混凝土結構的加固機理及方法

封 南

近年來，隨著社會的不斷發展，混凝土結構作為一種主要的建筑結構形式，越來越廣泛地應用于各種建筑物中。然而混凝土結構在建筑工程施工過程中，由于施工質量不滿足設計和規范要求，建筑使用功能改變，大量混凝土結構老化以及水泥質量、施工方法、配合比等因素的影響，難免有時會造成混凝土強度偏低。如果棄之返工會造成很大的經濟損失，因此，必須采取一些措施對混凝土結構進行補強加固、改造、維護。近幾年來，新材料、新成果、新技術在加固領域的應用，加固的方法和手段也越來越多樣化，工程現狀、經濟效益、技術進步等多種因素也催生了建筑結構加固改造技術的迅速發展。本文對此進行簡要論述。

1 混凝土結構需要加固的原因

在工程實踐中，導致混凝土結構需要進行加固的原因主要有以下幾個方面:1)勘察資料不準確、設計不周或者是施工管理不嚴造成的施工質量不佳，以及建筑材料不符合要求等原因造成的工程事故;2)建筑物改建、擴建以及改變原有結構的使用功能等;3)自然災害與偶然事故的發生對建筑物造成的損害;4)由于建筑物環境的影響導致結構構件的裂縫、鋼筋銹蝕、混凝土碳化等影響結構的耐久性;5)為防患于未然而對現有的老建筑物進行的抗震加固等。現對通用的混凝土結構選用原則及其加固方法作一分析。

2 混凝土結構加固的基本原則

1)方案制定的總體效應原則。2)荷載取值原則。3)綜合考慮技術經濟原則。4)與抗震設防結合的原則。

3 混凝土結構加固方法

3.1 直接加固方法

1)加大截面加固法[1]。此法是通過用鋼筋混凝土或鋼筋網砂漿增大截面達到提高結構承載力的目的。它通過增大原混凝土構件橫截面高度，加大構件的承載力從而達到提高構件正截面抗彎，斜截面抗剪的能力。該法施工工藝簡單，適應性強，且有成熟的設計和施工經驗，適用于梁、板、柱、墻等的混凝土構件加固，但現場施工的濕作業時間較長，且加固后的建筑物凈空受到一定影響。加大截面加固法施工工藝簡單、適應性強，并具有成熟的設計和施工經驗;適用于梁、板、柱、墻和一般構造物的混凝土的加固;但現場施工的濕作業時間長，對生產和生活有一定的影響，且加固后的建筑物凈空有一定的減小[2]。

2)粘鋼加固法。鋼筋混凝土受彎構件外部粘鋼加固是在構件承載力不足區段(正截面受拉區、正截面受壓區或斜截面)表面粘貼鋼板，這樣可提高被加固構件的承載力和滿足正常使用要求[3]。此方法設計及結構計算簡單，不損傷原混凝土構件，施工方法簡便，周期短，現場作業量小，對原構件外形尺寸影響小，且加固后對原結構外觀和原有凈空無顯著影響，但加固效果在很大程度上取決于膠粘工藝與操作水平，適用于承受靜力作用且處于正常濕度環境中的受彎或受拉構件的加固[4]。

3)置換加固法。此法先剔除原混凝土結構受力構件中需置換部位的混凝土，直至露出堅實的結構層，然后將結合面處理干凈，澆筑新的混凝土，新澆筑混凝土的水泥膠體在微膨脹劑的壓力下滲入原有結構構件，從而在水泥水化過程中粘結為一體。當置換界面部分的處理和施工符合相關規范要求時，其結合面可按整體工作計算，所以此法可用于新建工程混凝土質量不合格的返工處理，也可以用于已有混凝土承重結構受侵蝕、凍害、火災燒損以及地震、強風和人為破壞后的修復。該法也適用于承重構件受壓區混凝土強度偏低或有嚴重缺陷的局部加固。

4)外包型鋼加固法。外包鋼加固法是以型鋼(一般為角鋼)外包于構件四角(或兩角)的加固方法。外包鋼加固鋼筋混凝土梁一般應采用濕式外包法[4]，即采用環氧樹脂化灌漿等方法把型鋼與被加固構件粘結成一個整體。此方法受力可靠、施工簡便、現場工作量較小，但用鋼量較大，且不宜在無防護的情況下用于600℃以上高溫場所;適用于使用上不允許增大原構件截面尺寸，但又要求大幅度提高其承載能力的混凝土結構加固。

