板、屋面板、折板以及现浇的薄壳、大跨、高层结构。但在应用中应当考虑到它的一些特殊性能(弹性模量低、收缩、徐变大等)。目前国外轻质混凝土用于承重结构的强度等级为C30C60，其容重一般为1418kNm3。国内常用的强度等级为C20、C30，也可配制C40或更高的强
8、度，其容重一般为1218kNm3。由轻混凝土制成的结构自重较普通混凝土可减少2030，由于自重减轻，结构地震作用减小，因此在地震区采用轻质混凝土结构可有效地减小地震力，节约材料和造价。 二次世界大战后，国外建筑工业化的发展很快，已从采用一般的标准设计定向工业化建筑体系，趋向于做到一件多用或仅用较少几种类型的构件(如梁板合一构件、墙柱合一构件等)就能建造成各类房屋。实践充分显示出建筑工业化在加快建设速度、降低建筑造价、保证施工质量等方面的巨大优越性。在大力发展装配或钢筋混凝土结构体系的同时，有些国家还采用了工具式模板、机械化现浇与预制相结合，即装配整体式钢筋混凝土结构体系。 所有这些都显示了近代
9、钢筋混凝土结构设计和施工水平日新月异的，迅速发展。 在19世纪末20世纪初，我国也开始有了钢筋混凝土建筑物，如上海市的外滩、广州市的沙面等，但工程规模很小，建筑数量也很少。解放以后，我国在落后的国民经济基础上进行了大规模的社会主义建设。随着工程建设的发展及国家进一步的改革开放，混凝土结构在我国各项工程建设中得到迅速的发展和广泛的应用。 我国20世纪70年代起，在一般民用建设中巳较广泛地采用定型化、标准化的装配式钢筋混凝土构件，并随着建筑工业化的发展以及墙体改革的推行，发展了装配式大板居住建筑，在多高层建筑中还广泛采用大模剪力墙承重结构外加挂板或外砌砖墙结构体系。各地还研究了框架轻板体系，最轻的
10、每平方米仅为35kN。由于这种结构体系的自重大大减轻，不仅节约材料消耗，而且对于结构抗震具有显著的优越性。 改革开放后，混凝土高层建筑在我国也有了较大的发展。继20世纪70年代北京饭店、广州白云宾馆和一批高层住宅（如北京前三门大街、上海漕溪路住宅建筑群）的兴建以后，80年代，高层建筑的发展加快了步伐，结构体系更为多样化，层数增多，高度加大，已逐步在世界上占据领先地位；目前国内最高的混凝土结构建筑是广州的中天广场，80层322m高，为框架筒体结构；香港的中环广场达78层374m，三角形平面筒中筒结构，是世界上最高的混凝土建筑；广州国际大厦63层199m，是80年代世界上最高的部分预应力混凝土建筑
11、。随着高层建筑的发展，高层建筑结构分析方法和试验研究工作，在我国得到了极为迅速的发展，许多方面已达到或接近于国际先进水平。 在大跨度的公共建筑和工业建筑中，常采用钢筋混凝土桁架、门式刚架、拱、薄壳等结构形式。在工业建设中已经广泛地采用了装配式钢筋混凝土及预应力混凝土。为了节约用地；在工业建筑中多层工业厂房所占比重有逐渐增多的趋势，在多层工业厂房中除现浇框架结构体系以外，装配整体式多层框架结构体系已被普遍采用。并发展了整体预应力装配式板柱体系，由于其构件类型少，装配化程度高、整体性好、平面布置灵活，是一种有发展前途的结构体系。同时升板结构、滑模结构也有所发展。此外，如电视塔、水培、水池、冷却塔、
12、烟囱、贮罐、筒仓等特殊构筑物也普遍采用了钢筋混凝土和预应力混凝土。如9度抗震设防、高380m的北京中央电视塔、高405m的天津电视塔、高490m的上海东方明珠电视塔等。 钢筋混凝土和预应力混凝土桥梁也有很大的发展，如著名的武汉长江大桥引桥；福建乌龙江大桥，最大跨度达144m，全长548m。四川沪州大桥，采用了预应力混凝土T形结构，三个主跨为170m，主桥全长12556m，引道长达7000m，是目前我国最长的公路大桥。为改善城市交通拥挤，城市道路立交桥正在在迅速发展。 随着混凝土结构在工程建设中的大量使用，我国在混凝土结构方面的科学研究工作已取得较大的发展。在混凝土结构基本理论与设计方法、可靠度
