纤维增强复合材料是近20年来在土木工程中发展起来的的一类新型结构材料，由碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维等高性能纤维与树脂基体混合，经过一定的加工工艺复合而成，是具有高强度、高耐久性、可设计性强等特征的一类新型材料。

从上世纪五、六十年代，FRP就被尝试应用于民用建筑之中，从六十年代开始，日美和欧洲发达地区有关高等学校、科研院所和材料生产企业在FRP材料用于工程结构加固方面开始了研究和应用，并且取得了一些有效的成果。我国在土木工程中对FRP材料的研究与开发始于20世纪90年代中期，中冶建筑研究研究总院等单位开展了FRP应用于材料技术的研究，在FRP加固技术和设计理论方面，取得了一些创新性研究成果。

本文就FRP对于工程中混凝土结构加固修复的施工技术进行了系统的介绍，对外贴加固法、嵌入式加固法、预应力加固法、网格/格栅加固法和约束加固法进行了分析，最后对目前FRP加固应用技术的发展进行了总结。

2 FRP修复加固混凝土结构方法

FRP加固混凝土的材料主要是使用FRP片材、网格/格栅材和FRP筋，加固方式多种多样，按照加固位置可分为体外加固和体内加固，体外加固主要有外贴加固和约束加固，体内加固有嵌入式加固和网格/格栅加固；按照材料处理不同分为预应力加固和非预应力加固方法；按照加固的作用分为受弯加固方法、受压加固方法、受剪加固方法和抗震加固方法。无论哪种方法，都要求能够满足被加固结构物的加固要求进行设计施工，充分发挥纤维复合材的性能。以下对几种主要的方法进行了介绍。

2.1外贴加固法

外贴加固法主要是通过粘贴纤维增强复合材（主要是纤维织物片材和纤维板材）对混凝土结构进行修复加固，也叫做外贴纤维复合材料法。主要以碳纤维、玻璃纤维等复合材料为主，用结构胶粘贴于构件的主要受力部位，来提高截面受弯、受剪及混凝土抗压强度，从而达到加固的目的。

外贴加固法所使用的材料质量轻、强度高，施工简便、快捷，对于多种形状的结构物均可进行粘贴加固（可曲面或者是转折粘贴）。适用于因配筋不足的受弯及受拉构件加固，特别是简支梁板、无障碍的连续梁板加固。在应用上对于设计使用年限较长的新建工程外贴纤维复合材料法加固，应有可靠的防腐和附加锚固措施；对于框架结构加固，要有可靠的锚固和节点构造措施。

2.2嵌入式加固法

嵌入式加固法主要是利用FRP筋、条带型的FRP板材，在需要加固的构件表面开槽（混凝土保护层内），将FRP筋或条带型的FRP板材填入其中，利用粘结剂使FRP与构件紧密结合，达到构件抗剪和抗弯的目的。

嵌入式加固方法的特点是施工预处理工作量少，安装时间短；FRP材料因嵌粘在混凝土内而得到了保护，避免腐蚀、磨损和碰撞等不利影响，特别适合于桥面板和连续梁负弯矩区域的加固；能应用于外贴法难于施工的高温、高湿加固工程；安装时便于与相邻构件锚固。优势方面与FRP外贴法相比，该方法与混凝土的粘结表面积增加，提高了FRP的利用率和加固效率；减少了混凝土构件的表面处理工作量，提高了工作效率，且便于与相应构件锚固；用嵌入法可利用水泥基粘结剂取代环氧树脂，因而能应用于高温高湿的加固钢筋混凝土工程中。当被用来加固构件的负弯矩区域时，相比较其他加固方法更具优势。

2.3预应力加固法

预应力加固法主要是利用预应力纤维布、预应力纤维板和预应力纤维筋来进行设计加固的一种方法。由于非预应力加固技术对构件的刚度提高不大，无法有效的抑制构件的挠度变形和裂缝的扩展。为了充分发挥纤维复合材料的高强度优势，借鉴预应力混凝土结构技术的基本原理，才提出了预应力加固的技术。目前研究比较成熟的技术是预应力碳纤维布加固混凝土结构技术，有系统的设计、施工方法，在工程应用中已经得到实践，另外预应力碳纤维板加固也已经展开应用。

预应力加固能够充分发挥纤维增强材料高强度的优势。以预应力碳纤维布加固为例，预应力碳纤维布加固技术相比较普通碳纤维布加固方法有以下优势：可以充分利用碳纤维布轻质高强的特点，能够提高构件的开裂荷载、屈服荷载；可以缓解碳纤维布的应力滞后问题，限制钢筋应力的增长；可以有效延迟构件的开裂，限制裂缝的形成和发展，减少裂缝的宽度和挠度变形，明显改善结构的工作性能。

2.4网格/格栅加固法

网格加固法是将碳纤维、玻璃纤维或聚酰胺纤维等高性能连续纤维浸滞于耐腐蚀性良好的树脂中形成的整体的网格状物，通过锚栓固定于混凝土构件表面，然后再喷涂聚合物水泥砂浆使其与原有的混凝土形成整体，从而提高结构的承载能力及耐久性的方法。

