聚丙烯纤维

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钢纤维
2.0版高韧性混凝土打造更“强”建筑
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木质纤维

2.0版高韧性混凝土打造更“强”建筑

1月8日,在国家科学技术奖励大会上,浙江大学建筑工程学院徐世烺教授领衔的“重大工程结构安全服役的高韧性纤维混凝土制备与应用关键技术”获国家技术发明奖二等奖。

徐世烺团队研发的这一“2.0版本”高韧性混凝土,突破混凝土材料脆性易裂、界面薄弱易裂、结构受拉开裂三大瓶颈,为基础设施稳固及更长寿命贡献出浙大智慧。

源头发力打造高韧材料

从人们居住的楼房,到车来车往的桥梁,再到江河上的大坝……在我们的生产生活中,混凝土几乎无处不在。而一旦混凝土上出现的裂缝,便可能酿成大坝崩溃、桥梁垮塌的惨剧。在许多人眼中,混凝土裂缝成为一种既神秘又危险的存在。

不过,在浙江大学建筑工程学院徐世烺教授眼中,裂缝毫不神秘:这些惨剧的发生,混凝土材料太脆又易裂是“罪魁祸首”。提高混凝土韧性,成了徐世烺研究工作的首要关注点。

1987年,徐世烺首次提出了科学描述混凝土裂缝扩展过程的双K断裂理论。这个理论的“神奇之处”在于,它不仅能指出什么情况下裂缝是安全的,什么时候必须修补,甚至能够通过该理论指导材料配制或通过工程措施抑制裂缝发生和发展。在此理论的基础上,徐世烺又进一步建立起一套有关混凝土结构控制裂缝的技术新体系。

在双K理论基础上,此次获奖的高韧性纤维混凝土由此诞生。

“我们的发明彻底解决了混凝土强而不韧、脆性易裂的根本缺陷。”徐世烺介绍,与普通砂浆、混凝土脆性断裂完全不同,高韧性混凝土具有优异的韧性,最大裂缝宽度远小于0.1mm,完全满足严酷条件下的耐腐蚀耐久性要求,为工程结构安全服役提供了关键性材料保障。

在徐世烺团队被人们笑称为“专门搞破坏”的实验室里,这一新材料经历了多种疲劳破坏测试。比如做成一个只有15毫米厚的板子,两头搭在垒好的砖块上,就成了一座简易的“桥”——两个女大学生并肩站在上面,也没有压塌。这种新型混凝土目前已经应用于杭州秋石高架三期四期等工程的桥面连续结构中。

此外,针对现实需求,徐世烺带领团队发明了界面抗裂性能提升技术等,通过完整的体系支撑,从而实现建筑工程更安全,寿命更持久的目标。

推广利用改变行业面貌

与混凝土打了三十多年交道的徐世烺,为何会深耕这一研究方向?徐世烺说,这与时代背景紧密相连。

1975年河南溃坝事件造成大量人员死伤,一年后发生的唐山大地震又夺去了24万同胞的生命。接连发生的巨大灾难让他的内心久久不能平静。1979年,湖南柘溪水电站出现大面积裂缝,严重威胁大坝安全。当时开始攻读研究生的徐世烺听到之后倍感震惊,决心为国内刚刚起步的混凝土断裂力学研究贡献自己的一份力量。

时至今日,徐世烺团队项目获授权发明专利27项,软件著作权5项。主要成果获2014年教育部技术发明奖一等奖。在本领域顶级期刊CCR、CCC等发表SCI论文35篇;在国家一级学会刊物发表EI论文40篇;出版学术专著1部。

放眼全国,徐世烺团队的研究成果已经开始在实际工程中应用,将产生越来越大的工程价值。

从2011年在杭州海外高层次创业园和常州建设部绿色建材基地分别建立生产线,国际上首次实现高韧性纤维混凝土的规模化工业化生产,到上海吴淞军港、浙江新岭隧道、常山港特大桥、湖北丹江口大坝、四川金沙江向家坝,无一不包含着徐世烺的心血成果。

值得一提的是,其研究成果还能有效减少甚至免除了结构的维修,大幅度延长了结构使用寿命,从而有效降低水泥用量,减少了二氧化碳排放。

据统计,近3年来,该项目研究成果带来的新增产值达22.7亿元,新增利润2.1亿元。

徐世烺说,这种超高韧性混凝土在延长基础设施寿命方面具有广阔的应用前景。“我们只用增加很少的投入,就可以成倍提高基础设施的抗震能力,使其寿命延长几十年。”徐世烺说,但目前高韧性混凝土在工程中的应用普及尚有很大空间,近年来他一直在呼吁制定相关政策,提高基础设施建筑标准,让高韧性混凝土造福更多人。


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