13、与荷载分析、单层与多层厂房结构、大板与升板结构、高层、大跨、特种结构、工业化建筑体系、结构抗震及现代化测试技术等方面的研究工作都取得了很多新的成果，基本理论和设计工作的水平有了很大提高，已达到或接近国际水平。 经过近十几年我国工程建设的快速发展以及进入WTO的需要，自1997年起，我国对工程建设标准进行了全面修订，并于今年先后颁布了建筑结构可靠度设计统一标准（GB500682001）及混凝土结构设计规范（GB500102002）等。新标准的颁布，将推动新材料、新工艺、新结构的应用，使混凝土结构不断地发展，不停地演进，达到新的水平。1.2 混凝土结构的研究意义 由于混凝土结构和其他材料的结构相比
14、具有：整体性好，可灌筑成为一个整体；可模性好，可灌筑成各种形状和尺寸的结构；耐久性和耐火性好;工程造价和维护费用低等优点，注定混凝土的研究对于工程建设有着极其重要的意义。混凝土结构是工业和民用建筑、桥梁、隧道、矿井以及水利、海港等工程中广泛使用的结构形式。然而，由于地理环境、自然灾害以及人为因素的影响，混凝土工的耐久性受到影响。我国水泥生产产量占世界总产量的13以上，混凝土工程量在世界上名列前茅，而我国区域辽阔，地跨温热二带，北方为寒冷地区，海岸线长达l8万多公里，又处地震多发区域，因此我国混凝土结构面临更严酷条件，加之一些工程质量不尽理想，而混凝土结构的耐久性能一般低于发达国家，致使加固问题
15、更为突出。解决这些问题将大大提高混凝土结构的性能，拓宽混凝土结构的发展前景。第二章 混凝土结构的概念及特性2.1 混凝土结构的概念以混凝土为主要材料制成的结构统称为混凝土结构。包括（1）素混凝土结构（2）钢筋混凝土结构（3）预应力混凝土结构（4）纤维混凝土结构（5）型钢混凝土结构。（1）素混凝土 素混凝土是针对钢筋混凝土、预应力混凝土等而言的。素混凝土是钢筋混凝土的重要组成部分，由水泥、砂、石子、矿物掺合料、外加剂等，按一定比例混合后加一定比例的水半只而成。这种材料具有较高的抗压强度，而抗拉强度却很低，故一般以受压为主的结构构件中采用。如基础墙、柱墩等（2）钢筋混凝土 当在混凝土中配以适量的钢
16、筋，则为钢筋混凝土。钢筋和混凝土这两种物理、力学性能很不同的材料靠两者之间的粘结力有效地结合在一起，受荷载作用后协调变形，可形成强度高、刚度大、整体性和延性好的结构。此外，钢筋至混凝土边缘之间的混凝土，作为钢筋的保护层，使钢筋不受锈蚀并提高构件的耐久性和防火性能。（3）预应力钢筋混凝土 预应力钢筋混凝土是在混凝土结构构件受力前，利用张拉配在混凝土中的高强度预应力钢筋而使混凝土受到挤压，所产生的预压应力可以抵消外荷载所引起的大部分或全部拉应力，也提高了结构的抗裂度，所以它比相应的普通钢筋混凝土的截面刚度要大，变形要小；另一方面预应力使构件或结构产生的变形与外荷载产生的变形方向相反（习惯称为“反拱
17、”），因而可抵销后者一部分变形，使之容易满足结构对变形的要求，故预应力混凝土适宜于建造大跨度结构。 (4)纤维混凝土结构 钢纤维混凝土是由水泥、水、粗细骨料、钢纤维及必要时掺入化学外加剂或掺加剂，按一定比例配制而成。拌合料各组成材料的正确选择，对钢纤维混凝土的物理力学性能和施工有重要的影响。钢纤维的表面硬度较高，在与混凝土搅拌时，一般不易发生弯折现象。单纯的高强混凝土的脆性大,延性差,而钢纤维混凝土不仅提高了混凝土结构的强度而且可以有效阻止混凝土内部裂缝。（5）型钢混凝土结构 型钢混凝土结构是在混凝土中配置型钢。所配型钢的形式有角钢、工字钢、宽翼缘工字钢、双工钢、双槽钢、十字型钢、箱形方钢管等