网格加固法通过网格筋交叉部位的机械锚固作用保证其与混凝土协同工作，能够有效的保证结构一体工作。纤维网格材料轻且薄，网格交叉部位又在同一面，因此其断面比钢筋断面薄；宜于搬运，不需要起重机，不受施工场地的限制；无锈蚀，强化纤维由耐腐蚀性很好地树脂组合而成，不会发生腐蚀，尤其在寒冷地带耐寒，沿海地区抗盐；连续强化纤维双向分布，抗粘结滑移性能很好，再加上材料本身的高强度、高弹性性能的发挥，加固效果明显。

该技术可用于梁、板等构件底面进行抗弯加固、梁侧面进行抗剪加固、对桥墩等柱包裹进行抗震加固，也可用于隧道等曲面的加固，在新建结构中也可用于代替钢筋进行应用。

与外贴FRP片材加固方法相比，网格加固法除了都具有高强、耐腐蚀的特点之外，还具有以下优势：连续纤维双向分布，在机械锚固和聚合物砂浆的保护下，不宜发生与原混凝土层的剥离破坏，材料的性能得到充分的利用，加固效果明显；在聚合物砂浆的保护下，抗冲击性能、防火性能和耐久性能都有所提高；在进行抗弯加固时，还可以提高加固构件的刚度和抗裂性能；在新建结构中，可以代替钢筋用于一些防磁、防屏蔽、防爆的结构物中。

2.5约束加固法

约束加固法是指采用纤维增强复合材的环向围束来有效的约束混凝土侧向变形来改善其受压性能。该方法主要加固受压构件，加固方式也属于外贴加固法，但是具体的施工工艺因加固的要求不同而有差异。

由于FRP有着很高的强度质量比（质轻高强）、优越的耐腐蚀性能；加固后几乎不增加构件截面尺寸，在室内加固使用不会减少房间的使用面积，不改变房屋结构体系和空间布局，对结构功能影响较小；加固施工简单，不需大型设备等优点使得FRP约束加固混凝土柱成为一种有效的加固方法。

该方法适用于对偏心受压柱、轴心受压和桥墩的加固，经过粘贴FRP布加固的钢筋混凝土柱的承载能力和变形能力都会得到明显加强。

3施工过程及关键因素

3.1外贴加固法

外贴加固法在（CECS 146：2003）《碳纤维片材加固混凝土结构技术规程》( 2007 版)、（GB 50550-2010）《建筑结构加固工程施工质量验收规范》、（GB 50608-2010）《纤维增强复合材料建设工程应用技术规范》等规范中有具体的关于施工的规定。

外贴加固法施工工序一般为：施工准备→混凝土表面处理→配制并涂刷底胶→配制修补胶并对混凝土表面不平整处进行填补和修复处理→配制并涂刷结构胶粘剂→粘贴碳纤维片材→表面防护。

外贴加固法施工中对关键环节的施工要点进行控制。基层处理时，对于加固范围内缝宽大于等于0.15mm的混凝土裂缝，应按照设计要求先进行修复，剔除表层疏松混凝土至坚实层，对裸露钢筋表面进行除锈至露出金属光泽，按照设计要求采用比原结构高一级的混凝土或环氧砂浆或者环氧细石混凝土修复基层混凝土问题至原结构表面；底胶涂刷时要求纵横向、正反向反复涂刷以便底胶更好的渗入混凝土表层中；粘贴纤维布时用专用滚筒顺纤维方向多次滚压，挤除气泡，使胶液充分浸透碳纤维布。

3.2嵌入式加固法

嵌入式加固的施工工序一般是：结构表面按设计尺寸开槽→清理槽中的灰渣→在槽中注入树脂至1/2高度左右→将FRP材料植入槽中并轻轻按压→往槽中注入树脂至槽内充满树脂→待树脂固化后进行表面处理。

嵌入式加固施工中需要注意开槽、材料选择和速度方面的问题。在按照设计要求进行开槽的过程当中会对原结构造成损害，为了减轻对结构的损害，应该严格按照设计要求的方向和尺寸开槽，开槽的深度应该考虑所用材料的尺寸和混凝土保护层厚度，稍大于加固用FRP材料的尺寸。粘结材料的选用上通常要使用高触变性的树脂，以使施工比较容易，同时要求树脂的流动性不易过强，否则在仰视工作的环境下不利于施工；在实际施工过程中，可以使用水泥浆代替树脂，但前者要求接触面干燥而后者要求接触面湿润。在置入加固材料的过程中，注意轻轻按压材料至树脂中，保持一定的速率，避免在材料表面产生气泡，如此使其表面粘满树脂，有利于FRP材料与原结构的粘结。整个嵌入加固材料的过程，从拌胶到抹平耗时要根据树脂硬化时间来进行，避免树脂发生硬化，影响嵌入施工的质量。

