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2.0版高韌性混凝土打造更“強(qiáng)”建筑
8,在國家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)上,浙江大學(xué)建筑工程學(xué)院徐世烺教授領(lǐng)銜的重大工程結(jié)構(gòu)安全服役的高韌性纖維混凝土制備與應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)獲國家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。

徐世烺團(tuán)隊(duì)研發(fā)的這一“2.0版本高韌性混凝土,突破混凝土材料脆性易裂、界面薄弱易裂、結(jié)構(gòu)受拉開裂三大瓶頸,為基礎(chǔ)設(shè)施穩(wěn)固及更長(zhǎng)壽命貢獻(xiàn)出浙大智慧。

源頭發(fā)力打造高韌材料

從人們居住的樓房,到車來車往的橋梁,再到江河上的大壩……在我們的生產(chǎn)生活中,混凝土幾乎無處不在。而一旦混凝土上出現(xiàn)的裂縫,便可能釀成大壩崩潰、橋梁垮塌的慘劇。在許多人眼中,混凝土裂縫成為一種既神秘又危險(xiǎn)的存在。

不過,在浙江大學(xué)建筑工程學(xué)院徐世烺教授眼中,裂縫毫不神秘:這些慘劇的發(fā)生,混凝土材料太脆又易裂是罪魁禍?zhǔn)?span lang="EN-US">”。提高混凝土韌性,成了徐世烺研究工作的首要關(guān)注點(diǎn)。

1987年,徐世烺首次提出了科學(xué)描述混凝土裂縫擴(kuò)展過程的雙K斷裂理論。這個(gè)理論的神奇之處在于,它不僅能指出什么情況下裂縫是安全的,什么時(shí)候必須修補(bǔ),甚至能夠通過該理論指導(dǎo)材料配制或通過工程措施抑制裂縫發(fā)生和發(fā)展。在此理論的基礎(chǔ)上,徐世烺又進(jìn)一步建立起一套有關(guān)混凝土結(jié)構(gòu)控制裂縫的技術(shù)新體系。

在雙K理論基礎(chǔ)上,此次獲獎(jiǎng)的高韌性纖維混凝土由此誕生。

我們的發(fā)明徹底解決了混凝土強(qiáng)而不韌、脆性易裂的根本缺陷。徐世烺介紹,與普通砂漿、混凝土脆性斷裂完全不同,高韌性混凝土具有優(yōu)異的韌性,最大裂縫寬度遠(yuǎn)小于0.1mm,完全滿足嚴(yán)酷條件下的耐腐蝕耐久性要求,為工程結(jié)構(gòu)安全服役提供了關(guān)鍵性材料保障。

在徐世烺團(tuán)隊(duì)被人們笑稱為專門搞破壞的實(shí)驗(yàn)室里,這一新材料經(jīng)歷了多種疲勞破壞測(cè)試。比如做成一個(gè)只有15毫米厚的板子,兩頭搭在壘好的磚塊上,就成了一座簡(jiǎn)易的”——兩個(gè)女大學(xué)生并肩站在上面,也沒有壓塌。這種新型混凝土目前已經(jīng)應(yīng)用于杭州秋石高架三期四期等工程的橋面連續(xù)結(jié)構(gòu)中。

此外,針對(duì)現(xiàn)實(shí)需求,徐世烺帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)發(fā)明了界面抗裂性能提升技術(shù)等,通過完整的體系支撐,從而實(shí)現(xiàn)建筑工程更安全,壽命更持久的目標(biāo)。

推廣利用改變行業(yè)面貌

與混凝土打了三十多年交道的徐世烺,為何會(huì)深耕這一研究方向?徐世烺說,這與時(shí)代背景緊密相連。

1975年河南潰壩事件造成大量人員死傷,一年后發(fā)生的唐山大地震又奪去了24萬同胞的生命。接連發(fā)生的巨大災(zāi)難讓他的內(nèi)心久久不能平靜。1979年,湖南柘溪水電站出現(xiàn)大面積裂縫,嚴(yán)重威脅大壩安全。當(dāng)時(shí)開始攻讀研究生的徐世烺聽到之后倍感震驚,決心為國內(nèi)剛剛起步的混凝土斷裂力學(xué)研究貢獻(xiàn)自己的一份力量。

時(shí)至今日,徐世烺團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目獲授權(quán)發(fā)明專利27項(xiàng),軟件著作權(quán)5項(xiàng)。主要成果獲2014年教育部技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。在本領(lǐng)域頂級(jí)期刊CCR、CCC等發(fā)表SCI論文35篇;在國家一級(jí)學(xué)會(huì)刊物發(fā)表EI論文40篇;出版學(xué)術(shù)專著1部。

放眼全國,徐世烺團(tuán)隊(duì)的研究成果已經(jīng)開始在實(shí)際工程中應(yīng)用,將產(chǎn)生越來越大的工程價(jià)值。

2011年在杭州海外高層次創(chuàng)業(yè)園和常州建設(shè)部綠色建材基地分別建立生產(chǎn)線,國際上首次實(shí)現(xiàn)高韌性纖維混凝土的規(guī)?;I(yè)化生產(chǎn),到上海吳淞軍港、浙江新嶺隧道、常山港特大橋、湖北丹江口大壩、四川金沙江向家壩,無一不包含著徐世烺的心血成果。

值得一提的是,其研究成果還能有效減少甚至免除了結(jié)構(gòu)的維修,大幅度延長(zhǎng)了結(jié)構(gòu)使用壽命,從而有效降低水泥用量,減少了二氧化碳排放。

據(jù)統(tǒng)計(jì),近3年來,該項(xiàng)目研究成果帶來的新增產(chǎn)值達(dá)22.7億元,新增利潤2.1億元。

徐世烺說,這種超高韌性混凝土在延長(zhǎng)基礎(chǔ)設(shè)施壽命方面具有廣闊的應(yīng)用前景。我們只用增加很少的投入,就可以成倍提高基礎(chǔ)設(shè)施的抗震能力,使其壽命延長(zhǎng)幾十年。徐世烺說,但目前高韌性混凝土在工程中的應(yīng)用普及尚有很大空間,近年來他一直在呼吁制定相關(guān)政策,提高基礎(chǔ)設(shè)施建筑標(biāo)準(zhǔn),讓高韌性混凝土造福更多人。