18、。由于截面中配置了型钢，使构件承载能力、刚度大大提高，因而大大减少了构件的断面尺寸，明显增加了房间的使用面积、房间净高。型钢混凝土结构不仅强度、刚度明显增加，而且延性也有很大提高，从而抗震性能得到很大提高，尤其适用于抗震要求高的建筑。2.2 混凝土结构的特性 混凝土在结构中主要承受压力，因此抗压强度是混凝土的重要的力学指标。钢筋混凝土结构是由配置受力的普通钢筋、钢筋网或钢筋骨架的混凝土制成的结构。钢筋混凝土结构的特点是充分利用混凝土和钢筋的材料性能，使两者共同发挥作用，在实际工程应用最普遍。预应力混凝土结构是由配置受力的预应力钢筋通过张拉或其它方法建立预加应力的混凝土制成的结构，由于其有效提高
19、混凝土构件的抗裂性能和构件的刚度因，此在实际工程得到了广泛应用。素混凝土结构是由无筋或不配置受力钢筋的混凝土制成的结构。 钢筋混凝土梁的破坏特征是受拉钢筋应力先达到其屈服强度，受压区混凝土最后被压坏；承载能力和变形能力均较高，属延性破坏。钢筋混凝土梁的极限承载力和变形能力大大超过同样条件的素混凝土梁。钢筋与混凝土两种材料共同工作的基础（或条件）为：（1）钢筋与混凝土之间存在粘结力，使两者能协调变形，共同工作；（2）钢筋与混凝土两种材料的温度线膨胀系数很接近。钢材料为 1.210-5，混凝土为（1.01.5）10-5。使两者间的粘结力免遭破坏。 （3）混凝土对钢筋起保护和固定作用， 提高了混凝土
20、结构的耐久性和耐火性等。钢筋混凝土结构的优点很多，除了能合理地利用钢筋和混凝土两种材料的特性外还有如下优点：（1）可模性好：新拌和的混凝土是可塑的，可根据需要设计制成各种形状和尺寸的结构或构件。（2）整体性好：现浇钢筋混凝土结构的整体性较好，设计合理时具有良好的抗震、抗爆和抗振动的性能。（3）耐久性好：钢筋混凝土结构具有很好的耐久性。正常使用条件下不需要经常性的保养和维修。（4）耐火性好：钢筋混凝土结构与钢结构相比具有较好的耐火性。（5）易于就地取材：钢筋混凝土结构所用比重较大的砂、石材料易于就地取材，且可有效利用矿渣、粉煤灰等工业废渣有利于保护环境。但是，钢筋混凝土结构也存在一些缺点，主要是
21、： （1）自重大：钢筋混凝土结构的截面尺寸较相应的钢结构大，所以自重大，不利于大跨度结构、高层建筑结构及抗震；（2）由于自重大，使材料运输量增大，给施工吊装带来困难。（3）抗裂性能较差：钢筋混凝土结构在正常使用时往往是带裂缝工作的；对一些不允许出现裂缝或者对裂缝宽度有严格限制的结构，要满足这些要求就需要提高工程造价。（4）隔热、隔声性能较差；（5）施工比较复杂：施工受环境、气候条件的限制，雨季、冬季施工以及高温干燥情况下施工，均需要采取特别措施以保证工程质量，建造耗工较多，进行补强修复也比较困难；上述钢筋混凝土结构的缺点限制了其应用范围。但是，随着钢筋混凝土结构的材料和施工技术的不断发展，这些
22、缺点已经或正在逐步得到克服。例如，采用轻质高强混凝土以减轻结构自重；采用预应力混凝土以提高结构的抗裂性；采用预制装配结构或工业化的现浇施工方法等加快施工速度，采用高性能混凝土提高混凝土的力学性能和耐久性等第三章 混凝土结构加固技术分析3.1 结构加固的原则及常用结构加固方法、特点3.1.1结构加固的原则结构加固是通过一些有效的技术措施,使受损结构构件恢复其原有的结构功能,或者在原有结构的基础上,提高其结构的功能,以满足新的使用条件下结构功能的要求。建筑物维修加固的主要目的是:提高结构、构件的强度、刚度、稳定性和耐久性,恢复结构的使用功能和安全性,减少事故隐患,延长结构使用寿命。建筑结构的加固与
