关键词：  混凝土结构加固；  方法；  现状

    混凝土结构一般在使用30～50年以后会产生明显的劣化与损伤。已有建筑物的鉴定，改造加固已经成为经济发达国家的建设重点之一，由此也产生并推动了加固技术的不断发展。在我国，在经过几十年大规模的基本建设后，已有建筑物的维修、改造和加固必将占据其应有的重要地位。因此，将其视为一个体系加以研究和探讨．已经成为我国对现有建筑物实施管理的一项完整对策。

    就混凝土加固工程实践经验而论，日本在混凝土结构裂缝修补技术方面，较为系统全面，编制了《混凝土裂缝调查及补强加固技术规程》；原苏联在工业厂房加固设计构造方面，积累了较为丰富的经验，出版有结构加固构造图集；英国，德国在混凝土结构缺陷修补，防水及防腐处理技术方面，也取得不少成功经验。我国近十几年来，进行了大量工程实践，编有《混凝土结构加固技术规范》(CECS25：90)。

1  结构加固概述

1.1  加固原因

    加固学是随同房屋结构学发展而发展起来的。从加固的范围看主要原因有：(1)尚未建成但由于施工质量问题；(2)结构封顶尚未使用就要改造而引起的加固；(3)结构老化后进行改造加固；(4)因灾害引起的加固。

1.2  加固工作程序

    可靠性鉴定－加固方案选择－加固设计－施工组织设计－施工－验收。

2传统加固方法

    即加大截面法，是在现有混凝土构件外加钢筋混凝土，增大原混凝土构件截面面积，达到提高结构承载力的目的，加大截面法的优点是容易施工，适用面广，可广泛用于一般梁、板、柱、墙等混凝土结构的加固。缺点是现场湿作业工作量大，养护期较长，对生产和生活有一定影响；对结构外观及房屋净空也有一定影响，且嵌入的钢筋锈蚀和混凝土劣化的危险性很大。加在截面法的加固效果与原结构在加固时的应力水平，结合面构造处理，施工工艺，材料性能以及加固时是否卸载等因素直接相关。加大截面法在设计构造方面必须解决好新加部分与原有部分的整体工作共同受力问题。试验研究表明，加固结构在受力过程中，结合面会出现拉、压、弯、剪等各种复杂应力，其中关键是剪力和拉力。今后欲使这一加固技术更有效的分法是使用具有高张拉应变能力，低收缩性能的材料。

3  常规加固方法

3．1  粘钢加固法

    1960年在瑞士和德国，基于L’Hermite和Bres—son的工作，发展了外粘钢板加固钢筋混凝土结构的方法，就是用薄钢板或其它钢衬通过一种双组份环氧粘合剂粘于混凝土结构表面产生三相材料，混凝土—胶—钢板的复合系统。该法具有方案设计及结构计算简单，不损伤原混凝土构件，施工方法简便，周期短，现场作业量小，对原构件外形尺寸影响小等优点。在国际上是一种适用面较广的先进加固方法，不仅建筑，而且公路桥梁也普遍采用。已经证明粘在混凝土梁受拉表面的钢板能提高抗弯能力，同时也能提高抗弯刚度并相应减少挠度和开裂。

    混凝土粘结钢板必须满足3个因素：(1)被粘结表面必须清洁。(2)环氧至少有混凝土强度的粘结强度。(3)为避免脆性的板分离破坏，板必须长而薄，或采用足够的锚固，来充分发挥钢板的性能。Jones的试验研究表明：胶粘锚固钢板是钢板锚固的最好方式。粘钢板主要实际问题是：(1)重量太大，且为方便操作和处理，在长度上有所限制。(2)现在加固采用低碳钢，且有与生俱来的锈蚀特性，因此产生了一个额外的维护工作。(3)现在难以肯定粘结的耐久性，以及在钢板与胶体界面潜在的锈蚀。(4)环氧树脂等用固化剂结硬后，强度虽高，但有跪性，且一般粘结剂适用面不够广。目前我国东洋机械公司从日本引进并正在研制生产在特殊环境下使用的粘结剂，诸如低温(一20 C以下)、高温、水下等特殊环境下的粘结剂。

