当前,许多在役混凝土桥梁因设计不合理、施工不当、运营养护不周等人为因素,以及材料老化和自然灾害等,导致不少隐患,急需对其进行修复加固,而增大截面法是预应力混凝土结构常用的加固方法。但传统的普通混凝土和水泥砂浆存在抗拉强度低、粘结性差等缺点,特别是对于预应力混凝土桥梁结构,采用弹性模量较高但抗拉强度较低的普通混凝土或水泥砂浆进行非预应力梁底增大截面加固时,加固层的抗裂性难以满足要求与原有预应力混凝土结构的抗裂性难以匹配。聚合物改性水泥基材料因具有和易性好、抗拉强度高、韧性强、耐腐蚀性较好等诸多优点,有望成为重要的结构加固补强材料。基于此,本文采用聚合物乳液对传统砂浆进行改性,并在材料和结构两个层面上对聚合物改性砂浆在桥梁加固工程上的应用的可行性进行了深入研究,主要完成了以下工作:(1)针对目前较常见的两类聚合物改性乳液:丁苯乳液和水性环氧乳液,对采用不同聚灰比和水灰比的改性砂浆的材料性能进行了试验研究。系统研究了两种聚合物对改性砂浆力学性能(抗压强度、抗折强度、拉伸强度、劈拉强度、折压比、弹性模量)的影响规律,基于试验结果对两种聚合物的改性效果进行比较,并分析不同聚合物对水泥砂浆的改性机理。结果表明:丁苯乳液和水性环氧乳液对水泥砂浆的改性作用大致趋势一致,改性效果却不尽相同,随着掺量的增加,二者的抗压强度均不断减小,而抗拉强度呈增加的趋势,但相比水性环氧砂浆,丁苯砂浆的抗拉强度和弹性模量更高。此外,基于试验数据归纳出抗折-抗压强度、弹性模量-抗压强度以及三种不同抗拉强度之间的换算公式。(2)通过对14组52个钢筋-聚合物砂浆粘结锚固试件的拔出试验,研究了钢筋的表面形状、锚固长度以及聚合物砂浆强度对钢筋与聚合物砂浆之间粘结性能的影响,并通过试验数据统计回归得到极限粘结应力的计算公式。试验结果表明:随着聚合物砂浆强度等级的提高,极限粘结应力不断上升,而极限滑移量有所下降;在锚固长度的增加时,极限荷载与极限滑移量也逐渐增加,但极限粘结应力却有所下降。(3)在聚合物改性砂浆基本力学性能和聚合物改性砂浆与钢筋粘结锚固性能试验的基础上,对使用聚合物改性砂浆进行桥梁梁底增大截面加固的可行性展开了研究。首先,根据工程实例建立了考虑加固梁体分阶段受力的有限元模型,得到了加固层弹性模量和厚度对加固后结构新旧部分最不利应力的影响规律。此外,以确保聚合物砂浆和钢筋之间具有可靠的粘结锚固为前提,建立了钢筋锚固的极限状态方程,进而从可靠度角度确定了聚合物砂浆所需要具备的最小抗拉强度和弹性模量。最后,综合具体工程实例的梁底应力和粘结锚固要求得出了聚合物合适的掺量应控制在17%～20%的范围内的结论。