本發明涉及現有建筑結構的維修加固技術領域，具體地說是一種復合加固層與原混凝土梁能夠協調工作且截面尺寸變化小、對結構凈空和外觀影響小、整體抗震性能好的纖維增強高阻尼聚合物混凝土外包碳纖維布復合加固方法。
背景技術：
由于材料老化、環境侵蝕等自然因素，施工出錯、偷工減料等人為因素，功能要求改變以及火災、地震等災害作用，大量房屋需要改造。若采取推倒重建的方式，耗資巨大為我國目前經濟情況所不容，較合理的方式是在正確評價的基礎上，進行維修加固。因此，既有建筑結構的維修、加固是目前各國都十分關注的問題。
目前廣泛采用的建筑結構加固方法主要有：混凝土受拉區增補鋼筋法；施加體外預應力法；增加構件截面法；外包鋼加固法；粘鋼加固法；外貼FRP加固法。這些加固方法從一定程度上可以提高結構的承載力，提高抗震性能，但各有不足:施加體外預應力法、外包鋼加固法由于錨固節點區受力復雜，構造處理比較困難，因而對施工要求比較高；受拉區增補鋼筋、粘鋼加固法由于鋼材外露易銹蝕所以無法應用于濕度較大的地區；增加構件截面法雖然不存在節點處理復雜和鋼材銹蝕的問題，但是截面高度增加會影響美觀以及結構凈空；目前廣泛應用的FRP加固法雖然施工方便，但是由于FRP本身延性較差，故易發生FRP端部的剝離破壞，實際使用率僅為30%，并且加固后的結構變形性能下降，不利于地震作用下的耗能。
技術實現要素：
本發明的目的是針對現有技術存在的問題，提供一種復合加固層與原混凝土梁能夠協調工作且截面尺寸變化小、對結構凈空和外觀影響小、整體抗震性能好的纖維增強高阻尼聚合物混凝土外包碳纖維布復合加固方法。
本發明的目的是通過以下技術方案解決的：
一種纖維增強高阻尼聚合物混凝土外包碳纖維布復合加固方法，其特征在于：該方法的步驟如下：
a、原混凝土梁處理：清除原混凝土梁的外表面，使得原混凝土梁的結構層外露并到達其骨料面；
b、綁扎增強體：在原混凝土梁的骨料面上放線、鉆孔、清孔，用植筋膠植入剪切銷釘并綁扎鋼筋網作為復合加固層的骨架；
c、涂抹纖維增強高阻尼聚合物混凝土材料：在原混凝土梁的骨料面上涂抹界面劑后涂抹纖維增強高阻尼聚合物混凝土材料到達設計厚度；
d、粘貼碳纖維布：養護后在纖維增強高阻尼聚合物混凝土加固層的表面涂刷粘結劑并粘貼碳纖維布，即完成對原混凝土梁的加固。
所述步驟（a）中的原混凝土梁處理需要將原混凝土梁的表面裝飾層剔掉，使原混凝土梁的混凝土結構層外露，然后去除混凝土結構層表面的雜質，同時鑿毛處理到達混凝土結構層的骨料面。
所述步驟（b）中的鉆孔、清孔的具體要求為：鉆孔時須保證鉆機、鉆頭與基材表面垂直以保證孔徑與孔深尺寸準確；清孔時先用剛刷清孔，然后用棉絲擦拭孔壁三次，最后用脫脂棉絲蘸丙酮擦拭三次，直至鉆孔中的碎渣和粉屑完全清理干凈。
清孔后至多6小時內若不進行植筋施工則應將孔口封閉。
所述步驟（b）中的注膠、植筋的具體要求為：將注膠嘴伸入孔底，注射一次后退一下以排出孔內空氣，孔內注膠到達80%即可，以確保膠液不外流且注膠結束后應立即植筋；將剪切銷釘緩慢地旋轉插至孔底以免出現氣泡。
