新型混凝土材料在建筑主体结构加固工程中的应用研究

曲涛

青岛辰坤索菲亚酒店有限公司 山东青岛 266000

摘要：随着国内既有建筑服役年限不断增加，建筑主体结构受荷载疲劳、环境侵蚀等因素影响，出现承载力不足、结构开裂等安全问题的比例逐年上升，传统加固材料存在自重大、施工难度大、耐久性不足等缺陷，难以满足现代加固工程的要求。本文针对纤维增强混凝土、超高韧性水泥基复合材料、活性粉末混凝土三种主流新型混凝土加固材料的性能特点进行分析，结合建筑主体结构加固的实际场景，探讨不同材料的适用范围与应用工艺，总结新型混凝土材料应用的技术优势与现存问题，为建筑主体结构加固工程的材料选型与施工应用提供参考。研究表明，新型混凝土材料凭借优异的力学性能与耐久性，能够有效提升加固后结构的整体性能，在既有建筑加固领域具备广阔的应用前景。

关键词：新型混凝土；结构加固；建筑工程

一、引言

我国城镇化建设已经从大规模新建阶段逐步转向新建与加固改造并重的阶段，据住房和城乡建设部不完全统计，国内现有约70%的城镇建成房屋服役年限超过20年，其中近30%的建筑主体结构存在不同程度的损伤，需要通过加固处理恢复或提升结构承载力，保障建筑使用安全。传统建筑结构加固多采用增大截面法、外包钢法等工艺，所用材料为普通混凝土或钢材，存在加固后结构自重增加明显、对原有建筑使用空间影响大、耐腐蚀性能差等问题，在很多复杂加固场景中适用性不足。

近年来，新型混凝土材料研发取得了突破性进展，多种具备高强度、高韧性、高耐久性的新型混凝土材料被逐步应用到结构加固工程中，不仅能够有效解决传统加固材料的缺陷，还能够缩短施工周期、降低对建筑正常使用的影响。因此，梳理新型混凝土材料的性能特点，总结其在建筑主体结构加固中的应用要点，对推动加固工程技术升级具备重要的现实意义。

二、主流新型混凝土材料的性能特点

2.1 纤维增强混凝土

纤维增强混凝土是以普通水泥混凝土为基体，掺入短切钢纤维、聚丙烯纤维或碳纤维等分散性纤维得到的改性混凝土材料。纤维材料在混凝土内部形成三维乱向支撑体系，能够有效抑制混凝土内部原生裂缝的扩展，显著提升混凝土的抗拉强度、抗裂性与韧性。相较于普通混凝土，纤维增强混凝土的抗拉强度可提升30%~80%，抗冲击强度提升2倍以上，同时收缩率降低40%左右，耐久性明显提升。在结构加固中，纤维增强混凝土常用于既有混凝土板、梁的受弯区加固，其与原有混凝土基体的粘结性能良好，不需要大规模改动原有结构即可实现承载力提升。

2.2 超高韧性水泥基复合材料

超高韧性水泥基复合材料（UHTCC）是一种经过配合比优化设计的高性能复合材料，其极限拉伸应变可以达到3%~5%，是普通混凝土的100倍以上，具备明显的应变硬化特性与多裂缝开裂特征。UHTCC的密实度高，抗渗性与抗碳化能力远优于普通混凝土，同时与钢材、原有混凝土基体的粘结强度高，能够实现协同受力。在加固工程中，UHTCC可以采用薄层加固工艺，加固层厚度仅需要20~30mm即可达到传统混凝土加固层50~100mm的加固效果，对建筑使用空间的影响极小，尤其适合用于住宅建筑、公共建筑的主体结构加固改造。