23、改造应遵循先鉴定后加固的原则,加固方案应合理可靠、经济适用、方便施工,尽量减少对原有建筑的损坏。（1）尽可能使加固措施发挥综合效应，提高加固效率。（2）尽可能保留和利用结构构件，发挥原结构的潜力，避免不必要的拆除和更换。（3）尽可能减少对建筑物使用功能的影响。（4）避免或尽可能减少设计方案的负面效应，充分考虑加固措施对结构体系、未加固构件、地基可能造成的不利影响。（5）应采取可靠措施保证新旧材料的共同工作，尽可能通过合理安排新旧构件的拆装顺序，通过临时卸载、临时支顶或采取预应力加固的方法的呢过，减少应力滞后现象，充分发挥新曾部分的作用。3.1.2常用结构加固方法、特点（1）预应力加固法 预应力
24、加固法是一种采用外加预应力钢拉杆(分水平拉杆和组合式拉杆)或型钢撑杆对结构进行加固的方法。通过施加预应力强迫钢拉杆或型钢撑杆受力,影响并改变原结构应力分布,并降低结构原有应力水平,致使一般加固方法中普遍存在的应力应变滞后现象的影响能较好的消除。因此,后加部分与原结构能较好地共同工作,结构的总体承载能力可显著提高。预应力加固法具有加固、卸载和改变结构应力分布的三重效果,适用于大跨度结构加固,以及采用其他方法无法加固或加固效果很不理想的较高应力应变状态下的大型结构加固。预应力加固法的主要优点如下:1)体外配筋张拉预应力可以起到增加主筋、提高正截面及斜截面的强度,同时也提高了刚度,有效地改善了使用性
25、能且效果好。2)预应力能消除或减缓后加杆件的应力滞后现象,使后加杆件有效地工作。3)预应力产生的负弯矩可以抵消部分荷载弯矩,减小原构件的挠度,缩小原构件的裂缝宽度甚至使原裂缝完全闭合。因此,预应力加固法是一种加固效果好而且费用低的加固方法,具有广阔的应用前景。该法的缺点是增加了施加预应力的工序和设备。（2）增大截面加固法对钢筋混凝土结构而言,增大截面法是通过采用同种材料(钢筋混凝土)来增大原混凝土结构截面面积,从而达到提高结构承载能力的目的。当梁、柱构件抗力不够时,常采用增大截面法,其优点如下:1)施工技术成熟,便于施工; 2）加固效果明显，造价较低；3）无需再做耐火和耐久措施；2)质量好,可
26、靠性强;3)提高抗力及构件刚度的幅度大,尤其对柱增加稳定性较大。增大截面、增加刚度, 同时也增加了结构自重。所以首先要考虑分析整体结构,不能仅为局部加大而加大,这样会引起整体结构的局部薄弱层发生重大事故。此外,加大截面法还有一些其它不利因素,使用时要予以考虑。1)因构件质量和刚度变化较大,结构固有频率会发生变化,因此,应避免使结构加固后的固有频率进入地震或风震的共振区域,造成新形式的破坏;2)现场湿作业工作量大,养护时间较长,对生产和生活有一定的影响;3)构件的截面增大后对结构的外观以及房屋或桥梁净空也有一定的影响。增大截面加固法主要使用于梁、板、柱、墙等一般结构增大截面法加固后结构新、旧两部
27、分整体工作的关键，主要在于界面能否有效的传递和承担界面的应力（主要是剪力和拉力）。而界面粘结强度低、离散性大，界面所具有的粘结抗剪和抗拉力有时远不能满足受剪和受拉承载力的要求，因此需在梁柱表面设置一定数量的销钉，保证界面粘结效果。（3）外包钢加固法外包钢加固法是一种以角钢外包于构件四角,角钢之间用缀板连接的加固方法。外包钢加固法分干式和湿式两种情况。1)湿式外包钢法是在型钢与原构件之间用乳胶水泥或环氧树脂等粘结,使新旧材料之间有较好的协同工作能力,其整体性好,但湿作业工作量大;2)干式外包钢法是型钢与原构件之间无任何粘结,有时虽填以水泥砂浆,但并不能确保结合面剪力和拉力的有效传递,型钢与原构件