所述步驟（c）中的纖維增強高阻尼聚合物混凝土材料的組分包括：水泥、水、粉煤灰、砂、聚合物添加劑、纖維和高效減水劑、消泡劑、分散劑，其中按質量比為水泥：水：粉煤灰：砂=1：（0.45～0.70）：（0.50～1.20）：（1.00～2.20）選擇水泥、水、粉煤灰、砂，按水泥和粉煤灰質量用量的7～16%選取聚合物添加劑，按水泥和粉煤灰質量用量的0.8～1.8%選取高效減水劑，按水泥和粉煤灰質量用量的0.5%～1.2%選取消泡劑，按水泥和粉煤灰質量用量的0.15～0.32%選取分散劑，纖維為PVA纖維，按水、水泥、粉煤灰及砂的總體積的0.8%～2.5%選取PVA纖維；將上述原料按比例配置后攪拌均勻即可得到纖維增強高阻尼聚合物混凝土。
所述的水泥采用海螺牌P.O 42.5級普通硅酸鹽水泥；粉煤灰采用I級粉煤灰；砂采用細度模數為1.6～2.2的普通河沙；水采用密度為 1.0g/cm3、符合《混凝土用水標準》（JGJ63-2006）要求的普通自來水；聚合物添加劑采用羧基丁苯乳液或丙烯酸共聚乳液；纖維采用彈性模量42Gpa、長徑比7%的PVA纖維；分散劑采用十二烷基苯磺酸鈉；高效減水劑采用減水率為20～35%的聚羧酸減水劑；消泡劑采用磷酸三丁酯、聚丙烯酸酯、硅烷銅聚醚中的一種。
所述步驟（c）中的纖維增強高阻尼聚合物混凝土材料涂抹的詳細步驟為：先在鑿毛處理后的原混凝土梁的骨料面上涂抹界面劑；然后分三層涂抹纖維增強高阻尼聚合物混凝土材料：涂抹第一層時保證鋼筋網與骨料面之間的空隙填實，初凝后涂抹第二層；涂抹第二層時保證鋼筋網被完全覆蓋，初凝后涂抹第三層；涂抹第三層時保證纖維增強高阻尼聚合物混凝土的三層厚度到達設計厚度25mm-50mm。
所述步驟（c）中的界面劑采用環氧膠粘劑；所述步驟（d）中的粘結劑采用A、B雙組分環氧類膠粘劑。
所述步驟（d）中的粘貼碳纖維布的要求為：涂刷底層粘結劑后立即將預先裁剪好的碳纖維布均勻地敷設在底層粘結劑上；用橡膠圓筒沿纖維方向滾壓或刮平以排除氣泡和多余的膠液，使粘結劑充分滲透碳纖維布并與纖維增強高阻尼聚合物混凝土材料牢固粘結。
本發明相比現有技術有如下優點：
本發明充分利用了纖維增強高阻尼聚合物混凝土的輕質高耗能、高韌性、抗震性能優越、耐久性好的特點，PVA纖維的橋接作用使得復合加固層在承受荷載發生破壞的過程中，表現出“多縫開裂”以及“應變硬化”的特點，加固層中纖維增強高阻尼聚合物混凝土上產生的每條微裂縫不超過100微米，因此使用纖維增強高阻尼聚合物混凝土加固可以提高混凝土梁的承載力，減輕混凝土梁的開裂剝落。
本發明中的復合加固層將常規擴大截面法和粘貼碳纖維布加固法結合起來，高延性的纖維增強高阻尼聚合物混凝土與碳纖維布由于變形性能接近，故在工作中能夠協同變形，緩解了普通混凝土與碳纖維布之間的粘結滑移問題，使得碳纖維布的高強特性能夠得到充分發揮。另一方面，在大位移和大荷載作用下，加固后的混凝土梁能夠、產生較大變形并保持較好的整體性，剛度退化也得到了推遲，因而解決了普通碳纖維布粘貼加固法對混凝土梁變形能力的不利影響，大幅提高了抗震能力；同時本加固方法對于混凝土梁的截面影響不大，因此減輕了普通擴大截面法對結構凈空和外觀的影響。