3．2  预应力加固法

    也可称为反弯矩法。在20世纪50年代外部预应力就已是一种施工方法。预应力加固具有加固、卸载、改变结构内力的三重效果，适用大跨结构加固。用预应力钢筋在构件外进行张拉，可以起到增加主筋，提高正截面及斜截面强度，同时也提高了刚度，是一种积极的加固方法。但预应力钢筋中的预应力设置多少，却要受结构受力年限而定，即要考虑混凝土徐变的影响。预应力筋的应力不宜大于150MPa，对于已负荷很久的超静定结构，宜为50—100MPa。外加预应力技术已成功地应用于校正现有结构中超出的不满意的挠度，改进对疲劳和开裂的抗力。现在外加预应力在美国、日本、瑞士已广泛开发用作混凝土加固。

    外加预应力优点为：(1)施工方法简单、成熟；(2)用X射线或其它无损检测技术可以在结构运行期检验；(3)拉杆或绞线可替换。缺点源于结构的外部：易于锈蚀，易燃，易于损坏外观。外部施加预应力系统对外界侵蚀性成分与防火的保护通常用外包混凝土或喷射混凝土。其锈蚀问题可通过使用纤维加筋塑料来解决。但目前对纤维加筋塑料的机械性能并不十分了解，还有待进一步研究。

3．3  外包钢加固法

    外包钢加固法是以型钢(一般为角钢)外包于构件四角(或两角)的加固方法。在我国，外包钢加固法也是一种使用面较广的传统加固方法，优点是：施工简便，现场工作量较小，受力较为可靠，适用于使用上不允许增大原构件截面足寸，却不要求大幅度的提高截面承载能力的混凝土结构加固。外包钢加固分湿式和干式2种情况。湿式外包钢加固：外包钢与构件之间是采用乳胶水泥粘贴或环氧树脂化学灌浆等方泌粘结，以期型钢与原构件能整体工作共同受力；干式外包钢加固：型钢与原构件之间无任何粘结，有时虽填有水泥砂浆，但并不能确保结合面剪力和拉力的有效传递，外包钢架与原构件不能整体工作，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，但承载能力提高不如湿式外包钢有效。外包钢加固结构，尤其是框架结构，节点区受力最为复杂，构造处理相当别扭。   

3．4  置换加固法

    在梁或偏心受压柱中，用置换法可以达到局部直接补强的效果。例如当成批构件混凝土强度等级达不到设计要求时，通过检测，选出最低等级的构件，然后按弯矩图确定最危险截面，这些截面的受压区用高一级新混凝土置换老混凝土，切剖面应成直角平整，然后用喷射混凝土灌满，试验证明，尽管仅在局部置换，仍是十分有效的。在置换法中，构件需切割成方口或要将柱切断。目前，日本、美国和瑞典均有混凝土切割机生产，上海以及欧美各地也有现成产品，北京东洋机械公司是国内唯一以切割为主业的公司。

3．5  间接加固法

    间接加固法是用增加构件，增设支承点，以减小结构计算跨度，减轻被加固构件的负担，达到减小结构内力和提高其承载能力的加固方法。其优点是简单可靠；缺点是使用空间会受一定影响。这种方法适用于梁、板、桁架、网架等水平结构的加固。该法按支承结构的变形性能，又分为刚性支点和弹性支点两种情况。刚性支点法是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的一种加固方法。弹性支点法是以支承结构的受弯或桁架作用间接传递荷载的一种加固方法。

4  新型加固方法

4．1  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Φ4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。一般，采用Φ4冷拔钢丝退火后进行绕丝，间距为5～40 mm(中－中)。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。为了提高效果可在长方形四个面的中点纵向设置Φ25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。

4．2  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(1—2．5 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。

4．3  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。

4．4  玻璃钢加固法

    凌璃钢是由玻璃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(b／t)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。