2.3 活性粉末混凝土

活性粉末混凝土（RPC）是通过去除粗骨料、优化颗粒级配、掺入活性掺合料与钢纤维得到的超高强混凝土材料，其抗压强度可以达到150~800MPa，抗拉强度可以达到8~30MPa，同时具备优异的耐磨性、抗腐蚀性与抗渗透性能。RPC的早期强度增长快，常温养护3天即可达到设计强度的80%以上，能够大幅缩短加固工程的施工周期。不过RPC的材料成本较高，目前主要应用于大跨度梁、柱等承重力要求较高的关键主体构件加固。

三、新型混凝土材料在建筑主体结构加固中的应用工艺

在梁、板受弯构件加固中，通常采用薄层外包加固工艺，对于承载力提升幅度在20%~40%的受弯构件，可在构件受拉区浇筑15~30mm厚的新型混凝土加固层。施工过程中首先需要对原有构件表面进行凿毛处理，清除表面浮浆与松动骨料，涂刷界面粘结剂后再浇筑新型混凝土，利用新型混凝土的高抗拉强度与韧性提升构件的受弯承载力与抗裂性能。相较于传统的粘钢加固法，新型混凝土加固的耐久性更好，不需要后期进行防锈维护，综合运维成本更低。

在柱构件受压加固中，对于轴心受压或小偏心受压柱，可采用全截面外包新型混凝土加固工艺，活性粉末混凝土或纤维增强混凝土凭借高强度特性，能够有效约束柱芯混凝土的横向变形，显著提升柱构件的受压承载力，同时加固后的截面尺寸增加幅度仅为传统增大截面法的30%~50%，减少了对建筑使用空间的侵占。对于偏心受压柱，可在偏心受拉侧采用超高韧性水泥基复合材料薄层加固，在提升承载力的同时控制结构自重的增加幅度。

在墙体结构加固中，对于存在开裂、承载力不足的砌体或混凝土剪力墙，可采用双侧或单侧喷射新型混凝土面层加固，纤维增强混凝土的抗裂性能优异，能够有效控制墙体裂缝的扩展，提升墙体的抗剪承载力与整体性。相较于普通混凝土喷射加固，新型混凝土喷射层的厚度更薄，施工速度更快，对建筑原有装修的破坏更小，适合用于既有建筑的抗震加固改造。

四、新型混凝土材料应用存在的问题

尽管新型混凝土材料的性能优势明显，但其在工程应用中仍存在一些亟待解决的问题。首先是材料成本较高，活性粉末混凝土、超高韧性水泥基复合材料的价格是普通混凝土的3~8倍，导致加固工程的整体造价上升，限制了其大规模推广应用。其次是设计规范与施工标准不完善，目前国内针对新型混凝土材料加固的设计计算方法还没有形成统一的标准，很多工程只能依靠经验进行设计，存在一定的安全隐患。此外，新型混凝土材料的施工工艺要求更高，例如活性粉末混凝土对拌和、养护的要求更严格，普通施工队伍的技术水平难以满足要求，容易出现质量问题。

五、结论

新型混凝土材料凭借优异的力学性能、抗裂性与耐久性，能够有效解决传统加固材料自重大、耐久性差、空间占用多等缺陷，在建筑主体结构加固工程中具备明显的技术优势。纤维增强混凝土适合用于普通梁、板、墙的常规加固，超高韧性水泥基复合材料适合用于对空间要求严格的薄层加固场景，活性粉末混凝土适合用于大荷载关键构件的加固。未来随着新型混凝土材料生产成本的逐步降低，相关设计与施工标准的不断完善，新型混凝土材料必将成为建筑主体结构加固领域的主流材料，推动我国既有建筑加固改造行业的技术升级。针对现存问题，相关行业应当加快开展新型混凝土加固的基础研究，完善技术标准体系，加强施工人员技术培训，进一步推动新型混凝土材料的规模化应用。

参考文献

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[2] 徐世烺, 李庆华. 超高韧性水泥基复合材料在高性能建筑结构中的基本应用[J]. 建筑结构学报, 2010, 31(12): 10-18.

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