摘 要： 通過概述混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)現(xiàn)狀，介紹了混凝土結(jié)構(gòu)加固的眾多方法，分析了各種方法的特點和適用范圍；并對混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)目前需要完善的地方以及發(fā)展方向提出幾點建議。
關(guān)鍵詞： 混凝土結(jié)構(gòu)加固； 方法； 現(xiàn)狀
混凝土結(jié)構(gòu)一般在使用30～50年以后會產(chǎn)生明顯的劣化與損傷。已有建筑物的鑒定，改造加固已經(jīng)成為經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家的建設(shè)重點之一，由此也產(chǎn)生并推動了加固技術(shù)的不斷發(fā)展。在我國，在經(jīng)過幾十年大規(guī)模的基本建設(shè)后，已有建筑物的維修、改造和加固必將占據(jù)其應(yīng)有的重要地位。因此，將其視為一個體系加以研究和探討。已經(jīng)成為我國對現(xiàn)有建筑物實施管理的一項完整對策。
就混凝土加固工程實踐經(jīng)驗而論，日本在混凝土結(jié)構(gòu)裂縫修補(bǔ)技術(shù)方面，較為系統(tǒng)全面，編制了《混凝土裂縫調(diào)查及補(bǔ)強(qiáng)加固技術(shù)規(guī)程》；原蘇聯(lián)在工業(yè)廠房加固設(shè)計構(gòu)造方面，積累了較為豐富的經(jīng)驗，出版有結(jié)構(gòu)加固構(gòu)造圖集；英國，德國在混凝土結(jié)構(gòu)缺陷修補(bǔ)，防水及防腐處理技術(shù)方面，也取得不少成功經(jīng)驗。我國近十幾年來，進(jìn)行了大量工程實踐，編有《混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)范》（CECS25：90）。
1 結(jié)構(gòu)加固概述
1.1 加固原因加固學(xué)是隨同房屋結(jié)構(gòu)學(xué)發(fā)展而發(fā)展起來的。從加固的范圍看主要原因有：（1）尚未建成但由于施工質(zhì)量問題；（2）結(jié)構(gòu)封頂尚未使用就要改造而引起的加固；（3）結(jié)構(gòu)老化后進(jìn)行改造加固；（4）因災(zāi)害引起的加固。
1.2 加固工作程序可靠性鑒定－加固方案選擇－加固設(shè)計－施工組織設(shè)計－施工－驗收。
2傳統(tǒng)加固方法
即加大截面法，是在現(xiàn)有混凝土構(gòu)件外加鋼筋混凝土，增大原混凝土構(gòu)件截面面積，達(dá)到提高結(jié)構(gòu)承載力的目的，加大截面法的優(yōu)點是容易施工，適用面廣，可廣泛用于一般梁、板、柱、墻等混凝土結(jié)構(gòu)的加固。缺點是現(xiàn)場濕作業(yè)工作量大，養(yǎng)護(hù)期較長，對生產(chǎn)和生活有一定影響；對結(jié)構(gòu)外觀及房屋凈空也有一定影響，且嵌入的鋼筋銹蝕和混凝土劣化的危險性很大。加在截面法的加固效果與原結(jié)構(gòu)在加固時的應(yīng)力水平，結(jié)合面構(gòu)造處理，施工工藝，材料性能以及加固時是否卸載等因素直接相關(guān)。加大截面法在設(shè)計構(gòu)造方面必須解決好新加部分與原有部分的整體工作共同受力問題。試驗研究表明，加固結(jié)構(gòu)在受力過程中，結(jié)合面會出現(xiàn)拉、壓、彎、剪等各種復(fù)雜應(yīng)力，其中關(guān)鍵是剪力和拉力。今后欲使這一加固技術(shù)更有效的分法是使用具有高張拉應(yīng)變能力，低收縮性能的材料。
3 常規(guī)加固方法
3.1 粘鋼加固法1960年在瑞士和德國，基于L‘Hermite和Bres—son的工作，發(fā)展了外粘鋼板加固鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的方法，就是用薄鋼板或其它鋼襯通過一種雙組份環(huán)氧粘合劑粘于混凝土結(jié)構(gòu)表面產(chǎn)生三相材料，混凝土—膠—鋼板的復(fù)合系統(tǒng)。該法具有方案設(shè)計及結(jié)構(gòu)計算簡單，不損傷原混凝土構(gòu)件，施工方法簡便，周期短，現(xiàn)場作業(yè)量小，對原構(gòu)件外形尺寸影響小等優(yōu)點。在國際上是一種適用面較廣的先進(jìn)加固方法，不僅建筑，而且公路橋梁也普遍采用。已經(jīng)證明粘在混凝土梁受拉表面的鋼板能提高抗彎能力，同時也能提高抗彎剛度并相應(yīng)減少撓度和開裂。
混凝土粘結(jié)鋼板必須滿足3個因素：（1）被粘結(jié)表面必須清潔。（2）環(huán)氧至少有混凝土強(qiáng)度的粘結(jié)強(qiáng)度。（3）為避免脆性的板分離破壞，板必須長而薄，或采用足夠的錨固，來充分發(fā)揮鋼板的性能。Jones的試驗研究表明：膠粘錨固鋼板是鋼板錨固的好方式。粘鋼板主要實際問題是：（1）重量太大，且為方便操作和處理，在長度上有所限制。（2）現(xiàn)在加固采用低碳鋼，且有與生俱來的銹蝕特性，因此產(chǎn)生了一個額外的維護(hù)工作。（3）現(xiàn)在難以肯定粘結(jié)的耐久性，以及在鋼板與膠體界面潛在的銹蝕。（4）環(huán)氧樹脂等用固化劑結(jié)硬后，強(qiáng)度雖高，但有跪性，且一般粘結(jié)劑適用面不夠廣。目前我國東洋機(jī)械公司從日本引進(jìn)并正在研制生產(chǎn)在特殊環(huán)境下使用的粘結(jié)劑，諸如低溫（一20 C以下）、高溫、水下等特殊環(huán)境下的粘結(jié)劑。