28、不能整体工作,彼此只能单独受力。与湿式外包钢相比,干式外包钢施工更为简便,但承载力提高不如湿式外包钢有效。该法能在基本上不改变原结构构件截面尺寸的情况下,大幅度提高构件承载力,增大延性和刚度,适用于混凝土柱、梁、屋架和砖窗间墙以及烟囱等结构构件和构筑物的加固。外包钢加固法特别适用于使用上不允许增大截面尺寸,而又需要大幅度地提高承载力的轴心和偏心受压构件的加固。该法施工速度快,现场工作量较小,加固效果好,但用钢量大,加固费用较高。（4）外部粘钢加固法外部粘钢加固法是将钢板通过粘结剂,按加固设计要求,粘贴于混凝土或钢结构表面,使之共同工作。这种加固法的优点是取材容易,施工方便、快捷,能在几乎不改变
29、构件的外观和使用空间的条件下,大大提高结构构件的承载力和正常使用阶段的性能。采用外部粘钢加固时,通常是将钢板粘于梁底受拉区,以提高梁的承载力,当在梁侧贴钢板时还可以提高梁斜截面承载力。目前,外部粘钢加固法主要用于承受静力作用的一般受弯构件及受拉构件的补强加固,要求环境温度不宜超过60,相对湿度不宜大于70%,并要求无化学腐蚀。当工作条件不满足上述要求时,应当采取相应的处理措施。粘贴钢板对施工工艺要求较高,一般需要专业施工队伍才能保证施工质量。此加固方法施工快速便捷，现场作业量小，占用使用空间小，但加固费用较高，施工工艺要求也较高，对节点处理困难。粘结剂对加固效果起着关键性作用，而粘结剂目前存在
30、长期持荷强度较低、耐老化性能差、弹性模量低（与混凝土相比）及不耐火等缺点。此外，加固后均还需额外增加防火和耐久性能措施，后期维护费用也相对较大。（5）增设支点加固法增设支点加固法是通过增设支承点来减小结构计算跨度,达到减小结构内力和提高其承载能力的加固方法。该法简单可靠,但对于使用空间有一定影响,适用于梁、板、桁架、网架等水平结构的加固。按照增设的支承结构的变形性能,增设支点法可分为刚性支点和弹性支点两种情况。刚性支点法通过支承结构的轴心受压或轴心受拉将荷载直接传给基础或柱子等构件,由于支承结构的轴向变形远远小于被加固结构的挠曲变形,对被加固结构而言,支承结构可简化按不动支点考虑,结构受力较为
31、明确,内力计算大为简化;弹性支点法通过支承结构的受弯或桁架作用间接地传递荷载的一种加固方法,由于支承结构的变形和被加固结构的变形属同一数量级,支承结构只能按弹性支点考虑,内力分析较为复杂。相对而言,刚性支点加固对结构承载能力提高幅度较大,弹性支点加固对结构使用空间的影响程度较低。（6）化学灌浆补强法化学灌浆补强就是将一定化学材料配制成浆液,用压送设备将其灌入混凝土结构裂缝内,使其扩散、胶凝或固化,达到补强的目的。化学灌浆材料主要有两种:一种是以环氧树脂为主剂配制成的环氧树脂灌浆材料,它具有化学稳定性好、可以室温固化、收缩小、强度高、粘结力强等一系列优点,而且因为环氧树脂灌浆材料的粘结力和内聚力
32、均大于混凝土的内聚力,能有效地修补混凝土的裂缝,恢复结构的整体性,目前是一种较好的补强固结化学灌浆材料,一般用于修补宽度为0.2mm0.5mm的裂缝;另一种是以甲基丙烯酸甲酯为主剂配制的甲基丙烯酸酯类灌浆材料,它具有可灌性好的特点,能灌入0.05mm宽的细微裂缝中,一般用来修补缝宽在0.2mm以下的裂缝。化学灌浆补强法主要用来修补因出现裂缝而影响使用功能的结构,如水池、水塔、水坝等,也可用来修补混凝土梁、板、柱等构件及因钢筋锈蚀而导致结构耐久性降低的构件。（7）水泥压浆补强法水泥压浆补强法是一种用压力设备将水泥浆液压入结构构件的蜂窝、孔洞或裂缝中,充填并固结这些缺陷,以达到补强加固的目的。水泥
33、灌浆具有强度高、材料来源广、价格低,运输、储存方便及灌浆工艺比较简单等优点,至今仍是应用最广泛的灌浆材料。该法的缺点是需要专门的设备,主要用于因地震、温度、沉降等原因引起的砖墙裂缝的修补。（8）喷射混凝土补强法喷射混凝土补强法是一种用混凝土喷射机将混凝土拌合料和水(干喷机)或混凝土湿料(湿喷机)以高速喷射到混凝土结构上,并快速凝固成型的加固方法。喷射混凝土不需要振捣,它借助水泥与骨料之间的连续冲击实现密实化,也不需要支模或只需部分支模,施工方便、速度快、工期短、喷射凝固层与原结构粘结_力强,所以在大范围加固工程中具有独特优势,其缺点是需要专门的设备,对混凝土的配合比设计要求较高。这种方法常用于
