混凝土材料高韌化和結(jié)構(gòu)服役性能提升關(guān)鍵技術(shù)-河海大學(xué)科技處

1、2017年度教育部高等學(xué)校科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎公示內(nèi)容一、項目名稱混凝土材料高韌化和結(jié)構(gòu)服役性能提升關(guān)鍵技術(shù)二、推薦單位浙江大學(xué)，推薦教育部科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎一等獎三、項目簡介大型混凝土結(jié)構(gòu)開裂現(xiàn)象十分普遍，對結(jié)構(gòu)服役性能造成了嚴(yán)重影響。由于 傳統(tǒng)混凝土材料固有的脆性特征及大型結(jié)構(gòu)工程混凝土澆筑時分層分塊施工、結(jié) 構(gòu)修復(fù)中新老混凝土界面粘結(jié)問題，一直是制約混凝土工程安全服役和改建、擴(kuò) 建、分建、續(xù)建及加固改造性能提升的世界性技術(shù)難題，迫切需要解決混凝土裂 縫控制及有效修復(fù)的核心技術(shù)問題-混凝土材料的高韌控裂和應(yīng)用于結(jié)構(gòu)的施 工關(guān)鍵技術(shù)，進(jìn)而大幅提升各類基礎(chǔ)設(shè)施的修建質(zhì)量和服役性能。本項目團(tuán)隊歷 經(jīng)了 1

2、0余年的深入研究與技術(shù)攻關(guān)，自主研發(fā)了能滿足不同裂縫控制水平的高 韌性纖維混凝土新材料及施工關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)了對新建或既有大型混凝土結(jié)構(gòu)服 役性能的顯著提升，保證了相關(guān)重點工程的順利建成。主要科技創(chuàng)新成果如下：考慮纖維取向、纖維位置和基體缺陷尺寸的隨機(jī)分布特性，建立了短纖維 增強混凝土實現(xiàn)高韌化的微觀力學(xué)模型，揭示了高韌性混凝土的材料組分參數(shù)（基體斷裂韌度、纖維參數(shù)、界面參數(shù)）與復(fù)合材料宏觀力學(xué)性能（強度、拉伸 變形能力、裂縫寬度等）之間的關(guān)系。研發(fā)了短纖維拉拔試樣的成型模具、制備 方法和測試裝置，可以準(zhǔn)確確定單根短纖維在基體中的臨界嵌入長度、摩擦粘結(jié) 強度、化學(xué)粘結(jié)強度和滑移硬化系數(shù)等界面粘結(jié)

3、參數(shù)，確保了高韌性混凝土復(fù)合 材料設(shè)計和性能預(yù)測中關(guān)鍵參數(shù)的準(zhǔn)確性和可靠性。制備出拉伸變形最高可達(dá) 8%以上、抗?jié)B保溫性能優(yōu)異的高韌性混凝土。在國際上建立了首條高韌性混凝 土自動化生產(chǎn)線，為新建結(jié)構(gòu)服役性能提升和既有結(jié)構(gòu)修復(fù)加固提供了關(guān)鍵材料 保障。針對大型結(jié)構(gòu)工程混凝土澆筑時分層分塊施工方法和既有建筑物維修加 固帶來的新老混凝土界面粘結(jié)問題，通過對高韌性混凝土 /既有混凝土粘結(jié)的抗 拉、抗折、抗剪、復(fù)合受力、斷裂等各項性能進(jìn)行大量試驗研究，得出了高韌性 混凝土 /既有混凝土界面粘結(jié)影響因素的一系列特征規(guī)律；開發(fā)了粉煤灰-硅灰改 性水泥凈漿界面劑和裂縫處理方法，提出了一種大體積混凝土消應(yīng)控制裂