本發明的復合加固方法利用了纖維增強高阻尼聚合物混凝土良好的變形能力與抗震耗能能力以及碳纖維布超高的強度，因此加固后的混凝土梁具有以下優點：（1）截面尺寸變化小，對結構凈空和外觀影響小；（2）復合加固層與原混凝土梁能夠協調工作，整體抗震性能好；（3）碳纖維布性能得到充分發揮，實用經濟；（4）構造簡單，施工方便，質量容易得到保證，易于推廣。
具體實施方式
下面結合實施例對本發明作進一步的說明。
一種纖維增強高阻尼聚合物混凝土外包碳纖維布復合加固方法，該方法的步驟如下：a、原混凝土梁處理：清除原混凝土梁的外表面，使得原混凝土梁的結構層外露并到達其骨料面；b、綁扎增強體：在原混凝土梁的骨料面上放線、鉆孔、清孔，用植筋膠植入剪切銷釘并綁扎鋼筋網作為復合加固層的骨架；c、涂抹纖維增強高阻尼聚合物混凝土材料：在原混凝土梁的骨料面上涂抹界面劑后涂抹纖維增強高阻尼聚合物混凝土材料到達設計厚度；d、粘貼碳纖維布：養護后在纖維增強高阻尼聚合物混凝土加固層的表面涂刷粘結劑并粘貼碳纖維布，即完成對原混凝土梁的加固。上述方法中采用的纖維增強高阻尼聚合物混凝土材料的組分包括：水泥、水、粉煤灰、砂、聚合物添加劑、纖維和高效減水劑、消泡劑、分散劑，其中按質量比為水泥：水：粉煤灰：砂=1：（0.45～0.70）：（0.50～1.20）：（1.00～2.20）選擇水泥、水、粉煤灰、砂，按水泥和粉煤灰質量用量的7～16%選取聚合物添加劑，按水泥和粉煤灰質量用量的0.8～1.8%選取高效減水劑，按水泥和粉煤灰質量用量的0.5%～1.2%選取消泡劑，按水泥和粉煤灰質量用量的0.15～0.32%選取分散劑，纖維為PVA纖維，按水、水泥、粉煤灰及砂的總體積的0.8%～2.5%選取PVA纖維；將上述原料按比例配置后攪拌均勻即可得到纖維增強高阻尼聚合物混凝土。其中水泥采用海螺牌P.O 42.5級普通硅酸鹽水泥；粉煤灰采用I級粉煤灰；砂采用細度模數為1.6～2.2的普通河沙；水采用密度為 1.0g/cm3、符合《混凝土用水標準》（JGJ63-2006）要求的普通自來水；聚合物添加劑采用羧基丁苯乳液或丙烯酸共聚乳液；纖維采用彈性模量42Gpa、長徑比7%的PVA纖維；分散劑采用十二烷基苯磺酸鈉，也叫四聚丙烯基苯磺酸鈉，是一種白色粉粉末固體，其溶于水會變成半透明溶液，主要用作于陰離子型的表面活性劑；高效減水劑采用減水率為20～35%的聚羧酸減水劑，其外觀是黃色透明油狀的液體；消泡劑采用磷酸三丁酯、聚丙烯酸酯、硅烷銅聚醚中的一種。
下面通過詳細描述該復合加固方法并列出具體要求來進一步說明本發明提供的技術方案：
一種纖維增強高阻尼聚合物混凝土外包碳纖維布復合加固方法，詳細步驟和具體要求如下：a、原混凝土梁處理：用手錘敲擊鋼釬將將原混凝土梁的表面裝飾層剔掉，使原混凝土梁的混凝土結構層外露，然后去除混凝土結構層表面的雜質，同時鑿毛處理到達混凝土結構層的骨料面；