34、:病弱混凝土的局部或全部更换;在梁、板等构件的下面增补混凝土;填补混凝土和砖石结构中的孔洞、缝隙及混凝土墙的麻面。（9）粘贴纤维材料加固法纤维复合材料作为一种新型的混凝土结构补强加固材料在我国逐渐兴起,纤维增强复合材料是利用树脂类胶结材料将纤维布粘贴于混凝土表面,从而达到对结构构件补强加固及改善结构受力性能的目的。结构加固中常用的FRP(纤维增强复合材料)有:CFRP(碳纤维增强塑料)、GFRP(玻璃纤维增强塑料)和AFRP(芳纶纤维增强复合材料),与传统混凝土结构加固技术相比具有明显的优越性。1)高强高效。在加固修补混凝土结构中可以充分利用其高强度的特点来提高混凝土结构的承载力和延性,改善其
35、受力性能,达到高效加固修补的目的,对于柱的抗震加固尤其具有重要意义。2)施工便捷。施工工效高,没有湿作业,不需要大型施工机具,无需现场固定设施,施工占用场地少。3)具有极佳的耐腐蚀性能及耐久性能。4)施工质量易保证。5)FRP材料质量轻且薄,粘贴后每平方米重量不到1.0kg(包括树脂重量),一层粘贴后厚度仅1.0mm左右,加固修补后,基本不增加原结构自重及原构件尺寸。6)适用面广。（10）化学植筋加固法 植筋加固法是运用高强度的化学粘合剂,使钢筋、螺杆等与混凝土产生握裹力,从而达到预期效果。施工后产生高负荷承载力,不易产生移位、拔出,并且密实性能良好,无需做任何防水处理。由于其通过化学粘合固定
36、不但对基材不会产生膨胀破坏,而且对结构有补强作用,施工简便迅速安全并符合环保要求,是建筑工程中钢筋混凝土结构变更,加固的最有效的方法。它可以应用在各类建筑结构增建、变更等预留钢筋锚定中,还可以用于横梁、柱头、楼板、剪力墙等加固预留钢筋锚定中,也可用于各类钢结构、机械设备等的螺杆锚定中。它主要的技术特点就是:(1)具有高的承载力(剪力、拉力)。(2)对固定的基材不产生膨胀力,适宜边距、间距小的部位。(3)施工简便,时间短。（11）置换混凝土加固法 置换混凝土加固法，是一种传统的加固方法，常用于混凝土强度等级偏低的混凝土结构，特别对混凝土等级低于C10的混凝土结构进行加固时，采用其他的加固方法已经
37、很难实施，而该法能从根本上解决承重结构构件受压区混凝土强度偏低的问题。这一做法的优点与加大截面法比较接近，而且加固后不改变建筑物的使用空间，但存在施工湿作业时间长的缺点，。适用于受压区混凝土强度偏低或有严重缺陷的梁柱等混凝土承重构件的加固。3.2混凝土结构加固改造配套技术1、托换技术系托梁（或桁架，以下同）拆柱（或墙，以下同）、托梁接柱和托梁换柱等技术的概称；属于一种综合性技术，由相关结构加固、上部结构顶升与复位以及废弃构件拆除等技术组成；适用于已有建筑物的加固改造；与传统做法相比，具有施工时间短、费用低、对生活和生产影响小等优点，但对技术要求较高，需由熟练工人来完成，才能确保安全。2、植筋技
38、术系一项对混凝土结构较简捷、有效的连接与锚固技术；可植入普通钢筋，也可植入螺栓式锚筋；已广泛应用于已有建筑物的加固改造工程，如：施工中漏埋钢筋或钢筋偏离设计位置的补救，构件加大截面加固的补筋，上部结构扩跨、顶升对梁、柱的接长，房屋加层接柱和高层建筑增设剪力墙的植筋等。3、裂缝修补技术根据混凝土裂缝的起因、性状和大小，采用不同封护方法进行修补，使结构因开裂而降低的使用功能和耐久性得以恢复的一种专门技术；适用于已有建筑物中各类裂缝的处理，但对受力性裂缝，除修补外，尚应采用相应的加固措施。4、电化学防护技术电化学防腐是利用施加电场在介质中的电化学作用，改变混凝土或钢筋混凝土所处的环境状态，钝化钢筋，