4、縫方 法，保障了高韌性混凝土材料施工和大型混凝土結(jié)構(gòu)加固的質(zhì)量。創(chuàng)建了一種簡便快捷的閉合式鉆孔植筋加固方法；將大功率液壓盤踞切 割與靜態(tài)爆破方法有機(jī)互補結(jié)合，提出了適用于大規(guī)模新老混凝土結(jié)合面新增人 工鍵槽成型的“鋸割靜裂法”，降低了大型結(jié)構(gòu)混凝土人工鍵槽爆破藥量單耗和 爆破破壞效應(yīng)，并最大程度的保證了破碎效應(yīng)，有效避免了對非拆除混凝土的損 傷；形成了集方法、工藝、仿真和設(shè)備于一體的既有結(jié)構(gòu)混凝土表面大規(guī)模、高 質(zhì)量、低成本快速成型技術(shù)體系。本項目的科技成果在土木與水利工程領(lǐng)域具有很顯著的技術(shù)創(chuàng)新性，已授權(quán) 及公開國家發(fā)明專利9項，軟件著作權(quán)2項，制定國家工法2部，出版著作1 部，在本領(lǐng)域發(fā)表

5、期刊論文101篇，其中SCI收錄論文37篇、EI收錄論文64 篇。在本領(lǐng)域共培養(yǎng)畢業(yè)了 13名博士，18名碩士，4名博士后。項目成果經(jīng)國 家自然科學(xué)基金委、國務(wù)院南水北調(diào)辦公室、湖北省科技廳組織同行專家鑒定和 評審，認(rèn)為項目成果達(dá)到國際領(lǐng)先水平，具有廣泛應(yīng)用前景。已成功應(yīng)用到大壩、 橋梁、隧道、建筑等不同工程領(lǐng)域，為行業(yè)技術(shù)進(jìn)步提供了基礎(chǔ)性新材料和關(guān)鍵 新技術(shù)，取得了巨大的社會和經(jīng)濟(jì)效益。四、主要完成單位及創(chuàng)新推廣貢獻(xiàn)單位名稱浙江大學(xué)排 名1對本項目的貝獻(xiàn)1）總體負(fù)責(zé)項目的策劃，制定詳細(xì)的研究方案和創(chuàng)新計劃，協(xié)調(diào)各方工作，并負(fù)責(zé)項 目申報立項、組織實施、鑒定和總結(jié)報獎工作。2）研發(fā)了纖維拔出試

6、件制備模具和測試裝置，制備了高韌性混凝土，在國際上建立了 首條高韌性混凝土自動化生產(chǎn)線，為大型工程結(jié)構(gòu)裂縫控制提供了關(guān)鍵材料保障。3）承擔(dān)在役大型混凝土結(jié)構(gòu)服役性能相關(guān)的室內(nèi)試驗、現(xiàn)場測試，并系統(tǒng)進(jìn)行了項目 的理論分析、數(shù)據(jù)分析等研究。4）推進(jìn)高韌性混凝土材料在土木、水利、交通行業(yè)的應(yīng)用。完成單位（公章）單位名稱中國葛洲壩集團(tuán)股份有限公司排 名2對本項目的貢獻(xiàn)1）參與項目的策劃，參與制定的研究方案和創(chuàng)新計劃。2）建立了實用價值很強的界面粘結(jié)性能試驗數(shù)據(jù)庫，對水利工程大壩澆筑與填筑進(jìn)行 了施工模擬，開發(fā)了兩套相關(guān)仿真軟件。3）提供實體驗證工程，負(fù)責(zé)推動項目研究成果在水利工程中的推廣應(yīng)用，并對應(yīng)用

7、效 果進(jìn)行長期跟蹤監(jiān)測。完成單位（公章）年 月 日單位名稱葛洲壩集團(tuán)試驗檢測有限公司排 名3對本項目的貢獻(xiàn)1）參與項目的策劃，參與制定的研究方案和創(chuàng)新計劃。2）研發(fā)了大體積混凝土消應(yīng)控制裂縫方法以及大型結(jié)構(gòu)加固維修的實用施工方法和施 工工藝，完成了國家級工法2部。3）提供了實體驗證工程，協(xié)助推動項目研究成果在水利工程中的推廣應(yīng)用，對應(yīng)用效 果進(jìn)行了長期跟蹤監(jiān)測。完成單位（公章）年 月 日單位名稱同濟(jì)大學(xué)排 名4對本項目的貢獻(xiàn)1）參與項目的策劃，參與制定的研究方案和創(chuàng)新計劃。2）通過理論和試驗研發(fā)了一種高強超高韌性混凝土及其制備方法。3）參與項目研究成果在土木、水利工程中的推廣應(yīng)用，并參與了對應(yīng)

