《Engineering Science and Technology, an International Journal》：Strengthening of reinforced concrete structures using alkali-activated materials: A state-of-the-art review
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碱激发材料（alkali-activated materials, AAMs）（其中地质聚合物（geopolymers, GPs）被视为其组成子集）作为无机基体用于既有钢筋混凝土（reinforced concrete, RC）结构的修复与加固日益受到关注。本
碱激发材料（alkali-activated materials, AAMs）（其中地质聚合物（geopolymers, GPs）被视为其组成子集）作为无机基体用于既有钢筋混凝土（reinforced concrete, RC）结构的修复与加固日益受到关注。本综述建立了一个集成框架，将组分选择与反应产物、AAM-混凝土及AAM-钢筋粘结行为、构件层面的弯曲、剪切和约束性能，以及分析与数值模型所基于的假设联系起来。本研究通过考虑试件几何形状、养护条件、基材特性和破坏机制的差异，对拉伸、剪切和混合模式加载下的界面试验结果进行了批判性比较。综合证据表明，以粉煤灰（fly ash, FA）和磨细高炉矿渣（ground granulated blast-furnace slag, GGBFS）为前驱体、以钠基溶液激发的AAMs仍是研究最为广泛的体系；然而，由于现有数据集之间存在显著的异质性，尚无法建立组分构成与加固能力之间的普适关系。实验结果表明，三面钢纤维增强地质聚合物复合覆盖层使试验梁的峰值弯曲荷载提高了124%，尽管加固后的试件最终表现为剪切控制型破坏。在已报道的AAM覆盖层和外套加固研究中，四面加固方案实现了高达281%的承载力提升，但这些数值反映的是不同的材料体系和加固构型，而非统一的性能极限。本综述进一步强调了关键的设计考量和研究优先方向，包括标准化测试规程、界面本构建模、长期耐久性、抗火及循环性能、现场实施以及全生命周期评估。
研究背景与问题
钢筋混凝土（RC）结构因环境侵蚀、维护不足、施工缺陷、功能需求提升以及地震火灾等灾害，常需重建或修复。相比重建，修复更具经济、环保和便利优势，因此成为首选方案。传统加固方法包括普通混凝土增大截面、钢板粘贴和外预应力，而先进方法涵盖纤维增强聚合物（FRP）、纤维增强水泥基复合材料（FRCM）、工程水泥基复合材料（ECC）、超高性能纤维增强混凝土（UHPFRC）及形状记忆合金（SMA）等。然而，这些加固材料多依赖硅酸盐水泥（OPC），环境足迹引发全球关注。
碱激发材料（AAMs）或地质聚合物（GP）通过铝硅酸盐前驱体与碱激发剂的解聚和缩聚反应形成复杂聚合物网络及C-(A)-S-H或N-A-S-H凝胶。前驱体包括粉煤灰（FA）、硅灰（SF）、磨细高炉矿渣（GGBFS）、偏高岭土（MK）等多种工业副产物，常用激发剂包括苛性碱、硅酸盐、铝酸盐等六类。AAMs具有早强高、渗透率低、化学耐久性好、耐高温及微观结构致密等优点，碳排放潜力显著，是OPC的可行替代品。
尽管已有大量综述聚焦于AAM的材料层面特性（如耐久性、耐火性、力学性能）和新浇筑AAM构件（梁、板、柱）的结构性能，但针对AAM用于既有RC结构加固的系统性综述仍极为匮乏。现有综述未能将前驱体和激发剂特性与反应产物、界面行为以及加固后构件的弯曲、剪切和约束性能进行整合分析，也缺乏对不同加固体系（钢筋与FRP配筋）的区分、定量性能范围的综合以及经验关系与机理模型的辨析。因此，亟需一篇从界面到构件再到模型的集成性综述，以填补这一空白。
研究方法
研究人员采用系统性文献综述方法，检索并筛选了关于AAM加固RC结构的实验、分析和数值研究文献。研究建立了从组分选择→反应产物→AAM-混凝土粘结与AAM-钢筋粘结→构件级弯曲、剪切和约束性能→分析与数值模型假设的集成分析框架。通过对比不同试件几何尺寸、养护条件、基材特性和破坏机制下的界面试验结果（涵盖拉伸、剪切和混合模式加载），并对加固梁、柱和板的力学性能数据进行归纳分析，同时评估现有经验公式和半经验公式的适用性与局限性。
研究结果
2.1 AAM-混凝土粘结
AAM与OPC混凝土基材间的粘结性能与传统OPC修复存在本质差异，源于界面处形成C-S-H、C-A-S-H、N-A-S-H及C/N-A-S-H杂化凝胶等多种产物。粘结涉及机械互锁、范德华力（VDW）和化学粘附三种机制。斜剪试验是最常用的评估方法，测得的粘结强度通常最高，因其结合了压应力和剪应力作用；纯拉拔试验强度最低；直剪试验介于两者之间。
2.1.1 关键参数影响
基材OPC抗压强度对斜剪试验的粘结强度影响更显著，但对直剪试验影响有限。随AAM抗压强度增加，粘结强度总体上升，斜剪试验中增长更快。环氧树脂粘结剂在斜剪试验中略降低承载力，但在其他试验中最多可提高156%。界面粗糙度（砂补法评估）在约2mm以内时粘结强度随粗糙度增大而升高。干态基材在斜剪试验中因形成更致密的界面微结构而获得更高粘结强度。AAM早期粘结强度发展极快，3天可达28天强度的81.66%。
2.1.2 经验与半经验公式
Gomaa等人基于Mohr-Coulomb破坏准则推导了界面内聚力和摩擦参数的解析表达式，将内聚力严格定义为AAM抗拉和抗压强度的函数。Li等人通过对带钩端钢纤维增强地质聚合物混凝土与基材的粘结试验数据进行回归分析，提出了粘结强度预测公式。
2.2 结构加固性能
实验数据显示，三面钢纤维增强地质聚合物复合覆盖层使试验梁峰值弯曲荷载提高124%，但最终呈剪切破坏。在AAM覆盖层和外套加固研究中，四面加固方案的承载力提升幅度最大可达281%，但该值反映的是不同材料和构型的组合效果而非统一上限。
讨论与结论
本综述强调，基于FA和GGBFS并以钠基溶液激发的AAMs是目前研究最广泛的体系，但由于数据集的显著异质性，尚无法建立组分与加固能力的普适关系。关键设计考量与研究优先方向包括：（1）制定标准化测试规程，以消除不同试验方法和试件几何带来的结果差异；（2）开发适用于AAM-OPC界面的本构模型，超越简单的Mohr-Coulomb或经验拟合，纳入化学反应、收缩约束和刚度匹配的影响；（3）开展长期耐久性研究，特别是在恶劣环境和火灾条件下的性能演变；（4）评估循环荷载（如地震）下的加固效果；（5）推进现场实施技术，特别是解决双组份AAM液体激发剂的危险性，发展单组份AAM和织物增强碱激发砂浆（TRAAM）等安全便捷的体系；（6）进行全生命周期评估，量化AAM加固相比传统方法的碳减排效益。
