本发明涉及现有建筑结构的维修加固技术领域，具体地说是一种复合加固层与原混凝土梁能够协调工作且截面尺寸变化小、对结构净空和外观影响小、整体抗震性能好的纤维增强高阻尼聚合物混凝土外包碳纤维布复合加固方法。
背景技术：
由于材料老化、环境侵蚀等自然因素，施工出错、偷工减料等人为因素，功能要求改变以及火灾、地震等灾害作用，大量房屋需要改造。若采取推倒重建的方式，耗资巨大为我国目前经济情况所不容，较合理的方式是在正确评价的基础上，进行维修加固。因此，既有建筑结构的维修、加固是目前各国都十分关注的问题。
目前广泛采用的建筑结构加固方法主要有：混凝土受拉区增补钢筋法；施加体外预应力法；增加构件截面法；外包钢加固法；粘钢加固法；外贴FRP加固法。这些加固方法从一定程度上可以提高结构的承载力，提高抗震性能，但各有不足:施加体外预应力法、外包钢加固法由于锚固节点区受力复杂，构造处理比较困难，因而对施工要求比较高；受拉区增补钢筋、粘钢加固法由于钢材外露易锈蚀所以无法应用于湿度较大的地区；增加构件截面法虽然不存在节点处理复杂和钢材锈蚀的问题，但是截面高度增加会影响美观以及结构净空；目前广泛应用的FRP加固法虽然施工方便，但是由于FRP本身延性较差，故易发生FRP端部的剥离破坏，实际使用率仅为30%，并且加固后的结构变形性能下降，不利于地震作用下的耗能。
技术实现要素：
本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种复合加固层与原混凝土梁能够协调工作且截面尺寸变化小、对结构净空和外观影响小、整体抗震性能好的纤维增强高阻尼聚合物混凝土外包碳纤维布复合加固方法。
本发明的目的是通过以下技术方案解决的：
一种纤维增强高阻尼聚合物混凝土外包碳纤维布复合加固方法，其特征在于：该方法的步骤如下：
a、原混凝土梁处理：清除原混凝土梁的外表面，使得原混凝土梁的结构层外露并到达其骨料面；
b、绑扎增强体：在原混凝土梁的骨料面上放线、钻孔、清孔，用植筋胶植入剪切销钉并绑扎钢筋网作为复合加固层的骨架；
c、涂抹纤维增强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剂后涂抹纤维增强高阻尼聚合物混凝土材料到达设计厚度；
d、粘贴碳纤维布：养护后在纤维增强高阻尼聚合物混凝土加固层的表面涂刷粘结剂并粘贴碳纤维布，即完成对原混凝土梁的加固。
所述步骤（a）中的原混凝土梁处理需要将原混凝土梁的表面装饰层剔掉，使原混凝土梁的混凝土结构层外露，然后去除混凝土结构层表面的杂质，同时凿毛处理到达混凝土结构层的骨料面。
所述步骤（b）中的钻孔、清孔的具体要求为：钻孔时须保证钻机、钻头与基材表面垂直以保证孔径与孔深尺寸准确；清孔时先用刚刷清孔，然后用棉丝擦拭孔壁三次，最后用脱脂棉丝蘸丙酮擦拭三次，直至钻孔中的碎渣和粉屑完全清理干净。
清孔后至多6小时内若不进行植筋施工则应将孔口封闭。
所述步骤（b）中的注胶、植筋的具体要求为：将注胶嘴伸入孔底，注射一次后退一下以排出孔内空气，孔内注胶到达80%即可，以确保胶液不外流且注胶结束后应立即植筋；将剪切销钉缓慢地旋转插至孔底以免出现气泡。
所述步骤（c）中的纤维增强高阻尼聚合物混凝土材料的组分包括：水泥、水、粉煤灰、砂、聚合物添加剂、纤维和高效减水剂、消泡剂、分散剂，其中按质量比为水泥：水：粉煤灰：砂=1：（0.45～0.70）：（0.50～1.20）：（1.00～2.20）选择水泥、水、粉煤灰、砂，按水泥和粉煤灰质量用量的7～16%选取聚合物添加剂，按水泥和粉煤灰质量用量的0.8～1.8%选取高效减水剂，按水泥和粉煤灰质量用量的0.5%～1.2%选取消泡剂，按水泥和粉煤灰质量用量的0.15～0.32%选取分散剂，纤维为PVA纤维，按水、水泥、粉煤灰及砂的总体积的0.8%～2.5%选取PVA纤维；将上述原料按比例配置后搅拌均匀即可得到纤维增强高阻尼聚合物混凝土。