3.2 預(yù)應(yīng)力加固法也可稱為反彎矩法。在20世紀(jì)50年代外部預(yù)應(yīng)力就已是一種施工方法。預(yù)應(yīng)力加固具有加固、卸載、改變結(jié)構(gòu)內(nèi)力的三重效果，適用大跨結(jié)構(gòu)加固。用預(yù)應(yīng)力鋼筋在構(gòu)件外進(jìn)行張拉，可以起到增加主筋，提高正截面及斜截面強(qiáng)度，同時也提高了剛度，是一種積極的加固方法。但預(yù)應(yīng)力鋼筋中的預(yù)應(yīng)力設(shè)置多少，卻要受結(jié)構(gòu)受力年限而定，即要考慮混凝土徐變的影響。預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力不宜大于150MPa，對于已負(fù)荷很久的超靜定結(jié)構(gòu)，宜為50—100MPa.外加預(yù)應(yīng)力技術(shù)已成功地應(yīng)用于校正現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中超出的不滿意的撓度，改進(jìn)對疲勞和開裂的抗力?，F(xiàn)在外加預(yù)應(yīng)力在美國、日本、瑞士已廣泛開發(fā)用作混凝土加固。
外加預(yù)應(yīng)力優(yōu)點為：（1）施工方法簡單、成熟；（2）用X射線或其它無損檢測技術(shù)可以在結(jié)構(gòu)運行期檢驗；（3）拉桿或絞線可替換。缺點源于結(jié)構(gòu)的外部：易于銹蝕，易燃，易于損壞外觀。外部施加預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)對外界侵蝕性成分與防火的保護(hù)通常用外包混凝土或噴射混凝土。其銹蝕問題可通過使用纖維加筋塑料來解決。但目前對纖維加筋塑料的機(jī)械性能并不十分了解，還有待進(jìn)一步研究。
3.3 外包鋼加固法外包鋼加固法是以型鋼（一般為角鋼）外包于構(gòu)件四角（或兩角）的加固方法。在我國，外包鋼加固法也是一種使用面較廣的傳統(tǒng)加固方法，優(yōu)點是：施工簡便，現(xiàn)場工作量較小，受力較為可靠，適用于使用上不允許增大原構(gòu)件截面足寸，卻不要求大幅度的提高截面承載能力的混凝土結(jié)構(gòu)加固。外包鋼加固分濕式和干式2種情況。濕式外包鋼加固：外包鋼與構(gòu)件之間是采用乳膠水泥粘貼或環(huán)氧樹脂化學(xué)灌漿等方泌粘結(jié)，以期型鋼與原構(gòu)件能整體工作共同受力；干式外包鋼加固：型鋼與原構(gòu)件之間無任何粘結(jié)，有時雖填有水泥砂漿，但并不能確保結(jié)合面剪力和拉力的有效傳遞，外包鋼架與原構(gòu)件不能整體工作，彼此只能單獨受力。與濕式外包鋼相比，干式外包鋼施工更為簡便，但承載能力提高不如濕式外包鋼有效。外包鋼加固結(jié)構(gòu)，尤其是框架結(jié)構(gòu)，節(jié)點區(qū)受力為復(fù)雜，構(gòu)造處理相當(dāng)別扭。
3.4 置換加固法在梁或偏心受壓柱中，用置換法可以達(dá)到局部直接補(bǔ)強(qiáng)的效果。例如當(dāng)成批構(gòu)件混凝土強(qiáng)度等級達(dá)不到設(shè)計要求時，通過檢測，選出低等級的構(gòu)件，然后按彎矩圖確定危險截面，這些截面的受壓區(qū)用高一級新混凝土置換老混凝土，切剖面應(yīng)成直角平整，然后用噴射混凝土灌滿，試驗證明，盡管僅在局部置換，仍是十分有效的。在置換法中，構(gòu)件需切割成方口或要將柱切斷。目前，日本、美國和瑞典均有混凝土切割機(jī)生產(chǎn)，上海以及歐美各地也有現(xiàn)成產(chǎn)品，北京東洋機(jī)械公司是國內(nèi)以切割為主業(yè)的公司。
3.5 間接加固法間接加固法是用增加構(gòu)件，增設(shè)支承點，以減小結(jié)構(gòu)計算跨度，減輕被加固構(gòu)件的負(fù)擔(dān)，達(dá)到減小結(jié)構(gòu)內(nèi)力和提高其承載能力的加固方法。其優(yōu)點是簡單可靠；缺點是使用空間會受一定影響。這種方法適用于梁、板、桁架、網(wǎng)架等水平結(jié)構(gòu)的加固。該法按支承結(jié)構(gòu)的變形性能，又分為剛性支點和彈性支點兩種情況。剛性支點法是通過支承結(jié)構(gòu)的軸心受壓或軸心受拉將荷載直接傳給基礎(chǔ)或柱子的一種加固方法。彈性支點法是以支承結(jié)構(gòu)的受彎或桁架作用間接傳遞荷載的一種加固方法。
4 新型加固方法
