Page 105 - 现代建筑的结构设计分析与理论研究

第三章 现代建筑钢筋混凝土结构设计

腐蚀的目的，在钢筋腐蚀的全阶段均适用。其中，外加电流的阴极保护法延寿效果可
达 30 年。当采用碳纤维增强复合材料（CFRP）和碳纤维织物增强水泥基材料（CFRCM）
对结构进行加固时，基于碳纤维自身的导电特性，将加固层中碳纤维织物同时作为加
固和阳极材料，结合外加电流阴极保护（impressed current cathodic protection，ICCP）

措施，针对腐蚀环境下加固钢筋混凝土结构内部的钢筋进行阴极防护延缓其电化学
腐蚀速率，可实现多功能的 ICCP-SS(structural strengthening）体系。目前已有学者将
ICCP-SS 技术与碳纤维力阻效应相结合，提出了集合结构监测、损伤识别、耐久性能
和力学性能提升多功能于一体的新型智能加固技术，采用该技术一次修复可以提升结

构承载力 20% ～ 30%，延长结构服役寿命 15 年以上，达到延寿减碳的效果。电化学
修复法则是利用腐蚀介质的迁出和氢氧根离子的产生改变混凝土内部的化学环境，通
过减少钢筋腐蚀的诱因间接保护钢筋免遭腐蚀。与电化学修复法相比较，电化学防护

法具有覆盖腐蚀阶段范围广的优点。但是，由于需要对结构进行长期保护，可能发生
防护系统失效的风险，需定期对系统进行检查和维护。而电化学修复法的作用周期较
短，不需对系统进行长期维护。根据服役阶段钢筋所处的腐蚀阶段，有针对性地选用
电化学方法，可在提升混凝土结构耐久性能延寿减碳的同时，降低经济成本。
复合材料由于其优良的耐久性能和力学性能而被广泛应用于结构加固。采用传统

复合材料如玻璃纤维增强复合材料（GFRP)、玄武岩纤维增强复合材料（BFRP)、芳
纶纤维增强复合材料（AFRP）和CFRP等虽能延长结构服役寿命，达到结构减碳的目的，
但随着复合材料需求的高速增长，其建造、老化和分解过程中产生了巨大的碳排放量。

从材料层面实现复材的低碳可持续且保持有效性能提升是目前研究的重点。通过选用
绿色、可循环的低碳纤维复合材料，可以进一步降低加固结构的碳排放，如高强度、
自修复且可拆解的环氧碳纤维复合材料、由可回收塑料制成的新型大应变 FRP 材料
（LRSFRP)、可再生利用的热固性树脂及其碳纤维复合材料和可持续的天然复合材料
（NFRP）等。相关研究表明，采用亚麻和大麻纤维，相比于玻璃纤维可减少 32.3%

和 35% 的碳排放，仅为碳纤维的 1/56 和 1/14 左右；采用聚乳酸（PLA）和聚羟基脂
肪酸酯（PHAs）树脂，其碳排放仅为环氧树脂的 16% ～ 27.6% 和 8.6% ～ 93.6%；此
外从 NFRP 焚烧回收的能量比片状模塑料（SMC）高 60% 以上，其可部分替代化石

燃料的使用。
综上，混凝土结构服役中阶段的减碳技术主要包括建筑节能和提性延寿的创新。
在建筑节能方面，采用多孔轻质骨料、相变储能材料和隔热反射涂料等前沿技术，能
有效减少能耗，提高建筑的保温性能，从而降低碳排放。提性延寿技术则包括电化学

修复和结构加固方法等技术，从不同角度提升了混凝土结构的耐久性，延长结构服役
寿命，降低混凝土结构的年均碳排放量。

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