所述的水泥采用海螺牌P.O 42.5级普通硅酸盐水泥；粉煤灰采用I级粉煤灰；砂采用细度模数为1.6～2.2的普通河沙；水采用密度为 1.0g/cm3、符合《混凝土用水标准》（JGJ63-2006）要求的普通自来水；聚合物添加剂采用羧基丁苯乳液或丙烯酸共聚乳液；纤维采用弹性模量42Gpa、长径比7%的PVA纤维；分散剂采用十二烷基苯磺酸钠；高效减水剂采用减水率为20～35%的聚羧酸减水剂；消泡剂采用磷酸三丁酯、聚丙烯酸酯、硅烷铜聚醚中的一种。
所述步骤（c）中的纤维增强高阻尼聚合物混凝土材料涂抹的详细步骤为：先在凿毛处理后的原混凝土梁的骨料面上涂抹界面剂；然后分三层涂抹纤维增强高阻尼聚合物混凝土材料：涂抹第一层时保证钢筋网与骨料面之间的空隙填实，初凝后涂抹第二层；涂抹第二层时保证钢筋网被完全覆盖，初凝后涂抹第三层；涂抹第三层时保证纤维增强高阻尼聚合物混凝土的三层厚度到达设计厚度25mm-50mm。
所述步骤（c）中的界面剂采用环氧胶粘剂；所述步骤（d）中的粘结剂采用A、B双组分环氧类胶粘剂。
所述步骤（d）中的粘贴碳纤维布的要求为：涂刷底层粘结剂后立即将预先裁剪好的碳纤维布均匀地敷设在底层粘结剂上；用橡胶圆筒沿纤维方向滚压或刮平以排除气泡和多余的胶液，使粘结剂充分渗透碳纤维布并与纤维增强高阻尼聚合物混凝土材料牢固粘结。
本发明相比现有技术有如下优点：
本发明充分利用了纤维增强高阻尼聚合物混凝土的轻质高耗能、高韧性、抗震性能优越、耐久性好的特点，PVA纤维的桥接作用使得复合加固层在承受荷载发生破坏的过程中，表现出“多缝开裂”以及“应变硬化”的特点，加固层中纤维增强高阻尼聚合物混凝土上产生的每条微裂缝不超过100微米，因此使用纤维增强高阻尼聚合物混凝土加固可以提高混凝土梁的承载力，减轻混凝土梁的开裂剥落。
本发明中的复合加固层将常规扩大截面法和粘贴碳纤维布加固法结合起来，高延性的纤维增强高阻尼聚合物混凝土与碳纤维布由于变形性能接近，故在工作中能够协同变形，缓解了普通混凝土与碳纤维布之间的粘结滑移问题，使得碳纤维布的高强特性能够得到充分发挥。另一方面，在大位移和大荷载作用下，加固后的混凝土梁能够、产生较大变形并保持较好的整体性，刚度退化也得到了推迟，因而解决了普通碳纤维布粘贴加固法对混凝土梁变形能力的不利影响，大幅提高了抗震能力；同时本加固方法对于混凝土梁的截面影响不大，因此减轻了普通扩大截面法对结构净空和外观的影响。
本发明的复合加固方法利用了纤维增强高阻尼聚合物混凝土良好的变形能力与抗震耗能能力以及碳纤维布超高的强度，因此加固后的混凝土梁具有以下优点：（1）截面尺寸变化小，对结构净空和外观影响小；（2）复合加固层与原混凝土梁能够协调工作，整体抗震性能好；（3）碳纤维布性能得到充分发挥，实用经济；（4）构造简单，施工方便，质量容易得到保证，易于推广。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明。
一种纤维增强高阻尼聚合物混凝土外包碳纤维布复合加固方法，该方法的步骤如下：a、原混凝土梁处理：清除原混凝土梁的外表面，使得原混凝土梁的结构层外露并到达其骨料面；b、绑扎增强体：在原混凝土梁的骨料面上放线、钻孔、清孔，用植筋胶植入剪切销钉并绑扎钢筋网作为复合加固层的骨架；c、涂抹纤维增强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剂后涂抹纤维增强高阻尼聚合物混凝土材料到达设计厚度；d、粘贴碳纤维布：养护后在纤维增强高阻尼聚合物混凝土加固层的表面涂刷粘结剂并粘贴碳纤维布，即完成对原混凝土梁的加固。