一、科学问题属性

本项目紧密围绕国家新型城镇化建设和城市更新的重大战略需求，面向建筑结构加固改造在解决建筑物大拆大建与“双碳”目标之间日益突出矛盾的工程建设主战场，聚焦目前量大面广的有机胶粘贴碳纤维布加固混凝土结构火灾安全的技术瓶颈，对磷酸镁无机胶耐高温改性，替代低软化点的有机胶，探明无机胶粘贴碳纤维布加固梁的火灾损伤演化机制和改善机理等关键科学问题，提出抗火性能化设计方法，破解有机胶自身缺陷引起的加固结构火灾安全风险大和工作状态周期性检查的难题。

目前大拆大建严重制约了社会经济的可持续发展。新建建筑所需的原材料存在卡脖子问题，铁矿石依赖进口，砂、石等资源趋于枯竭，建筑材料产业的能耗和碳排放量高，是“双碳”目标重要控制产业之一。同时，我国每年拆除建筑面积约12亿平方米，环境污染严重；我国既有建筑面积超过700亿平方米，30%以上的既有建筑出现安全性降低或功能衰退。既有建筑加固改造可有效避免大拆大建，成为我国土木建筑行业绿色低碳、高质量发展的重要途径。

碳纤维布轻质高强、耐腐蚀，用其加固结构产生的附加荷载小、结构外观及使用空间影响小。但配套的环氧类有机胶软化点低（65~82℃），加固结构火灾下严重毁损和倒（坍）塌的风险大；同时，有机胶耐久性差。为此，国内外规范对碳纤维布加固工程的应用条件加以限制，并规定每隔一定年限应检查其工作状态，严重影响建筑物装修和正常使用，制约了碳纤维布在加固工程中的应用。

本项目在已有无机胶研究成果的基础上，探索研发具有良好粘结能力、耐火和耐久性能的磷酸镁无机胶，理论上无机胶的抗火和耐久性优于有机胶，以其为粘结剂，考察碳纤维布加固混凝土梁的承载性能和抗火性能，力图从基本原理上突破碳纤维布加固结构的火灾安全技术瓶颈，强力推动碳纤维布在加固改造工程中的广泛应用。

二、项目摘要

碳纤维布加固是最具发展潜力的混凝土结构加固方法之一。鉴于配套的环氧类有机胶高温极易失效、加固结构受火倒塌风险大的问题严重性和紧迫性，本项目拟对磷酸镁无机胶耐高温改性，替代有机胶以改善加固结构的抗火性能。首先，考察磷酸镁无机胶耐高温改性机理，提出高温下/后其正拉粘结强度衰减规律和面内剪切应力-滑移本构模型。其次，考察用其粘贴加固混凝土梁的常温承载性能，识别和量化无机胶与有机胶对梁加固效果的差异，发展无机胶加固计算理论。然后，开展足尺加固梁火灾试验，考察耐高温改性、防火保护对加固梁抗火性能的改善机理，探明火灾下粘结层剥离、加固梁承载性能损伤演化机制，建立热-力耦合的有限元模型并扩参数分析，提出粘结失效临界状态判别、耐火极限及剩余承载力计算方法。最后，以火灾时不剥离、火灾下不坍塌、火灾后可修复为目标，建立加固梁抗火性能化设计方法。本项目将为碳纤维布加固混凝土结构的火灾安全提供科学和技术支撑。