4.1 繞絲加固法根據(jù)混凝土三向受壓可以提高其單軸抗壓強(qiáng)度的原理，對于受壓柱，可以用Φ4退火鋼絲橫向纏繞構(gòu)件，以提高其強(qiáng)度。根據(jù)梁的受剪區(qū)斜向箍筋受力優(yōu)于豎向箍筋的道理，可根據(jù)需要在梁外進(jìn)行斜向繞筋或豎向繞筋，以提高其抗剪強(qiáng)度。一般，采用Φ4冷拔鋼絲退火后進(jìn)行繞絲，間距為5～40 mm（中－中）。試驗證明，這一方法不僅對圓柱、方柱有效，對長方形柱亦有效。為了提高效果可在長方形四個面的中點縱向設(shè)置Φ25圓鋼，并將四角鑿去少許。同濟(jì)大學(xué)加固研究所肖建莊的試驗表明，用繞線加固的梁，如果不用鋼楔楔緊，混凝土難以與繞絲共同工作，直到加載后期鋼絲方才發(fā)揮作用，但仍表現(xiàn)出良好的延性。在受壓時，鋼絲主要超約束作用。試驗表明加固效果與繞絲直徑和密度有直接關(guān)系。
4.2 粘貼鋼筋加固技術(shù)是指將鋼筋粘貼在構(gòu)件原有配筋表面或粘貼在混凝土內(nèi)部的一種加固方法。當(dāng)鋼筋保護(hù)層脫落，脹裂或遭腐蝕破壞時，可將加固鋼筋直接粘貼在原有配筋表面；當(dāng)保護(hù)層混凝土比較完好或原配筋位置不易測準(zhǔn)時，可在混凝土表面切縫（1—2.5 cm深）或鑿槽，將鋼筋粘貼在縫內(nèi)或槽內(nèi)，以達(dá)到加固目的。粘筋加固主要也是通過結(jié)構(gòu)粘接劑傳遞應(yīng)力。粘筋加固具有以下特點：（1）完成加固工作后加固筋處于原構(gòu)件內(nèi)部，因此該技術(shù)是一項內(nèi)加固技術(shù)；（2）基本不加大原構(gòu)件的截面外形足寸和自重；（3）加固筋貼緊或鄰近原有配筋，與原有配筋協(xié)同工作性好；（4）盡可能少損傷原混凝土構(gòu)件。由于粘筋加固的上述特點，主要適用于：（1）原構(gòu)件混凝土遭受碳化或腐蝕，鋼筋嚴(yán)重銹蝕；（2）因荷載改變而造成原配筋不能適應(yīng)受力要求；（3）施工原因造成的配筋位置不當(dāng)。例如：1992年，蘇州變電站混凝土架構(gòu)及其高層走道板的部分構(gòu)件順筋方向脹裂，鑿除保護(hù)層后，在原配筋上粘貼中4鋼筋加固成功；1993年，常州化工廠氯氣車間液化槽支架也采用粘貼中8鋼筋進(jìn)行如固。
4.3 聚合物浸漬混凝土加固技術(shù)聚合物浸漬混凝土是指以普通混凝土為基材，以有機(jī)單位為浸漬液滲入混凝土內(nèi)部并且聚合而成的一種有機(jī)——無機(jī)復(fù)合材料。聚合物浸漬混凝土與混凝土基材的性能試驗對比結(jié)果表明：聚合物浸漬混凝土對混凝土基材的性能改善是顯著的，強(qiáng)度可提高數(shù)倍，抗?jié)B性及耐化學(xué)腐蝕性也有大幅度提高。由于有機(jī)單體滲入混凝土內(nèi)部，并且聚合后基本填滿了混凝土原有的空隙，極大地改善混凝土的微觀力學(xué)結(jié)構(gòu)。因此，浸漬混凝土能夠顯著地提高原混凝土基材的力學(xué)強(qiáng)度。
聚合物浸漬混凝土加固技術(shù)是一項純粹的化學(xué)加固技術(shù)，具有：（1）施工過程完全不損傷原混凝土構(gòu)件，不削弱原構(gòu)件承載力，安全可靠；（2）加固材料滲入混凝土內(nèi)部，不存在應(yīng)力滯后問題；（3）不影響原構(gòu)件外形足寸。由于其加固的主要用于提高混凝土強(qiáng)度及耐久性，因此適用于配筋無誤，但混凝土質(zhì)量達(dá)不到要求的任何混凝土構(gòu)件。聚合物浸漬混凝土自1965年問世以來，世界各主要工業(yè)國均對此進(jìn)行了大量研究。1986年，冶金工業(yè)部建筑研究總院首次將“負(fù)壓常溫聚合物浸漬工藝”應(yīng)用于昆山市陸楊郵電支局營業(yè)大樓二層主樓加固成功。
4.4 玻璃鋼加固法凌璃鋼是由玻璃纖維加環(huán)氧樹脂形成輕質(zhì)高強(qiáng)度的新材料，具有自重輕，強(qiáng)度高，耐腐蝕，與混凝土線膨脹系數(shù)接近，使得二者能共同工作，施工方便，周期短，抗?jié)B性好等優(yōu)點，因而具有廣闊的應(yīng)用前景。目前已在車輛，船舶以及水力發(fā)電的車葉中應(yīng)用。
根據(jù)試驗知，玻璃鋼抗拉強(qiáng)度接近鋼材，但不能抗堿，且彈性模量小于鋼材，而玻璃纖維板的彈性模量是非常關(guān)鍵的。玻璃纖維加筋層合板必須比碳纖維層合板厚幾倍才能有同樣的張拉剛度，因為玻璃纖維彈性模量相對較低。試驗表明，玻璃纖維加筋塑料用于具有足夠抗剪筋的梁的抗彎加固時，對板厚度有一個限制，超過了這個厚度，梁會在還沒達(dá)到保證其耐久性所必須的全部彎曲強(qiáng)度的情況下，發(fā)生過早的脆性剪切界面粘結(jié)破壞。有人建議要保證全部的外部抗彎能力和破壞時的延性，板的寬厚比（b／t）不能小于50.同濟(jì)大學(xué)王李果對凌璃鋼的試驗研究表明玻璃鋼加固混凝土梁，能較大幅提高梁的剛度及廷性性能，提高其承載力達(dá)2倍以上；清華大學(xué)與冶金工業(yè)部建筑研究總院的抗剪及延性試驗證明了這一點。玻璃鋼具有耐腐蝕的優(yōu)良特性，但對其在高溫和動力荷載以及在長期荷載作用下的老化問題仍然需要進(jìn)行研究。
4.5 碳纖維加固法碳纖維增強(qiáng)塑料（CFRP）加固修補(bǔ)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)是自20世紀(jì)80年代末90年代初在發(fā)達(dá)國家興起的一項新的結(jié)構(gòu)加固修補(bǔ)技術(shù)。由于優(yōu)點多，效果明顯，在日、美、韓、歐洲等國家和地區(qū)已相當(dāng)普及，在加固修補(bǔ)技術(shù)領(lǐng)域已成為廣泛使用的一種技術(shù)。CFRP如固修補(bǔ)混凝土結(jié)構(gòu)所用材料主要2種：碳纖維材料與粘貼用樹脂。用于結(jié)構(gòu)加固修補(bǔ)的碳纖維強(qiáng)度為建筑用鋼的十幾倍，彈性模量與建筑用鋼材在同一水平上并略有提高。粘貼CFRP用樹脂為環(huán)氧類材料。