上述方法中采用的纤维增强高阻尼聚合物混凝土材料的组分包括：水泥、水、粉煤灰、砂、聚合物添加剂、纤维和高效减水剂、消泡剂、分散剂，其中按质量比为水泥：水：粉煤灰：砂=1：（0.45～0.70）：（0.50～1.20）：（1.00～2.20）选择水泥、水、粉煤灰、砂，按水泥和粉煤灰质量用量的7～16%选取聚合物添加剂，按水泥和粉煤灰质量用量的0.8～1.8%选取高效减水剂，按水泥和粉煤灰质量用量的0.5%～1.2%选取消泡剂，按水泥和粉煤灰质量用量的0.15～0.32%选取分散剂，纤维为PVA纤维，按水、水泥、粉煤灰及砂的总体积的0.8%～2.5%选取PVA纤维；将上述原料按比例配置后搅拌均匀即可得到纤维增强高阻尼聚合物混凝土。其中水泥采用海螺牌P.O 42.5级普通硅酸盐水泥；粉煤灰采用I级粉煤灰；砂采用细度模数为1.6～2.2的普通河沙；水采用密度为 1.0g/cm3、符合《混凝土用水标准》（JGJ63-2006）要求的普通自来水；聚合物添加剂采用羧基丁苯乳液或丙烯酸共聚乳液；纤维采用弹性模量42Gpa、长径比7%的PVA纤维；分散剂采用十二烷基苯磺酸钠，也叫四聚丙烯基苯磺酸钠，是一种白色粉粉末固体，其溶于水会变成半透明溶液，主要用作于阴离子型的表面活性剂；高效减水剂采用减水率为20～35%的聚羧酸减水剂，其外观是黄色透明油状的液体；消泡剂采用磷酸三丁酯、聚丙烯酸酯、硅烷铜聚醚中的一种。
下面通过详细描述该复合加固方法并列出具体要求来进一步说明本发明提供的技术方案：
一种纤维增强高阻尼聚合物混凝土外包碳纤维布复合加固方法，详细步骤和具体要求如下：a、原混凝土梁处理：用手锤敲击钢钎将将原混凝土梁的表面装饰层剔掉，使原混凝土梁的混凝土结构层外露，然后去除混凝土结构层表面的杂质，同时凿毛处理到达混凝土结构层的骨料面；
b、绑扎增强体：在原混凝土梁的骨料面上放线、钻孔、清孔，用植筋胶植入剪切销钉并在放线处绑扎钢筋网作为复合加固层的骨架；其中钻孔、清孔的具体要求为：钻孔采用德国进口GBH5-38D型电钻，钻孔时须保证钻机、钻头与基材表面垂直以保证孔径与孔深尺寸准确，在钻孔过程中如果钻机突然停止或钻头不前进时，说明钻头遇到钢筋，可适当错位以避开混凝土梁内部钢筋；清孔先用刚刷清孔，然后用棉丝擦拭孔壁三次，最后用脱脂棉丝蘸丙酮擦拭三次，直至钻孔中的碎渣和粉屑完全清理干净，且清孔后必须保证孔壁干燥，否则必须用吹分机吹干孔壁，如清孔后6小时内若不进行植筋施工，应用干净的棉丝将孔口封闭，以防止粉尘或沙粒进入；注胶、植筋的具体要求为：保证排出注胶器管口的胶液有适当的浓度，然后将注胶嘴伸入孔底，注射一次后退一下以排出孔内空气，孔内注胶到达80%即可以确保胶液不外流，注胶结束后应立即植筋；剪切销钉插入孔内的部分要保持干燥，清洁，无严重锈蚀，将剪切销钉缓慢地旋转插至孔底，以免出现气泡，如剪切销钉插入后有气泡产生，说明孔内胶体不实，应重新注胶；
c、涂抹纤维增强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剂后涂抹纤维增强高阻尼聚合物混凝土材料到达设计厚度，界面剂采用由环氧微乳液制成且外观为乳白色胶液的环氧胶粘剂；纤维增强高阻尼聚合物混凝土材料涂抹的详细步骤为：先在凿毛处理后的原混凝土梁的骨料面上涂抹界面剂；然后分三层涂抹纤维增强高阻尼聚合物混凝土材料：涂抹第一层时保证钢筋网与骨料面之间的空隙填实，初凝后涂抹第二层；涂抹第二层时保证钢筋网被完全覆盖，初凝后涂抹第三层；涂抹第三层时保证纤维增强高阻尼聚合物混凝土的三层厚度到达设计厚度25mm-50mm；
d、粘贴碳纤维布：养护7-10天后在纤维增强高阻尼聚合物混凝土加固层的表面涂刷粘结剂并粘贴碳纤维布，即完成对原混凝土梁的加固，其中粘结剂采用A、B双组分环氧类胶粘剂，粘贴碳纤维布的要求为：涂刷底层粘结剂后立即将预先裁剪好的碳纤维布均匀地敷设在底层粘结剂上；用橡胶圆筒沿纤维方向滚压或刮平以排除气泡和多余的胶液，使粘结剂充分渗透碳纤维布并与纤维增强高阻尼聚合物混凝土材料牢固粘结，滚压时注意不能损坏碳纤维布。
