煤矿安全生产及废弃矿区空间再利用都要求以钢筋混凝土(RC)结构为主的煤矿地面既有建(构)筑物保持较高的承载能力和可靠性,但煤矿地面RC结构服役10年左右即发生损伤劣化,需要修复加固。粘贴纤维复材加固方法在煤矿应用较多,应用纤维水泥基材料代替环氧树脂胶可以克服其耐久性方面的问题,但工程应用可行性和机理还不明确。本文基于前期基础,采用物理试验、数值计算与理论研究相结合方法,研究了煤矿环境与荷载耦合作用下RC材料力学性能退化规律及劣化混凝土与锈蚀钢筋复合作用机理和RC梁、柱力学性能退化规律及影响因素,研制出适用于劣化RC梁、柱加固用的碳纤维水泥基材料(CFRCM),研究了CFRCM粘贴碳纤维布或编织网与劣化混凝土界面粘结性能和粘结剪切力模型,探究了纤维复材增强水泥基材料加固劣化RC梁、柱力学性能增强规律及承载力模型,开展了一系列的试验和理论研究工作。主要内容和创新成果如下:1.揭示了煤矿环境与荷载耦合作用下RC材料性能退化规律及劣化混凝土与锈蚀钢筋复合作用机理,建立了劣化混凝土与锈蚀变形钢筋间粘结性能退化模型。拟合得到混凝土中性化深度、抗压强度、弹性模量的时间函数以及钢筋名义屈服强度和极限强度与锈蚀率函数关系;综合考虑劣化混凝土抗压强度、钢筋锈蚀程度、锈胀裂缝宽度及锈蚀钢筋与劣化混凝土间摩擦系数,建立了劣化混凝土与锈蚀变形钢筋间粘结力模型。2.揭示了煤矿环境与荷载耦合作用下RC梁力学性能退化规律,研究了混凝土强度退化和钢筋锈蚀对劣化RC梁力学性能的影响机理,建立了劣化RC梁抗剪承载力模型。劣化RC梁逐渐由压剪破坏转变为受弯破坏,极限承载力随劣化程度线性缓慢下降,延性则先快后慢降低。混凝土强度退化27.90%时,受拉钢筋锈蚀率达到7.22%,最大锈胀裂缝宽度达到0.761mm,劣化RC梁承载力下降28.90%,延性系数降低33.01%。拟合试验结果,建立了基于混凝土抗压强度损失的劣化RC梁抗剪承载力模型。3.得到了煤矿环境与荷载耦合作用下大偏心受压RC柱力学性能退化规律及影响机理,建立了劣化大偏心受压RC柱承载力模型。劣化大偏心受压RC柱逐渐由受拉钢筋屈服破坏转变为混凝土压碎破坏,极限承载力和延性随劣化程度先快后慢下降。混凝土强度退化32.94%时,受拉钢筋锈蚀率达到8.68%,最大锈胀裂缝宽度达到3.46mm,劣化大偏心受压RC柱承载力下降了17.66%,延性系数降低了29.21%。分析了混凝土劣化对保护层的影响、钢筋锈胀裂缝与混凝土剥落角度的关系,完善了劣化大偏心受压RC柱承载力模型,并对试验结果进行验证。4.研制出适用于修复加固用CFRCM,构建了CFRCM粘贴碳纤维布与劣化混凝土界面粘结剪切力模型。CFRCM抗压强度超过30MPa,抗折强度接近10MPa;给出了CFRCM粘贴碳纤维布或编织网与劣化混凝土界面正拉粘结强度和粘结剪切强度演变规律及影响因素,拟合粘结剪切强度与混凝土相对抗压强度函数关系,完善了CFRCM粘贴碳纤维布与劣化混凝土界面最大粘结剪切力模型。5.CFRCM粘贴碳纤维布或编织网较好地发挥了增强RC梁斜截面抗剪力、限制斜裂缝发展的效果。加固梁在极限荷载作用下发生正截面受弯破坏;仅做抗剪加固提升劣化RC梁承载力较弱,同时抗弯和抗剪加固RC梁承载力最大增幅超过30%,且CFRCM粘贴碳纤维布比粘贴编织网加固效果更好;粘贴纤维复材可以有效增强RC梁的延性和刚度。6.CFRCM粘贴碳纤维布或编织网加固劣化大偏心受压RC柱力学性能得到有效增强。在极限荷载作用下,CFRCM粘贴碳纤维布或编织网加固劣化大偏心受压RC柱发生纵向纤维复材拉断破坏,表现出很强的脆性,主裂缝都只有一条。CFRCM粘贴碳纤维布更好地提升了RC柱承载力,平均提高幅度超过17.50%,但限制了其延性,且延性随着粘贴层数增加而大幅下降;粘贴碳纤维编织网加固虽然提升RC柱承载力幅度不大,但可以大幅度提升其延性和刚度。7.揭示了碳纤维复材用量对加固RC梁变形能力和刚度的影响机理,建立了纤维复材增强水泥基材料加固劣化RC梁抗弯和抗剪承载力模型及加固劣化大偏心受压RC柱承载力模型,并通过试验结果验证了模型的可行性。