3.3预应力加固法

在（GB 50367-2013）《混凝土结构加固设计规范》中有关于预应力碳纤维板加固的设计方法和施工要求规定。

目前预应力加固技术主要是预应力碳纤维布和预应力碳纤维板的加固技术。预应力加固技术的施工主要包括四个过程，即表面处理、张拉、粘贴、放张。

预应力碳纤维布施工技术是一种综合性较强的技术，加固效果受现场工人操作熟练程度的影响是比较大的，施工过程中需要对以下内容进行控制：张拉装置要固定牢靠，一般采用植筋或锚栓将设备固定在待加固构件上；施加预应力时要注意控制张拉速度，采用合理的张拉速度以获得理想的预应力水平；放张时要注意两端剪断碳纤维布应尽量同步；粘贴多层碳纤维布时，需等到上一层浸滞树脂表面指触干燥后再进行下一道工序的施工。预应力碳纤维板施工技术中要求锚固的锚具的张拉端和锚固端至少有一端为自由活动端；当张拉过程顺利且达到设计应力后，松开张拉装置，涂胶粘剂，然后二次张拉至设计应力值。

3.4网格/格栅加固法

FRP网格材加固的施工工序过程一般为：材料选择（FRP网格材和聚合物水泥砂浆）→混凝土基层处理→FRP网格安装→聚合物水泥砂浆配制→喷抹聚合物水泥砂浆→养护。

在施工过程中要注意对关键环节的控制，其中分为材料和施工两个方面。其一，在材料方面，要根据实际需要选择材料的粗细及网格尺寸的大小；聚合物水泥砂浆要有足够的粘结强度，确保与原混凝土有可靠的粘结；聚合物水泥砂浆必须能够与原混凝土变形协调，在结构要求的动荷载的作用下要满足疲劳性能和耐久性能；要注意配制水泥砂浆时严格按照配比和投料顺序进行。其二，在施工的环节当中，在FRP网格安装的过程中要注意锚钉的使用和网格材的搭接。用锚钉固定网格材在混凝土面上，避免产生空隙，在拧紧锚钉时采用橡胶垫保护纤维网格不被破坏；在搭接时要满足规定的搭接长度，用锚钉将搭接段的两端固定牢固，避免搭接部分成为薄弱部位。在喷抹聚合物水泥砂浆时，使用喷射施工对于有些交叉部位难以充实会有空隙产生，此时用镘刀进行填充、压实网格部位的空隙。

3.5约束加固法

约束加固法在（GB 50702-2011）《砌体结构加固设计规范》、（GB 50367-2013）《混凝土结构加固设计规范》有相关设计的规定。

约束加固施工工艺流程一般为：准备工作→基层处理工作(去除损伤劣化混凝土、钢筋除锈、修补裂缝、表面打平、将转角打磨成圆弧状) →涂敷基底树脂→涂刷浸润树脂→粘贴碳纤维布→表面整饰工作。

施工中要注意材料选择宽度不宜过大，避免粘贴时易出现褶皱；表面处理时对于矩形截面柱进行倒角处理并且打磨成设计规定的圆弧状，打磨平整；当混凝土表现凹凸不平时，应使用找平材料将问题部位填补找平。涂刷底胶后用树脂腻子找平时要认真操作，避免贴布时出现褶皱现象。缠绕粘贴纤维布过程中要求平整顺直，不得有皱折和位置偏差，使用滚筒沿着纤维布纤维方向多次滚压挤出气泡，确保混凝土表面和纤维布紧密粘贴。下一层施工之前在上一次表面涂刷浸润树脂，然后再按照上述施工工艺进行贴布，最后一层施工完毕后，在表面涂刷一层胶粘剂，然后用薄膜布覆盖养护。

4.结语

本文就目前常见的FRP应用修复加固混凝土结构方法的特点、施工过程以及标准、规范方面进行分析，总结以下几点：

1、目前应用FRP加固技术单一，主要使用外贴加固法，其他方法应用较少。因此，工程应用上需要推广使用更加有效的加固技术，提高施工该技术工人的综合能力，更好的发挥FRP材料的优势。

2、FRP加固混凝土结构的方法虽然在理论上比较完整，但是大部分研究还局限于研究上，具体规定到标准、规范中还要进一步研究。例如FRP应用相关设计规范局限于外贴加固法和约束加固方法，预应力FRP加固技术方面目前只有《混凝土结构加固设计规范》（GB 50367-2013）中涉及关于预应力碳纤维板的加固技术。同时，对应的施工技术及检验验收方面的标准、规范（比如预应力纤维布加固技术、嵌入式加固技术及网格/格栅加固技术等）也亟需在相关的设计标准出台后及时发布，以满足工程施工的应用。

3、FRP技术发展迅速，但是将这些技术标准化的过程比较滞后，需要更多的施工、科研人员投入到标准制定过程当中，为FRP应用加固技术的发展贡献力量。

4、FRP修复加固混凝土结构的技术还在不断发展，随着FRP材料和加固技术研究的深入，预应力FRP筋加固混凝土结构及预应力FRP筋嵌入式加固混凝土结构技术等方法也会逐渐成熟。

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