3.2 間接加固方法

1)預應力加固法。即采用外加預應力的鋼拉桿(分水平拉桿、下撐式拉桿和組合拉桿3種)或撐桿，對結構進行加固的方法。預應力加固法具有加固、卸載、改變結構內力的三重效果，適用于大跨度或重型結構的加固以及處于高應力、高應變狀態下的混凝土構件，但不能用于溫度在600℃以上環境中，也不宜用于混凝土收縮徐變大的結構[6，7]。

2)增加支撐加固法。該法通過增設支點來改變結構傳力途徑以達到加固的目的。用增加構件、增設支承點來減小受彎構件的計算跨度，減輕被加固構件的負擔，達到減少作用在被加固構件上的承載效應，提高結構承載水平的目的。此方法簡單可靠，適用于梁、板、桁架、網架等水平結構的加固，但易損害建筑物的原貌和使用功能，并可能減小使用空間。

3.3 新型加固方法

1)聚合物浸漬混凝土。此方法是一項純粹的化學加固技術，是指以普通混凝土為基材，以有機單位為浸漬液滲入混凝土內部并且聚合而成的一種有機—無機復合材料。此方法主要用于提高混凝土強度及耐久性，極大地改善混凝土的微觀力學結構，提高原混凝土基材的力學強度。施工過程完全不損傷原混凝土構件，不削弱原構件承載力，安全可靠;加固材料滲入混凝土內部，不存在應力滯后問題;不影響原構件外形尺寸。

2)玻璃鋼加固法。玻璃鋼是由玻璃纖維加環氧樹脂形成輕質高強度的新材料，具有自重輕，強度高，耐腐蝕，與混凝土線膨脹系數接近，使得二者能共同工作，施工方便，周期短，抗滲性好等優點。玻璃鋼具有耐腐蝕的優良特性，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行研究。

3)碳纖維加固法[8]。碳纖維增強塑料加固修補混凝土結構所用材料主要是碳纖維材料和粘貼用樹脂。此方法高強高效，能大幅度提高混凝土構件的承載力和延性，施工便捷，工效高，沒有濕作業，具有極佳的耐腐蝕性和耐久性，可抗拒常溫的酸、堿、鹽;適用面廣，不改變結構尺寸及外觀[9];施工質量易保證，質量輕且薄，自重增加少。但缺乏施工規范及設計標準，需要施工人員擅長于聚合物的技藝[10，11]。

4 目前混凝土結構加固亟待解決的問題

1)加強對加固基礎理論的研究。2)建立和完善混凝土結構加固的技術標準。3)重視加固技術的研究和交流。4)加強對新型加固材料和產品的技術研究與開發。

[1] 劉協生.關于混凝土結構和砌體結構加固的幾點見解[J].建筑與工程，2009(23):25-26.

[2] 過鎮海，時旭東.鋼筋混凝土原理和分析[M].北京:清華大學出版社，2005.

[3] 混凝土結構加固設計規范[M].北京:中國建筑工業出版社，2006.

[4] 徐 哲，段先慶.混凝土粘鋼結構加固應用[J].建筑結構，1998(9):102-103.

[5] 卓尚木.鋼筋混凝土結構事故分析與加固[M].北京:中國建筑工業出版社，1997.

[6] 史麗遠，鄭志東.體外預應力在加固工程中的應用研究[J].福建建筑，2002，76(1):12-13.

[7] 王海良，鄧 勇.體外預應力混凝土橋梁的發展現狀及探討[J].石家莊鐵道學院學報，1997(12):59-60.

[8] 逮彥秋，王勝報.碳纖維加固橋梁技術綜述[J].森林工程，2003，19(2):110-111.

[9] 謝 劍，趙 彤，王 亨.碳纖維加固鋼筋混凝土梁受彎承載力設計方法的研究[J].建筑技術，2002，33(6):99-100.

[10] 李 榮，胡孔國.碳纖維片材加固鋼筋混凝土梁受彎構件計算方法的探討[J].特種結構，2002，17(2):135-136.

[11] 趙 彤，謝 劍.碳纖維布加強混凝土結構新技術[M].天津:天津大學出版社，2001.