b、綁扎增強體：在原混凝土梁的骨料面上放線、鉆孔、清孔，用植筋膠植入剪切銷釘并在放線處綁扎鋼筋網作為復合加固層的骨架；其中鉆孔、清孔的具體要求為：鉆孔采用德國進口GBH5-38D型電鉆，鉆孔時須保證鉆機、鉆頭與基材表面垂直以保證孔徑與孔深尺寸準確，在鉆孔過程中如果鉆機突然停止或鉆頭不前進時，說明鉆頭遇到鋼筋，可適當錯位以避開混凝土梁內部鋼筋；清孔先用剛刷清孔，然后用棉絲擦拭孔壁三次，最后用脫脂棉絲蘸丙酮擦拭三次，直至鉆孔中的碎渣和粉屑完全清理干凈，且清孔后必須保證孔壁干燥，否則必須用吹分機吹干孔壁，如清孔后6小時內若不進行植筋施工，應用干凈的棉絲將孔口封閉，以防止粉塵或沙粒進入；注膠、植筋的具體要求為：保證排出注膠器管口的膠液有適當的濃度，然后將注膠嘴伸入孔底，注射一次后退一下以排出孔內空氣，孔內注膠到達80%即可以確保膠液不外流，注膠結束后應立即植筋；剪切銷釘插入孔內的部分要保持干燥，清潔，無嚴重銹蝕，將剪切銷釘緩慢地旋轉插至孔底，以免出現氣泡，如剪切銷釘插入后有氣泡產生，說明孔內膠體不實，應重新注膠；
c、涂抹纖維增強高阻尼聚合物混凝土材料：在原混凝土梁的骨料面上涂抹界面劑后涂抹纖維增強高阻尼聚合物混凝土材料到達設計厚度，界面劑采用由環氧微乳液制成且外觀為乳白色膠液的環氧膠粘劑；纖維增強高阻尼聚合物混凝土材料涂抹的詳細步驟為：先在鑿毛處理后的原混凝土梁的骨料面上涂抹界面劑；然后分三層涂抹纖維增強高阻尼聚合物混凝土材料：涂抹第一層時保證鋼筋網與骨料面之間的空隙填實，初凝后涂抹第二層；涂抹第二層時保證鋼筋網被完全覆蓋，初凝后涂抹第三層；涂抹第三層時保證纖維增強高阻尼聚合物混凝土的三層厚度到達設計厚度25mm-50mm；
d、粘貼碳纖維布：養護7-10天后在纖維增強高阻尼聚合物混凝土加固層的表面涂刷粘結劑并粘貼碳纖維布，即完成對原混凝土梁的加固，其中粘結劑采用A、B雙組分環氧類膠粘劑，粘貼碳纖維布的要求為：涂刷底層粘結劑后立即將預先裁剪好的碳纖維布均勻地敷設在底層粘結劑上；用橡膠圓筒沿纖維方向滾壓或刮平以排除氣泡和多余的膠液，使粘結劑充分滲透碳纖維布并與纖維增強高阻尼聚合物混凝土材料牢固粘結，滾壓時注意不能損壞碳纖維布。
如圖1所示：上述復合加固方法中，加固后得到的混凝土梁主要由內部的原混凝土梁結構層和內層纖維增強高阻尼聚合物混凝土基體、中間層纖維增強高阻尼聚合物混凝土基體、外層纖維增強高阻尼聚合物混凝土基體、剪切銷釘、鋼筋網、碳纖維布構成的復合加固層組成。原混凝土梁結構層為經過表面處理且露出骨料面的原混凝土梁，纖維增強高阻尼聚合物混凝土、碳纖維布復合加固層是以三層纖維增強高阻尼聚合物混凝土（內層纖維增強高阻尼聚合物混凝土基體、中間層纖維增強高阻尼聚合物混凝土基體、外層纖維增強高阻尼聚合物混凝土基體）為基體、鋼筋網為內部增強體、碳纖維布為表面增強體；鋼筋網通過剪切銷釘與原混凝土梁結構層相連接；碳纖維布利用粘結劑與纖維增強高阻尼聚合物混凝土固定粘結。
下面通過實驗舉例來說明本發明采用的纖維增強高阻尼聚合物混凝土材料具備的高裂縫控制能力、能量吸收能力以及高韌性等多項性能。