其主要技術(shù)優(yōu)點為：（1）高強(qiáng)高效，能大幅提高混凝土構(gòu)件的承載力和延性；（2）施工便捷，工效高，沒有濕作業(yè)；（3）具有極佳的耐腐蝕性及耐久性，可抗拒常溫的酸、堿、鹽；（4）適用面廣，不改變結(jié)構(gòu)尺寸及外觀；（5）施工質(zhì)量易保證；（6）質(zhì)量輕且薄，自重增加少。缺點為：（1）缺乏施工規(guī)范及設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)；（2）需要全體人員擅長于聚合物的技藝。
國外，東京MetropOlitan高速公路的混凝土橋面板使用CFRP條帶雙向加固，用來減少超載荷載下已有鋼筋中的應(yīng)力。瑞士Gossau市府大廳的混凝土板矩形切割區(qū)周邊進(jìn)行加固等工程實例。在我國，碳纖維材料加固修補(bǔ)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)起步較晚。目前國內(nèi)只有幾家單位正在進(jìn)行研究。早并系統(tǒng)地進(jìn)行研究開發(fā)的是國家工業(yè)建筑診斷與改造工程技術(shù)研究中心。該技術(shù)已列入建設(shè)部研究開發(fā)課題和國家科技部“九五”重點攻關(guān)課題，并在著手編制《碳纖維布加固修補(bǔ)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》。碳纖維布加固技術(shù)須解決2個關(guān)鍵技術(shù)問題：（1）材料開發(fā)；（2）對其各項力學(xué)特性如疲勞性、耐久性、延性等方面的試驗研究。
CFRP今后的發(fā)展方向主要有：（1）短碳纖維加入新混凝土中制成碳纖維混凝土；（2）長絲制成束狀在新混凝土中代替鋼筋用于新建結(jié)構(gòu)，主要用于海洋結(jié)構(gòu)及對電磁波有特殊要求的結(jié)構(gòu)；（3）通過加工，做成束狀或繩狀，用于大型土木工程的拉索或懸索結(jié)構(gòu)，該方面應(yīng)用在錨固上尚來很好解決；（4）在新建結(jié)構(gòu)中與混凝土一起做成預(yù)制混凝土板。
5 展 望
由于加固技術(shù)出現(xiàn)的歷史并不長久，在各種不同的加固方法中，我們對修復(fù)與加固混凝土結(jié)構(gòu)的實質(zhì)經(jīng)驗有限，很多加固方法特別是較新型的加固技術(shù)缺少必要的試驗數(shù)據(jù)，設(shè)計施工標(biāo)準(zhǔn)及試驗標(biāo)準(zhǔn)。對各種加固方法的受力特性及施工要點的研究還需要進(jìn)一步深入。如加固結(jié)構(gòu)的二次受力工作機(jī)理及計算方法研究；各種加固材料及外包和粘貼形式對原有結(jié)構(gòu)的抗彎、抗剪、抗疲勞、延性、耐久性等試驗研究。結(jié)構(gòu)膠的力學(xué)性質(zhì)，是保證鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)與各種加固板材能否形成——個整體聯(lián)合工作的關(guān)鍵，但對結(jié)構(gòu)膠本身的力學(xué)特性如其本身與結(jié)構(gòu)關(guān)系、抗拉性能、抗剪性能、流變性能有待進(jìn)一步研究。
引用有限元理論研究混凝土—粘結(jié)劑—加固材料應(yīng)力應(yīng)變，其受力模型的建立及計算方法的實現(xiàn)，以精確計算其受力特征。對各種加固形式進(jìn)行可靠度分析，提出相應(yīng)的實用計算模型及公式，并與現(xiàn)行規(guī)范相接軌，如采用分項系數(shù)形式和采用可靠度校準(zhǔn)分析等，此項研究已列入我國國家基礎(chǔ)研究重大項目（攀登計劃）《重大土木與水利工程安全性與耐久性的基礎(chǔ)研究》。中國建材院和冶金部建筑研究總院開發(fā)出修補(bǔ)用自流平砂漿，冶金部建筑研究總院正在進(jìn)行碳纖維應(yīng)用技術(shù)的研究，中國水科院研制出的機(jī)器設(shè)備地螺栓專用錨固劑，中國建筑科學(xué)研究院已經(jīng)開展了混凝土結(jié)構(gòu)后裝錨固技術(shù)的研究，并將編制有關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。與此同時，中國建筑科學(xué)研究院設(shè)立了混凝土結(jié)構(gòu)錨載鋼筋技術(shù)，低價高效承重膨脹螺栓和提高混凝土強(qiáng)度加固技術(shù)等課題。
6 結(jié) 語
我國是一個發(fā)展中國家，按照混凝土結(jié)構(gòu)老化的規(guī)律，從20世紀(jì)？0年代開始，我國需要加固的結(jié)構(gòu)逐年增多，特別是20世紀(jì)80年代以來，隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，不僅大量老化混凝土結(jié)構(gòu)需要加固，有些使用時間不長的結(jié)構(gòu)也因功能改變等也需要加固改造。當(dāng)今的混凝土結(jié)構(gòu)加固可用日新月異來形容。更新的技術(shù)，更新的工藝，更新的材料，更加深入更加成熟的研究成果，必將伴隨著我們跨入新世紀(jì)而到來！
