混凝土结构的补强加固技术及现状

一、以前常用的加固方法
　　近些年来，随着人们对建筑物补强加固研究课题投入的增多，相应的研究成果也越来越多。目前，工程上常用的钢筋混凝土结构补强加固方法主要有：
（1）加大截面加固法
　　加大截面加固法是通过增加原构件的受力钢筋，同时在外侧重新浇筑混凝土以增大构件的截面尺寸，来达到提高承载力的目的。其优点是可以同时增大构件的刚度、承载力和变形能力，部分情况下也可以加强连接的可靠性。
　　（2）外包钢加固法
　　外包钢加固法是用乳胶水泥、环氧树脂化学灌浆或焊接等方法对梁柱外包型钢进行加固。该方法主要是通过约束原构件来提高其承载力和变形能力。
　　（3）预应力加固
　　预应力加固方法是通过预应力钢筋对构件施加体外预应力，以承担梁、屋架和柱所承受的部分荷载，从而提高构件的承载力。
　　（4）粘钢加固
　　粘钢加固是在混凝土构件表面用特制的建筑结构胶粘结钢板，是提高结构承载能力和变形能力的一种加固方法。其优点是简单、快速，施工时对生产活动和居民生活影响较小。
　　（5）玻璃钢加固
　　玻璃钢加固是一种复合材料，它具有与混凝土的线膨胀系数相近、比强度高、优良的电磁绝缘性等特点，可分别在梁底面和侧面粘贴玻璃钢来增强钢筋混凝土梁的抗弯和抗剪承载力，并改善梁的变形性能。
　　（6）喷射混凝土技术
　　喷射混凝土是借助喷射机械，利用压力喷射到受喷面上凝结硬化而成的一种混凝土。喷射混凝土具有较高的力学性能和良好耐久性，特别是与混凝土、砖石、钢材有很高的粘结强度，可以在结合面上传递拉应力和剪应力。
　　对于上述加固方法，国内外的很多科研机构都已进行了大量的研究工作，并且大都已应用于实际工程，这在很多文献中都有记载。然而，这些加固方法都有一定的缺陷，除去带有共性的化学腐蚀问题外，像粘钢加固法，还会增加构件自重、结点不易处理、施工难度大等。为此，工程界需要新兴的、科技含量较高的加固技术。
　　近年来，纤维材料在土木工程中的应用一直是国内外研究的热点。随着材料技术的发展，现在已开发出来了多种高科技纤维，上面提到的玻璃钢（玻璃纤维增强塑料）就是其中的一种。在所有的技术中属于最成熟，也是用量最大的一种高科技材料。随着碳纤维材料被应用于建筑业，碳纤维加固混凝土结构新技术随之出现。
　　二、碳纤维加固混凝土结构的技术特点
　　碳纤维有很多种，其中PNA基碳纤维具有优异的物理力学性能、良好的粘合性、耐热性及抗腐蚀性等特点，非常适用于土木工程领域。用于建筑结构补强加固的碳纤维材料，其强度一般为建筑用钢材的十几倍，弹性模量与建筑钢材在同一水平上并略有提高，是一种优良的结构加固用材料。碳纤维材料的这些特点，为建筑结构的补强与加固提供了技术支持。
　　与原有的加固方法比较，碳纤维材料加固技术具有明显的技术优势，主要体现在：
　　（1）高强高效
　　由于碳纤维材料优异的物理力学性能，在对混凝土结构进行加固补强过程中可以充分利用其高强度、高模量的特点来提高结构及构件的承载力和延性，改善其受力性能，达到高效加固的目的。
　　（2）耐腐蚀性能及耐久性
　　碳纤维材料的化学性质稳定，不与酸碱盐等化学物质发生反应，因而用碳纤维材料加固后的钢筋混凝土构件具有良好的耐腐蚀性及耐久性，解决了其他加固方法所遇到的化学腐蚀问题。
　　（3）不增加构件的自重及体积
　　碳纤维布质量轻且厚度薄，经加固修补后的构件，基体上不增加原结构的自重及尺寸，也就不会减少建筑物的使用空间，这在“寸土寸金”的经济社会中无疑是重要的。
　　（4）适用面广
　　由于碳纤维布是一种柔性材料，而且可以任意地裁剪，所以这种加固技术可广泛地应用于各种结构类型、各种结构形状和结构中的各种部位，且不改变结构及不影响结构外观。同时，对于其他加固方法无法实施的结构和构件，诸如大型桥梁的桥墩、桥梁和桥板，以及隧道、大型筒体及壳体结构工程等，碳纤维加固技术都能顺利地解决。
　　（5）便于施工
　　将碳纤维材料用于加固混凝土结构，在施工现场不需要大型的施工机械，占用施工场地少，而且没有湿作业，因而工效很高。
　　三、碳纤维加固技术的发展概况
　　碳纤维材料用于混凝土结构补强加固的研究工作开始于80年代的美、日等发达国家。自80年代末至今，日本、美国、新加坡以及欧洲的部分国家和地区的众多大学、科研机构、材料生产厂家等都相继进行了大量碳纤维材料用于混凝土结构补强加固的研究开发，并在此基础上已编制形成了自己国家的行业标准与规范。日本的阪神大地震之后，很多工程就是用碳纤维材料加固修补的。建筑物的抗震加固技术在日本、韩国、美国、欧洲、台湾等国家和地区得到了迅速的发展和广泛的应用。
　　碳纤维材料在土木工程领域的应用已非常广泛，概括起来主要有以下几个途径：
　　（1）在搅拌混凝土的同时加入短纤维制成碳纤维混凝土，用于新建结构。现已应用于某些工程中。
　　（2）长丝制成束状（棒材）在现浇混凝土中代替钢筋用于新建结构，主要用于海洋结构及对电磁波有特殊要求的结构，现已有研究并开始应用于实际工程。
　　（3）将碳纤维制成织物（片材），粘贴到混凝土表面用于结构的补强与加固，是重点研究的一个方面，也是实际工程中应用最多的一种。
　　随着人们对碳纤维加固混凝土结构技术优势认识的逐渐提高，现在国内已有越来越多的高校和科研机构开始重视这一新兴加固技术的科学研究和应用，并投入了大量的资金和人力来发展和完善这一技术。
　　从目前国内外的发展情况看，碳纤维材料应用于建筑业的研究开发活动正呈积极活跃的态势。中国拥有巨大的建筑市场，大量的钢筋混凝土结构急需补强与加固，碳纤维加固技术作为一种新兴的、技术含量高的加固方法，具有很大的研究推广价值和巨大的社会经济效益。随着研究工作的不断深入，这种加固方法在我国也将得到广泛的应用，同时也必将对我国的社会主义现代化建设事业产生积极的推动作用。