2019-01-08 16:57:53 来源:钱江晚报

能弯曲的高科技混凝土 2018年国家技术发明奖二等奖

  混凝土广泛应用于基础设施建设,我国的用量更是高居世界第一。但混凝土脆性大、易开裂的天然属性不仅降低大型工程寿命,更多次引发重大安全事故。

  为了消除这条祸患之缝,浙江大学建筑工程学院徐世烺教授带领团队,二十多年来潜心钻研,成功研发出2.0版本高韧性混凝土,为国家基础设施长期安全作出了贡献。

  这一项目获得2018年国家技术发明奖二等奖。

  源头发力 打造高韧材料

  混凝土结构出现裂缝了怎么办?长期以来,业界常规使用的增韧方法是在混凝土中掺入一定体积率的纤维,但这种方法无法改变混凝土准脆性的物理本质。

  “我们的发明从材料性能方面彻底解决了混凝土强而不韧、脆性易裂的根本缺陷。”徐世烺建立起考虑材料随机特性的纤维增韧混凝土多缝开裂力学模型,实现了高韧性纤维混凝土性能的可控优化设计,并依托力学模型,发明和制备了性能稳定的高韧性纤维混凝土。

  这种2.0版本的高韧性纤维混凝土极限抗拉应变最高可达8.4%,这个数值比普通混凝土高出800倍。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。

  高韧性纤维混凝土的导热系数仅为普通混凝土的1/4,抗裂防渗性能优越。试验发现,当模板厚度大于75cm时,可以确保厚度20m的混凝土坝块在越冬期间不会出现温度裂缝。

  使用高韧性纤维混凝土材料及相关技术可以减少甚至免除维修量,大幅度提高使用寿命,从而有效降低水泥用量,减少二氧化碳排放。

  体系支撑 实现全程控裂

  大体积混凝土结构经常都会遇到长间歇分期浇筑、改建与扩建、加固修复等情况,结合面的缺陷会引起界面破坏,并危害结构的服役质量。另一方面,混凝土结构在外力作用下极易产生裂缝。

  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与复合结构控裂技术,保障整个生命周期安全服役。

  团队发明了适用于结构加固和大体积混凝土分层施工的低收缩、缓凝型、无机界面的粘结剂,它解决了新老混凝土由于性能差异导致变形不协调而开裂的问题。

  测试分析报告显示,使用这种界面剂粘结的混凝土,其粘结强度指标居国际领先水平,与有机界面剂相比具有粘结性能更优、无毒无异味、使用方便的特点。

  同时,将大功率液压盘踞切割与静态爆破技术两种拆除混凝土的方法结合,团队还发明了可大大提升结合面咬合力和施工效率的人工键槽新技术。在南水北调丹江口大坝加高工程中,使用此项技术,工效比常规方法提高50%,成本降低30%,而质量合格率达到100%。

  此外,徐世烺还发明出界面裂缝扩展路径调控方法与不同材料界面剪切开裂的定向测试技术。可以科学判定不同界面处理方法对界面粘结性能的影响,为工程实践中的新老混凝土界面处理技术提供了科学依据。

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