關(guān)鍵詞： 混凝土結(jié)構(gòu)加固； 方法； 現(xiàn)狀
混凝土結(jié)構(gòu)一般在使用30～50年以后會產(chǎn)生明顯的劣化與損傷。已有建筑物的鑒定，改造加固已經(jīng)成為經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家的建設(shè)重點之一，由此也產(chǎn)生并推動了加固技術(shù)的不斷發(fā)展。在我國，在經(jīng)過幾十年大規(guī)模的基本建設(shè)后，已有建筑物的維修、改造和加固必將占據(jù)其應(yīng)有的重要地位。因此，將其視為一個體系加以研究和探討。已經(jīng)成為我國對現(xiàn)有建筑物實施管理的一項完整對策。
就混凝土加固工程實踐經(jīng)驗而論，日本在混凝土結(jié)構(gòu)裂縫修補(bǔ)技術(shù)方面，較為系統(tǒng)全面，編制了《混凝土裂縫調(diào)查及補(bǔ)強(qiáng)加固技術(shù)規(guī)程》；原蘇聯(lián)在工業(yè)廠房加固設(shè)計構(gòu)造方面，積累了較為豐富的經(jīng)驗，出版有結(jié)構(gòu)加固構(gòu)造圖集；英國，德國在混凝土結(jié)構(gòu)缺陷修補(bǔ)，防水及防腐處理技術(shù)方面，也取得不少成功經(jīng)驗。我國近十幾年來，進(jìn)行了大量工程實踐，編有《混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)范》（CECS25：90）。
1 結(jié)構(gòu)加固概述
1.1 加固原因加固學(xué)是隨同房屋結(jié)構(gòu)學(xué)發(fā)展而發(fā)展起來的。從加固的范圍看主要原因有：（1）尚未建成但由于施工質(zhì)量問題；（2）結(jié)構(gòu)封頂尚未使用就要改造而引起的加固；（3）結(jié)構(gòu)老化后進(jìn)行改造加固；（4）因災(zāi)害引起的加固。
1.2 加固工作程序可靠性鑒定－加固方案選擇－加固設(shè)計－施工組織設(shè)計－施工－驗收。
2傳統(tǒng)加固方法
即加大截面法，是在現(xiàn)有混凝土構(gòu)件外加鋼筋混凝土，增大原混凝土構(gòu)件截面面積，達(dá)到提高結(jié)構(gòu)承載力的目的，加大截面法的優(yōu)點是容易施工，適用面廣，可廣泛用于一般梁、板、柱、墻等混凝土結(jié)構(gòu)的加固。缺點是現(xiàn)場濕作業(yè)工作量大，養(yǎng)護(hù)期較長，對生產(chǎn)和生活有一定影響；對結(jié)構(gòu)外觀及房屋凈空也有一定影響，且嵌入的鋼筋銹蝕和混凝土劣化的危險性很大。加在截面法的加固效果與原結(jié)構(gòu)在加固時的應(yīng)力水平，結(jié)合面構(gòu)造處理，施工工藝，材料性能以及加固時是否卸載等因素直接相關(guān)。加大截面法在設(shè)計構(gòu)造方面必須解決好新加部分與原有部分的整體工作共同受力問題。試驗研究表明，加固結(jié)構(gòu)在受力過程中，結(jié)合面會出現(xiàn)拉、壓、彎、剪等各種復(fù)雜應(yīng)力，其中關(guān)鍵是剪力和拉力。今后欲使這一加固技術(shù)更有效的分法是使用具有高張拉應(yīng)變能力，低收縮性能的材料。
3 常規(guī)加固方法
3.1 粘鋼加固法1960年在瑞士和德國，基于L‘Hermite和Bres—son的工作，發(fā)展了外粘鋼板加固鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的方法，就是用薄鋼板或其它鋼襯通過一種雙組份環(huán)氧粘合劑粘于混凝土結(jié)構(gòu)表面產(chǎn)生三相材料，混凝土—膠—鋼板的復(fù)合系統(tǒng)。該法具有方案設(shè)計及結(jié)構(gòu)計算簡單，不損傷原混凝土構(gòu)件，施工方法簡便，周期短，現(xiàn)場作業(yè)量小，對原構(gòu)件外形尺寸影響小等優(yōu)點。在國際上是一種適用面較廣的先進(jìn)加固方法，不僅建筑，而且公路橋梁也普遍采用。已經(jīng)證明粘在混凝土梁受拉表面的鋼板能提高抗彎能力，同時也能提高抗彎剛度并相應(yīng)減少撓度和開裂。
混凝土粘結(jié)鋼板必須滿足3個因素：（1）被粘結(jié)表面必須清潔。（2）環(huán)氧至少有混凝土強(qiáng)度的粘結(jié)強(qiáng)度。（3）為避免脆性的板分離破壞，板必須長而薄，或采用足夠的錨固，來充分發(fā)揮鋼板的性能。Jones的試驗研究表明：膠粘錨固鋼板是鋼板錨固的好方式。粘鋼板主要實際問題是：（1）重量太大，且為方便操作和處理，在長度上有所限制。（2）現(xiàn)在加固采用低碳鋼，且有與生俱來的銹蝕特性，因此產(chǎn)生了一個額外的維護(hù)工作。（3）現(xiàn)在難以肯定粘結(jié)的耐久性，以及在鋼板與膠體界面潛在的銹蝕。（4）環(huán)氧樹脂等用固化劑結(jié)硬后，強(qiáng)度雖高，但有跪性，且一般粘結(jié)劑適用面不夠廣。目前我國東洋機(jī)械公司從日本引進(jìn)并正在研制生產(chǎn)在特殊環(huán)境下使用的粘結(jié)劑，諸如低溫（一20 C以下）、高溫、水下等特殊環(huán)境下的粘結(jié)劑。
