2.0版高韌性混凝土打造更“強”建筑

1 月 8 日，在國家科學技術(shù)獎勵大會上，浙江大學建筑工程學院徐世烺教授領(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)明獎二等獎。

徐世烺團隊研發(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)固及更長壽命貢獻出浙大智慧。

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的存在。

不過，在浙江大學建筑工程學院徐世烺教授眼中，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“罪魁禍首”。提高混凝土韌性，成了徐世烺研究工作的首要關(guān)注點。

1987 年，徐世烺首次提出了科學描述混凝土裂縫擴展過程的雙 K 斷裂理論。這個理論的“神奇之處”在于，它不僅能指出什么情況下裂縫是安全的，什么時候必須修補，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，最大裂縫寬度遠小于 0.1mm，完全滿足嚴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。

在徐世烺團隊被人們笑稱為“專門搞破壞”的實驗室里，這一新材料經(jīng)歷了多種疲勞破壞測試。比如做成一個只有 15mm 厚的板子，兩頭搭在壘好的磚塊上，就成了一座簡易的“橋”——兩個女大學生并肩站在上面，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，針對現(xiàn)實需求，徐世烺帶領(lǐng)團隊發(fā)明了界面抗裂性能提升技術(shù)等，通過完整的體系支撐，從而實現(xiàn)建筑工程更安全，壽命更持久的目標。

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，為何會深耕這一研究方向？徐世烺說，這與時代背景緊密相連。

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，嚴重威脅大壩安全。當時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研究貢獻自己的一份力量。

時至今日，徐世烺團隊項目獲授權(quán)發(fā)明專利 27項，軟件著作權(quán) 5 項。主要成果獲 2014 年教育部技術(shù)發(fā)明獎一等獎。在本領(lǐng)域頂級期刊 CCR、CCC 等發(fā)表SCI 論文 35 篇；在國家一級學會刊物發(fā)表 EI 論文 40篇；出版學術(shù)專著 1 部。

放眼全國，徐世烺團隊的研究成果已經(jīng)開始在實際工程中應(yīng)用，將產(chǎn)生越來越大的工程價值。

從 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，近 3 年來，該項目研究成果帶來的新增產(chǎn)值達 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基礎(chǔ)設(shè)施壽命方面具有廣闊的應(yīng)用前景?！拔覀冎挥迷黾雍苌俚耐度?，就可以成倍提高基礎(chǔ)設(shè)施的抗震能力，使其壽命延長幾十年。”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)施建筑標準，讓高韌性混凝土造福更多人。