如图1所示：上述复合加固方法中，加固后得到的混凝土梁主要由内部的原混凝土梁结构层和内层纤维增强高阻尼聚合物混凝土基体、中间层纤维增强高阻尼聚合物混凝土基体、外层纤维增强高阻尼聚合物混凝土基体、剪切销钉、钢筋网、碳纤维布构成的复合加固层组成。原混凝土梁结构层为经过表面处理且露出骨料面的原混凝土梁，纤维增强高阻尼聚合物混凝土、碳纤维布复合加固层是以三层纤维增强高阻尼聚合物混凝土（内层纤维增强高阻尼聚合物混凝土基体、中间层纤维增强高阻尼聚合物混凝土基体、外层纤维增强高阻尼聚合物混凝土基体）为基体、钢筋网为内部增强体、碳纤维布为表面增强体；钢筋网通过剪切销钉与原混凝土梁结构层相连接；碳纤维布利用粘结剂与纤维增强高阻尼聚合物混凝土固定粘结。
下面通过实验举例来说明本发明采用的纤维增强高阻尼聚合物混凝土材料具备的高裂缝控制能力、能量吸收能力以及高韧性等多项性能。
水泥采用海螺牌P.O 42.5级普通硅酸盐水泥；粉煤灰采用I级粉煤灰；砂采用细度模数为1.6～2.2的普通河沙；水采用密度为 1.0g/cm3、符合《混凝土用水标准》（JGJ63-2006）要求的普通自来水；聚合物添加剂采用丙烯酸共聚乳液；纤维采用弹性模量42Gpa、长径比7%的PVA纤维（聚乙烯醇纤维）；分散剂采用十二烷基苯磺酸钠；高效减水剂采用减水率为35%的聚羧酸减水剂；消泡剂采用硅烷铜聚醚。
按质量比为水泥：水：粉煤灰：砂1：0.55：0.6：1.8选择水泥、水、粉煤灰、砂，按水泥和粉煤灰质量用量的7%选取聚合物添加剂，按水泥和粉煤灰质量用量的0.8%选取高效减水剂，按水泥和粉煤灰质量用量的1.05%选取消泡剂，按水泥和粉煤灰质量用量的0.30%选取分散剂，按水、水泥、粉煤灰及砂的总体积的1.8%选取PVA纤维；将上述原料按比例配置后搅拌均匀即可得到纤维增强高阻尼聚合物混凝土。
拉伸试验中：极限拉应变和极限应力分别为2.22%和3.3Mpa，分别是纯基体的20.2倍和2.84倍。阻尼比试验：采用悬臂梁的自由衰减法，在悬臂梁的自由端方式下，敲击自由端，利用自由衰减曲线测出复合水泥基的对数衰减率以及阻尼比；纤维增强高阻尼聚合物混凝土较纯基体的阻尼比提高了31.02%，实际阻尼比具体数值为6.8%。纤维之所以可以提高材料的阻尼性能是因为：当PVA纤维分散在基体中的时候，纤维与基体有一定的界面结合，在强迫运动下会产生界面的滑移摩擦，是一个机械能转化为摩擦热能的过程。
本发明充分利用了纤维增强高阻尼聚合物混凝土的轻质高耗能、高韧性、抗震性能优越、耐久性好的特点，PVA纤维的桥接作用使得复合加固层在承受荷载发生破坏的过程中，表现出“多缝开裂”以及“应变硬化”的特点，加固层中纤维增强高阻尼聚合物混凝土上产生的每条微裂缝不超过100微米，因此使用纤维增强高阻尼聚合物混凝土加固可以提高混凝土梁的承载力，减轻混凝土梁的开裂剥落。
本发明中的复合加固层将常规扩大截面法和粘贴碳纤维布加固法结合起来，高延性的纤维增强高阻尼聚合物混凝土与碳纤维布由于变形性能接近，故在工作中能够协同变形，缓解了普通混凝土与碳纤维布之间的粘结滑移问题，使得碳纤维布的高强特性能够得到充分发挥。另一方面，在大位移和大荷载作用下，加固后的混凝土梁能够、产生较大变形并保持较好的整体性，刚度退化也得到了推迟，因而解决了普通碳纤维布粘贴加固法对混凝土梁变形能力的不利影响，大幅提高了抗震能力；同时本加固方法对于混凝土梁的截面影响不大，因此减轻了普通扩大截面法对结构净空和外观的影响。
本发明的复合加固方法利用了纤维增强高阻尼聚合物混凝土良好的变形能力与抗震耗能能力以及碳纤维布超高的强度，因此加固后的混凝土梁具有以下优点：（1）截面尺寸变化小，对结构净空和外观影响小；（2）复合加固层与原混凝土梁能够协调工作，整体抗震性能好；（3）碳纤维布性能得到充分发挥，实用经济；（4）构造简单，施工方便，质量容易得到保证，易于推广。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内；本发明未涉及的技术均可通过现有技术加以实现。