3.2 預(yù)應(yīng)力加固法也可稱為反彎矩法。在20世紀(jì)50年代外部預(yù)應(yīng)力就已是一種施工方法。預(yù)應(yīng)力加固具有加固、卸載、改變結(jié)構(gòu)內(nèi)力的三重效果，適用大跨結(jié)構(gòu)加固。用預(yù)應(yīng)力鋼筋在構(gòu)件外進(jìn)行張拉，可以起到增加主筋，提高正截面及斜截面強(qiáng)度，同時也提高了剛度，是一種積極的加固方法。但預(yù)應(yīng)力鋼筋中的預(yù)應(yīng)力設(shè)置多少，卻要受結(jié)構(gòu)受力年限而定，即要考慮混凝土徐變的影響。預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力不宜大于150MPa，對于已負(fù)荷很久的超靜定結(jié)構(gòu)，宜為50—100MPa.外加預(yù)應(yīng)力技術(shù)已成功地應(yīng)用于校正現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中超出的不滿意的撓度，改進(jìn)對疲勞和開裂的抗力?，F(xiàn)在外加預(yù)應(yīng)力在美國、日本、瑞士已廣泛開發(fā)用作混凝土加固。
外加預(yù)應(yīng)力優(yōu)點為：（1）施工方法簡單、成熟；（2）用X射線或其它無損檢測技術(shù)可以在結(jié)構(gòu)運行期檢驗；（3）拉桿或絞線可替換。缺點源于結(jié)構(gòu)的外部：易于銹蝕，易燃，易于損壞外觀。外部施加預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)對外界侵蝕性成分與防火的保護(hù)通常用外包混凝土或噴射混凝土。其銹蝕問題可通過使用纖維加筋塑料來解決。但目前對纖維加筋塑料的機(jī)械性能并不十分了解，還有待進(jìn)一步研究。
3.3 外包鋼加固法外包鋼加固法是以型鋼（一般為角鋼）外包于構(gòu)件四角（或兩角）的加固方法。在我國，外包鋼加固法也是一種使用面較廣的傳統(tǒng)加固方法，優(yōu)點是：施工簡便，現(xiàn)場工作量較小，受力較為可靠，適用于使用上不允許增大原構(gòu)件截面足寸，卻不要求大幅度的提高截面承載能力的混凝土結(jié)構(gòu)加固。外包鋼加固分濕式和干式2種情況。濕式外包鋼加固：外包鋼與構(gòu)件之間是采用乳膠水泥粘貼或環(huán)氧樹脂化學(xué)灌漿等方泌粘結(jié)，以期型鋼與原構(gòu)件能整體工作共同受力；干式外包鋼加固：型鋼與原構(gòu)件之間無任何粘結(jié)，有時雖填有水泥砂漿，但并不能確保結(jié)合面剪力和拉力的有效傳遞，外包鋼架與原構(gòu)件不能整體工作，彼此只能單獨受力。與濕式外包鋼相比，干式外包鋼施工更為簡便，但承載能力提高不如濕式外包鋼有效。外包鋼加固結(jié)構(gòu)，尤其是框架結(jié)構(gòu)，節(jié)點區(qū)受力為復(fù)雜，構(gòu)造處理相當(dāng)別扭。
3.4 置換加固法在梁或偏心受壓柱中，用置換法可以達(dá)到局部直接補(bǔ)強(qiáng)的效果。例如當(dāng)成批構(gòu)件混凝土強(qiáng)度等級達(dá)不到設(shè)計要求時，通過檢測，選出低等級的構(gòu)件，然后按彎矩圖確定危險截面，這些截面的受壓區(qū)用高一級新混凝土置換老混凝土，切剖面應(yīng)成直角平整，然后用噴射混凝土灌滿，試驗證明，盡管僅在局部置換，仍是十分有效的。在置換法中，構(gòu)件需切割成方口或要將柱切斷。目前，日本、美國和瑞典均有混凝土切割機(jī)生產(chǎn)，上海以及歐美各地也有現(xiàn)成產(chǎn)品，北京東洋機(jī)械公司是國內(nèi)以切割為主業(yè)的公司。
3.5 間接加固法間接加固法是用增加構(gòu)件，增設(shè)支承點，以減小結(jié)構(gòu)計算跨度，減輕被加固構(gòu)件的負(fù)擔(dān)，達(dá)到減小結(jié)構(gòu)內(nèi)力和提高其承載能力的加固方法。其優(yōu)點是簡單可靠；缺點是使用空間會受一定影響。這種方法適用于梁、板、桁架、網(wǎng)架等水平結(jié)構(gòu)的加固。該法按支承結(jié)構(gòu)的變形性能，又分為剛性支點和彈性支點兩種情況。剛性支點法是通過支承結(jié)構(gòu)的軸心受壓或軸心受拉將荷載直接傳給基礎(chǔ)或柱子的一種加固方法。彈性支點法是以支承結(jié)構(gòu)的受彎或桁架作用間接傳遞荷載的一種加固方法。
4 新型加固方法
4.1 繞絲加固法根據(jù)混凝土三向受壓可以提高其單軸抗壓強(qiáng)度的原理，對于受壓柱，可以用Φ4退火鋼絲橫向纏繞構(gòu)件，以提高其強(qiáng)度。根據(jù)梁的受剪區(qū)斜向箍筋受力優(yōu)于豎向箍筋的道理，可根據(jù)需要在梁外進(jìn)行斜向繞筋或豎向繞筋，以提高其抗剪強(qiáng)度。一般，采用Φ4冷拔鋼絲退火后進(jìn)行繞絲，間距為5～40 mm（中－中）。試驗證明，這一方法不僅對圓柱、方柱有效，對長方形柱亦有效。為了提高效果可在長方形四個面的中點縱向設(shè)置Φ25圓鋼，并將四角鑿去少許。同濟(jì)大學(xué)加固研究所肖建莊的試驗表明，用繞線加固的梁，如果不用鋼楔楔緊，混凝土難以與繞絲共同工作，直到加載后期鋼絲方才發(fā)揮作用，但仍表現(xiàn)出良好的延性。在受壓時，鋼絲主要超約束作用。試驗表明加固效果與繞絲直徑和密度有直接關(guān)系。