39、以达到防腐的目的。阴极防护法、氯盐提取法、碱性复原法是化学防护法中常用而有效的三种方法。5、混凝土表面处理技术表面修补法是一种简单、常见的修补方法，它主要适用于稳定和对结构承载能力没有影响的表面裂缝以及深进裂缝的处理。通常的处理措施是在裂缝的表面涂抹水泥浆、环氧胶泥或在混凝土表面涂刷油漆、沥青等防腐材料，在防护的同时为了防止混凝土受各种作用的影响继续开裂，通常可以采用在裂缝的表面粘贴玻璃纤维布等措施。6、灌浆、嵌缝封堵技术灌浆法主要适用于对结构整体性有影响或有防渗要求的混凝土裂缝的修补，它是利用压力设备将胶结材料压入混凝土的裂缝中，胶结材料硬化后与混凝土形成一个整体，从而起到封堵加固的目的。常
40、用的胶结材料有水泥浆、环氧树脂、甲基丙烯酸酯、聚氨酯等化学材料。嵌缝法是裂缝封堵中最常用的一种方法，它通常是沿裂缝凿槽，在槽中嵌填塑性或刚性止水材料，以达到封闭裂缝的目的。常用的塑性材料有聚氯乙烯胶泥、塑料油膏、丁基橡胶等等；常用的刚性止水材料为聚合物水泥砂浆。7、仿生自愈合技术仿生自愈合法是一种新的裂缝处理方法，它模仿生物组织对受创伤部位自动分泌某种物质，而使创伤部位得到愈合的机能，在混凝土的传统组分中加入某些特殊组分如含粘结剂的液芯纤维或胶囊，在混凝土内部形成智能型仿生自愈合神经网络系统，当混凝土出现裂缝时分泌出部分液芯纤维可使裂缝重新愈合。8、其它技术如结构、构件移位技术、调整结构自振频
41、率技术等。3.3新型加固方法（1） 绕丝加固法绕丝加固法根据混凝土三向受压可以提高其单轴抗压强度的原理，对于受压柱，可以用4退火钢丝横向缠绕构件，以提高其强度。根据梁的受剪区斜向箍筋受力优于竖向箍筋的道理，可根据需要在梁外进行斜向绕筋或竖向绕筋，以提高其抗剪强度。绕丝加固法是通过缠绕退火钢丝（采用4冷拔钢丝，间距为540 mm）使被加固的受压混凝土构件受到约束从而提高其极限承载力和延性的一种加固技术，适用于提高钢筋混凝土柱的位移延性的加固。采用绕丝加固法时，原构件按现场检测到结果推定的混凝土强度等级不应低于C10，但也不得高于C50。采用绕丝法时，若柱的截面为长方形，其长边尺寸与短边尺寸之比，
42、应不大于1.5。试验证明，这一方法不仅对圆柱、方柱有效，对长方形柱亦有效。该法的优点是构件加固后增加自重较小，外形尺寸变化不大，对 所处环境空间要求不高，缺点是对矩形截面混凝土构件承载力提高不显著，故在某种意义上限制了该法的应用。为了提高效果可在长方形四个面的中点纵向设置25圆钢，并将四角凿去少许。同济大学加固研究所肖建庄的试验表明，用绕线加固的梁，如果不用钢楔楔紧，混凝土难以与绕丝共同工作，直到加载后期钢丝方才发挥作用，但仍表现出良好的延性。在受压时，钢丝主要超约束作用。试验表明加固效果与绕丝直径和密度有直接关系。（2） 粘贴钢筋加固技术粘贴钢筋加固技术是指将钢筋粘贴在构件原有配筋表面或粘贴
43、在混凝土内部的一种加固方法。当钢筋保护层脱落，胀裂或遭腐蚀破坏时，可将加固钢筋直接粘贴在原有配筋表面；当保护层混凝土比较完好或原配筋位置不易测准时，可在混凝土表面切缝（12.5 cm深）或凿槽，将钢筋粘贴在缝内或槽内，以达到加固目的。粘筋加固主要也是通过结构粘接剂传递应力。粘筋加固具有以下特点：（1）完成加固工作后加固筋处于原构件内部，因此该技术是一项内加固技术；（2）基本不加大原构件的截面外形足寸和自重；（3）加固筋贴紧或邻近原有配筋，与原有配筋协同工作性好；（4）尽可能少损伤原混凝土构件。由于粘筋加固的上述特点，主要适用于：（1）原构件混凝土遭受碳化或腐蚀，钢筋严重锈蚀；（2）因荷载改变而