4．5  碳纤维加固法

    碳纤维增强塑料(CFRP)加固修补混凝土结构技术是自20世纪80年代末90年代初在发达国家兴起的一项新的结构加固修补技术。由于优点多，效果明显，在日、美、韩、欧洲等国家和地区已相当普及，在加固修补技术领域已成为最广泛使用的一种技术。CFRP如固修补混凝土结构所用材料主要2种：碳纤维材料与粘贴用树脂。用于结构加固修补的碳纤维强度为建筑用钢的十几倍，弹性模量与建筑用钢材在同一水平上并略有提高。粘贴CFRP用树脂为环氧类材料。

    其主要技术优点为：(1)高强高效，能大幅提高混凝土构件的承载力和延性；(2)施工便捷，工效高，没有湿作业；(3)具有极佳的耐腐蚀性及耐久性，可抗拒常温的酸、碱、盐；(4)适用面广，不改变结构尺寸及外观；(5)施工质量易保证；(6)质量轻且薄，自重增加少。缺点为：(1)缺乏施工规范及设计标准；(2)需要全体人员擅长于聚合物的技艺。

    国外，东京MetropOlitan高速公路的混凝土桥面板使用CFRP条带双向加固，用来减少超载荷载下已有钢筋中的应力。瑞士Gossau市府大厅的混凝土板矩形切割区周边进行加固等工程实例。在我国，碳纤维材料加固修补混凝土结构技术起步较晚。目前国内只有几家单位正在进行研究。最早并系统地进行研究开发的是国家工业建筑诊断与改造工程技术研究中心。该技术已列入建设部研究开发课题和国家科技部“九五”重点攻关课题，并在着手编制《碳纤维布加固修补混凝土结构技术规程》。碳纤维布加固技术须解决2个关键技术问题：(1)材料开发；(2)对其各项力学特性如疲劳性、耐久性、延性等方面的试验研究。

    CFRP今后的发展方向主要有：(1)短碳纤维加入新混凝土中制成碳纤维混凝土；(2)长丝制成束状在新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；(3)通过加工，做成束状或绳状，用于大型土木工程的拉索或悬索结构，该方面应用在锚固上尚来很好解决；(4)在新建结构中与混凝土一起做成预制混凝土板。

5  展  望

    由于加固技术出现的历史并不长久，在各种不同的加固方法中，我们对修复与加固混凝土结构的实质经验有限，很多加固方法特别是较新型的加固技术缺少必要的试验数据，设计施工标准及试验标准。对各种加固方法的受力特性及施工要点的研究还需要进一步深入。如加固结构的二次受力工作机理及计算方法研究；各种加固材料及外包和粘贴形式对原有结构的抗弯、抗剪、抗疲劳、延性、耐久性等试验研究。结构胶的力学性质，是保证钢筋混凝土结构与各种加固板材能否形成——个整体联合工作的关键，但对结构胶本身的力学特性如其本身与结构关系、抗拉性能、抗剪性能、流变性能有待进一步研究。

    引用有限元理论研究混凝土—粘结剂—加固材料应力应变，其受力模型的建立及计算方法的实现，以精确计算其受力特征。对各种加固形式进行可靠度分析，提出相应的实用计算模型及公式，并与现行规范相接轨，如采用分项系数形式和采用可靠度校准分析等，此项研究已列入我国国家基础研究重大项目(攀登计划)《重大土木与水利工程安全性与耐久性的基

础研究》。中国建材院和冶金部建筑研究总院开发出修补用自流平砂浆，冶金部建筑研究总院正在进行碳纤维应用技术的研究，中国水科院研制出的机器设备地螺栓专用锚固剂，中国建筑科学研究院已经开展了混凝土结构后装锚固技术的研究，并将编制有关的行业标准。与此同时，中国建筑科学研究院设立了混凝土结构锚载钢筋技术，低价高效承重膨胀螺栓和提高混凝土强度加固技术等课题。

6  结  语

    我国是一个发展中国家，按照混凝土结构老化的规律，从20世纪?0年代开始，我国需要加固的结构逐年增多，特别是20世纪80年代以来，随着我国国民经济的发展，不仅大量老化混凝土结构需要加固，有些使用时间不长的结构也因功能改变等也需要加固改造。当今的混凝土结构加固可用日新月异来形容。更新的技术，更新的工艺，更新的材料，更加深入更加成熟的研究成果，必将伴随着我们跨入新世纪而到来!