4.2 粘貼鋼筋加固技術(shù)是指將鋼筋粘貼在構(gòu)件原有配筋表面或粘貼在混凝土內(nèi)部的一種加固方法。當(dāng)鋼筋保護(hù)層脫落，脹裂或遭腐蝕破壞時，可將加固鋼筋直接粘貼在原有配筋表面；當(dāng)保護(hù)層混凝土比較完好或原配筋位置不易測準(zhǔn)時，可在混凝土表面切縫（1—2.5 cm深）或鑿槽，將鋼筋粘貼在縫內(nèi)或槽內(nèi)，以達(dá)到加固目的。粘筋加固主要也是通過結(jié)構(gòu)粘接劑傳遞應(yīng)力。粘筋加固具有以下特點：（1）完成加固工作后加固筋處于原構(gòu)件內(nèi)部，因此該技術(shù)是一項內(nèi)加固技術(shù)；（2）基本不加大原構(gòu)件的截面外形足寸和自重；（3）加固筋貼緊或鄰近原有配筋，與原有配筋協(xié)同工作性好；（4）盡可能少損傷原混凝土構(gòu)件。由于粘筋加固的上述特點，主要適用于：（1）原構(gòu)件混凝土遭受碳化或腐蝕，鋼筋嚴(yán)重銹蝕；（2）因荷載改變而造成原配筋不能適應(yīng)受力要求；（3）施工原因造成的配筋位置不當(dāng)。例如：1992年，蘇州變電站混凝土架構(gòu)及其高層走道板的部分構(gòu)件順筋方向脹裂，鑿除保護(hù)層后，在原配筋上粘貼中4鋼筋加固成功；1993年，常州化工廠氯氣車間液化槽支架也采用粘貼中8鋼筋進(jìn)行如固。
4.3 聚合物浸漬混凝土加固技術(shù)聚合物浸漬混凝土是指以普通混凝土為基材，以有機(jī)單位為浸漬液滲入混凝土內(nèi)部并且聚合而成的一種有機(jī)——無機(jī)復(fù)合材料。聚合物浸漬混凝土與混凝土基材的性能試驗對比結(jié)果表明：聚合物浸漬混凝土對混凝土基材的性能改善是顯著的，強(qiáng)度可提高數(shù)倍，抗?jié)B性及耐化學(xué)腐蝕性也有大幅度提高。由于有機(jī)單體滲入混凝土內(nèi)部，并且聚合后基本填滿了混凝土原有的空隙，極大地改善混凝土的微觀力學(xué)結(jié)構(gòu)。因此，浸漬混凝土能夠顯著地提高原混凝土基材的力學(xué)強(qiáng)度。
聚合物浸漬混凝土加固技術(shù)是一項純粹的化學(xué)加固技術(shù)，具有：（1）施工過程完全不損傷原混凝土構(gòu)件，不削弱原構(gòu)件承載力，安全可靠；（2）加固材料滲入混凝土內(nèi)部，不存在應(yīng)力滯后問題；（3）不影響原構(gòu)件外形足寸。由于其加固的主要用于提高混凝土強(qiáng)度及耐久性，因此適用于配筋無誤，但混凝土質(zhì)量達(dá)不到要求的任何混凝土構(gòu)件。聚合物浸漬混凝土自1965年問世以來，世界各主要工業(yè)國均對此進(jìn)行了大量研究。1986年，冶金工業(yè)部建筑研究總院首次將“負(fù)壓常溫聚合物浸漬工藝”應(yīng)用于昆山市陸楊郵電支局營業(yè)大樓二層主樓加固成功。
4.4 玻璃鋼加固法凌璃鋼是由玻璃纖維加環(huán)氧樹脂形成輕質(zhì)高強(qiáng)度的新材料，具有自重輕，強(qiáng)度高，耐腐蝕，與混凝土線膨脹系數(shù)接近，使得二者能共同工作，施工方便，周期短，抗?jié)B性好等優(yōu)點，因而具有廣闊的應(yīng)用前景。目前已在車輛，船舶以及水力發(fā)電的車葉中應(yīng)用。
根據(jù)試驗知，玻璃鋼抗拉強(qiáng)度接近鋼材，但不能抗堿，且彈性模量小于鋼材，而玻璃纖維板的彈性模量是非常關(guān)鍵的。玻璃纖維加筋層合板必須比碳纖維層合板厚幾倍才能有同樣的張拉剛度，因為玻璃纖維彈性模量相對較低。試驗表明，玻璃纖維加筋塑料用于具有足夠抗剪筋的梁的抗彎加固時，對板厚度有一個限制，超過了這個厚度，梁會在還沒達(dá)到保證其耐久性所必須的全部彎曲強(qiáng)度的情況下，發(fā)生過早的脆性剪切界面粘結(jié)破壞。有人建議要保證全部的外部抗彎能力和破壞時的延性，板的寬厚比（b／t）不能小于50.同濟(jì)大學(xué)王李果對凌璃鋼的試驗研究表明玻璃鋼加固混凝土梁，能較大幅提高梁的剛度及廷性性能，提高其承載力達(dá)2倍以上；清華大學(xué)與冶金工業(yè)部建筑研究總院的抗剪及延性試驗證明了這一點。玻璃鋼具有耐腐蝕的優(yōu)良特性，但對其在高溫和動力荷載以及在長期荷載作用下的老化問題仍然需要進(jìn)行研究。
4.5 碳纖維加固法碳纖維增強(qiáng)塑料（CFRP）加固修補(bǔ)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)是自20世紀(jì)80年代末90年代初在發(fā)達(dá)國家興起的一項新的結(jié)構(gòu)加固修補(bǔ)技術(shù)。由于優(yōu)點多，效果明顯，在日、美、韓、歐洲等國家和地區(qū)已相當(dāng)普及，在加固修補(bǔ)技術(shù)領(lǐng)域已成為廣泛使用的一種技術(shù)。CFRP如固修補(bǔ)混凝土結(jié)構(gòu)所用材料主要2種：碳纖維材料與粘貼用樹脂。用于結(jié)構(gòu)加固修補(bǔ)的碳纖維強(qiáng)度為建筑用鋼的十幾倍，彈性模量與建筑用鋼材在同一水平上并略有提高。粘貼CFRP用樹脂為環(huán)氧類材料。