44、造成原配筋不能适应受力要求；（3）施工原因造成的配筋位置不当。例如：1992年，苏州变电站混凝土架构及其高层走道板的部分构件顺筋方向胀裂，凿除保护层后，在原配筋上粘贴中4钢筋加固成功；1993年，常州化工厂氯气车间液化槽支架也采用粘贴中8钢筋进行如固。（3）聚合物浸渍混凝土加固技术聚合物浸渍混凝土是指以普通混凝土为基材，以有机单位为浸渍液渗入混凝土内部并且聚合而成的一种有机无机复合材料。聚合物浸渍混凝土与混凝土基材的性能试验对比结果表明：聚合物浸渍混凝土对混凝土基材的性能改善是显著的，强度可提高数倍，抗渗性及耐化学腐蚀性也有大幅度提高。由于有机单体渗入混凝土内部，并且聚合后基本填满了混凝土原有
45、的空隙，极大地改善混凝土的微观力学结构。因此，浸渍混凝土能够显著地提高原混凝土基材的力学强度。聚合物浸渍混凝土加固技术是一项纯粹的化学加固技术，具有：（1）施工过程完全不损伤原混凝土构件，不削弱原构件承载力，安全可靠；（2）加固材料渗入混凝土内部，不存在应力滞后问题；（3）不影响原构件外形足寸。由于其加固的主要用于提高混凝土强度及耐久性，因此适用于配筋无误，但混凝土质量达不到要求的任何混凝土构件。聚合物浸渍混凝土自1965年问世以来，世界各主要工业国均对此进行了大量研究。1986年，冶金工业部建筑研究总院首次将“负压常温聚合物浸渍工艺”应用于昆山市陆杨邮电支局营业大楼二层主楼加固成功。（4）玻
46、璃钢加固法纤维加环氧树脂形成轻质高强度的新材料，具有自重轻，强度高，耐腐蚀，与混凝土线膨胀系数接近，使得二者能共同工作，施工方便，周期短，抗渗性好等优点，因而具有广阔的应用前景。目前已在车辆，船舶以及水力发电的车叶中应用。根据试验知，玻璃钢抗拉强度接近钢材，但不能抗碱，且弹性模量小于钢材，而玻璃纤维板的弹性模量是非常关键的。玻璃纤维加筋层合板必须比碳纤维层合板厚几倍才能有同样的张拉刚度，因为玻璃纤维弹性模量相对较低。试验表明，玻璃纤维加筋塑料用于具有足够抗剪筋的梁的抗弯加固时，对板厚度有一个限制，超过了这个厚度，梁会在还没达到保证其耐久性所必须的全部弯曲强度的情况下，发生过早的脆性剪切界面粘结
47、破坏。有人建议要保证全部的外部抗弯能力和破坏时的延性，板的宽厚比（bt）不能小于50.同济大学王李果对凌璃钢的试验研究表明玻璃钢加固混凝土梁，能较大幅提高梁的刚度及廷性性能，提高其承载力达2倍以上；清华大学与冶金工业部建筑研究总院的抗剪及延性试验证明了这一点。玻璃钢具有耐腐蚀的优良特性，但对其在高温和动力荷载以及在长期荷载作用下的老化问题仍然需要进行研究。第四章 碳纤维加固混凝土技术及应用4.1碳纤维材料的发展与应用碳纤维布加固技术是利用碳素纤维布和专用结构胶对建筑构件进行加固处理，该技术采用的碳素纤维布强度是普通二级钢的10倍左右。具有强度高、重量轻、耐腐蚀性和耐久性强等优点。厚度仅为2mm
48、左右，基本上不增加构件截面，能保证碳素纤维布与原构件共同工作。 碳纤维根据原料及生产方式的不同，主要分为聚丙烯腈（PAN）基碳纤维及沥青基碳纤维。碳纤维产品包括PAN基碳纤维（高强度型）及沥青基碳纤维（高弹性型）。仅仅依靠碳纤维片本身并不能充分发挥其强大的力学特性及优越的耐久性能，只有通过环氧树脂将碳纤维片粘附于钢筋混凝土结构表面并与之紧密地结合在一起形成整体共同工作，才能达到补强的目的。因此，环氧树脂的性能是重要的关键之一。环氧树脂因类型不同而有不同的性能，适应于各个部位的不同要求。例如底涂树脂对混凝土具有良好的渗透作用，能渗入到混凝土内一定深度；粘贴碳纤维片的环氧树脂易于透过碳纤维片，有很强的粘结力。依使用温度的不同，树脂还分为夏用及冬用类树脂。 相对于常用的结构加