水泥采用海螺牌P.O 42.5級普通硅酸鹽水泥；粉煤灰采用I級粉煤灰；砂采用細度模數為1.6～2.2的普通河沙；水采用密度為 1.0g/cm3、符合《混凝土用水標準》（JGJ63-2006）要求的普通自來水；聚合物添加劑采用丙烯酸共聚乳液；纖維采用彈性模量42Gpa、長徑比7%的PVA纖維（聚乙烯醇纖維）；分散劑采用十二烷基苯磺酸鈉；高效減水劑采用減水率為35%的聚羧酸減水劑；消泡劑采用硅烷銅聚醚。
按質量比為水泥：水：粉煤灰：砂1：0.55：0.6：1.8選擇水泥、水、粉煤灰、砂，按水泥和粉煤灰質量用量的7%選取聚合物添加劑，按水泥和粉煤灰質量用量的0.8%選取高效減水劑，按水泥和粉煤灰質量用量的1.05%選取消泡劑，按水泥和粉煤灰質量用量的0.30%選取分散劑，按水、水泥、粉煤灰及砂的總體積的1.8%選取PVA纖維；將上述原料按比例配置后攪拌均勻即可得到纖維增強高阻尼聚合物混凝土。
拉伸試驗中：極限拉應變和極限應力分別為2.22%和3.3Mpa，分別是純基體的20.2倍和2.84倍。阻尼比試驗：采用懸臂梁的自由衰減法，在懸臂梁的自由端方式下，敲擊自由端，利用自由衰減曲線測出復合水泥基的對數衰減率以及阻尼比；纖維增強高阻尼聚合物混凝土較純基體的阻尼比提高了31.02%，實際阻尼比具體數值為6.8%。纖維之所以可以提高材料的阻尼性能是因為：當PVA纖維分散在基體中的時候，纖維與基體有一定的界面結合，在強迫運動下會產生界面的滑移摩擦，是一個機械能轉化為摩擦熱能的過程。
本發明充分利用了纖維增強高阻尼聚合物混凝土的輕質高耗能、高韌性、抗震性能優越、耐久性好的特點，PVA纖維的橋接作用使得復合加固層在承受荷載發生破壞的過程中，表現出“多縫開裂”以及“應變硬化”的特點，加固層中纖維增強高阻尼聚合物混凝土上產生的每條微裂縫不超過100微米，因此使用纖維增強高阻尼聚合物混凝土加固可以提高混凝土梁的承載力，減輕混凝土梁的開裂剝落。
本發明中的復合加固層將常規擴大截面法和粘貼碳纖維布加固法結合起來，高延性的纖維增強高阻尼聚合物混凝土與碳纖維布由于變形性能接近，故在工作中能夠協同變形，緩解了普通混凝土與碳纖維布之間的粘結滑移問題，使得碳纖維布的高強特性能夠得到充分發揮。另一方面，在大位移和大荷載作用下，加固后的混凝土梁能夠、產生較大變形并保持較好的整體性，剛度退化也得到了推遲，因而解決了普通碳纖維布粘貼加固法對混凝土梁變形能力的不利影響，大幅提高了抗震能力；同時本加固方法對于混凝土梁的截面影響不大，因此減輕了普通擴大截面法對結構凈空和外觀的影響。
本發明的復合加固方法利用了纖維增強高阻尼聚合物混凝土良好的變形能力與抗震耗能能力以及碳纖維布超高的強度，因此加固后的混凝土梁具有以下優點：（1）截面尺寸變化小，對結構凈空和外觀影響小；（2）復合加固層與原混凝土梁能夠協調工作，整體抗震性能好；（3）碳纖維布性能得到充分發揮，實用經濟；（4）構造簡單，施工方便，質量容易得到保證，易于推廣。
以上實施例僅為說明本發明的技術思想，不能以此限定本發明的保護范圍，凡是按照本發明提出的技術思想，在技術方案基礎上所做的任何改動，均落入本發明保護范圍之內；本發明未涉及的技術均可通過現有技術加以實現。