其主要技術(shù)優(yōu)點為：（1）高強(qiáng)高效，能大幅提高混凝土構(gòu)件的承載力和延性；（2）施工便捷，工效高，沒有濕作業(yè)；（3）具有極佳的耐腐蝕性及耐久性，可抗拒常溫的酸、堿、鹽；（4）適用面廣，不改變結(jié)構(gòu)尺寸及外觀；（5）施工質(zhì)量易保證；（6）質(zhì)量輕且薄，自重增加少。缺點為：（1）缺乏施工規(guī)范及設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)；（2）需要全體人員擅長于聚合物的技藝。
國外，東京MetropOlitan高速公路的混凝土橋面板使用CFRP條帶雙向加固，用來減少超載荷載下已有鋼筋中的應(yīng)力。瑞士Gossau市府大廳的混凝土板矩形切割區(qū)周邊進(jìn)行加固等工程實例。在我國，碳纖維材料加固修補(bǔ)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)起步較晚。目前國內(nèi)只有幾家單位正在進(jìn)行研究。早并系統(tǒng)地進(jìn)行研究開發(fā)的是國家工業(yè)建筑診斷與改造工程技術(shù)研究中心。該技術(shù)已列入建設(shè)部研究開發(fā)課題和國家科技部“九五”重點攻關(guān)課題，并在著手編制《碳纖維布加固修補(bǔ)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》。碳纖維布加固技術(shù)須解決2個關(guān)鍵技術(shù)問題：（1）材料開發(fā)；（2）對其各項力學(xué)特性如疲勞性、耐久性、延性等方面的試驗研究。
CFRP今后的發(fā)展方向主要有：（1）短碳纖維加入新混凝土中制成碳纖維混凝土；（2）長絲制成束狀在新混凝土中代替鋼筋用于新建結(jié)構(gòu)，主要用于海洋結(jié)構(gòu)及對電磁波有特殊要求的結(jié)構(gòu)；（3）通過加工，做成束狀或繩狀，用于大型土木工程的拉索或懸索結(jié)構(gòu)，該方面應(yīng)用在錨固上尚來很好解決；（4）在新建結(jié)構(gòu)中與混凝土一起做成預(yù)制混凝土板。
5 展 望
由于加固技術(shù)出現(xiàn)的歷史并不長久，在各種不同的加固方法中，我們對修復(fù)與加固混凝土結(jié)構(gòu)的實質(zhì)經(jīng)驗有限，很多加固方法特別是較新型的加固技術(shù)缺少必要的試驗數(shù)據(jù)，設(shè)計施工標(biāo)準(zhǔn)及試驗標(biāo)準(zhǔn)。對各種加固方法的受力特性及施工要點的研究還需要進(jìn)一步深入。如加固結(jié)構(gòu)的二次受力工作機(jī)理及計算方法研究；各種加固材料及外包和粘貼形式對原有結(jié)構(gòu)的抗彎、抗剪、抗疲勞、延性、耐久性等試驗研究。結(jié)構(gòu)膠的力學(xué)性質(zhì)，是保證鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)與各種加固板材能否形成——個整體聯(lián)合工作的關(guān)鍵，但對結(jié)構(gòu)膠本身的力學(xué)特性如其本身與結(jié)構(gòu)關(guān)系、抗拉性能、抗剪性能、流變性能有待進(jìn)一步研究。
引用有限元理論研究混凝土—粘結(jié)劑—加固材料應(yīng)力應(yīng)變，其受力模型的建立及計算方法的實現(xiàn)，以精確計算其受力特征。對各種加固形式進(jìn)行可靠度分析，提出相應(yīng)的實用計算模型及公式，并與現(xiàn)行規(guī)范相接軌，如采用分項系數(shù)形式和采用可靠度校準(zhǔn)分析等，此項研究已列入我國國家基礎(chǔ)研究重大項目（攀登計劃）《重大土木與水利工程安全性與耐久性的基礎(chǔ)研究》。中國建材院和冶金部建筑研究總院開發(fā)出修補(bǔ)用自流平砂漿，冶金部建筑研究總院正在進(jìn)行碳纖維應(yīng)用技術(shù)的研究，中國水科院研制出的機(jī)器設(shè)備地螺栓專用錨固劑，中國建筑科學(xué)研究院已經(jīng)開展了混凝土結(jié)構(gòu)后裝錨固技術(shù)的研究，并將編制有關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。與此同時，中國建筑科學(xué)研究院設(shè)立了混凝土結(jié)構(gòu)錨載鋼筋技術(shù)，低價高效承重膨脹螺栓和提高混凝土強(qiáng)度加固技術(shù)等課題。
6 結(jié) 語
我國是一個發(fā)展中國家，按照混凝土結(jié)構(gòu)老化的規(guī)律，從20世紀(jì)？0年代開始，我國需要加固的結(jié)構(gòu)逐年增多，特別是20世紀(jì)80年代以來，隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，不僅大量老化混凝土結(jié)構(gòu)需要加固，有些使用時間不長的結(jié)構(gòu)也因功能改變等也需要加固改造。當(dāng)今的混凝土結(jié)構(gòu)加固可用日新月異來形容。更新的技術(shù)，更新的工藝，更新的材料，更加深入更加成熟的研究成果，必將伴隨著我們跨入新世紀(jì)而到來！