8、用效果的長期跟 蹤監(jiān)測與分析。完成單位（公章）單位名稱大連理工大學(xué)排 名5對本項目的貢獻(xiàn)1）參與項目的策劃，參與制定的研究方案和創(chuàng)新計劃。2）研究了高韌性混凝土與老混凝土復(fù)合構(gòu)件的整體工作性能。3）參與項目研究成果在土木、水利工程中的推廣應(yīng)用。完成單位（公章）年 月 日五、推廣應(yīng)用情況本成果實現(xiàn)了對新建或既有大型結(jié)構(gòu)服役性能的顯著提升，完成了高韌性混 凝土材料、關(guān)鍵施工技術(shù)與工藝、基本性能指標(biāo)及工程應(yīng)用等方面的系統(tǒng)創(chuàng)新， 保證了相關(guān)重點工程的順利建成，顯著提升了行業(yè)技術(shù)競爭力。同時，依托南水 北調(diào)中線水源工程丹江口大壩加高工程、南京長江第一大橋加固、杭州市秋石快 速路高架工程、杭金衢高速公路常

9、山港特大橋、杭州秋石快速路高架工程、杭金 衢高速公路拓寬工程等大型結(jié)構(gòu)工程項目對推廣應(yīng)用進(jìn)行了驗證，在提高整體結(jié) 構(gòu)服役性能、降低運營成本方面發(fā)揮了重要作用，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。主要應(yīng)用情況表應(yīng)用工程應(yīng)用起止時間應(yīng)用效果南水北調(diào)中線水源工程丹江口大壩加高工程2005-2011確保了大壩加高工程質(zhì)量、加快了工程進(jìn) 度、降低了施工成本，實現(xiàn)了新老混凝土 聯(lián)合受力；庫容擴(kuò)大115億m3,為南水北 調(diào)中線供水提供了重要的水源保障，經(jīng)濟(jì) 效益和社會效益顯著三峽工程三期圍堰施工2003.1-2006.6新老混凝土結(jié)合良好，沒有出現(xiàn)開裂和滲漏，為確保三峽工程施工期安全和擋水發(fā)電起到了重要作用，僅20

10、05.1-2006.6期間三峽電廠累計取得發(fā)電效益189億元。南京長江第一大橋加固2012.4-2012.6高韌性混凝土與橋梁主體結(jié)構(gòu)混凝土始終 能夠保持良好的粘結(jié)性和完整性，修補效 果顯著改善，避免了使用其他材料多次維 修影響通行的缺點浙江省杭金衢高速公路常山港特 大橋2014.11避免了原有裂縫進(jìn)一步變寬的趨勢，有效 分散了拉應(yīng)力。在不中斷交通的情況下進(jìn) 行施工，提高了施工效率，減少了限制交 通的各項手續(xù)與費用。被列為浙江省級重 點加固項目。瀾滄江景洪水電 站、瀾滄江里底水 電站景洪水電站：2010.2-2010.4里底水電站：2013.5-2013.10修復(fù)面積共計10000多平米，效果

11、良好， 對保證電站安全運行、正常出力起到了保 障作用，僅景洪電站施工就比使用常規(guī)材 料節(jié)省工期30天，按年發(fā)電量78億km.h 計算，增加發(fā)電效益1.58億元。六、曾獲科技獎勵情況無七、知識產(chǎn)權(quán)證明目錄知識產(chǎn)權(quán)類別知識產(chǎn)權(quán)具體名稱國家授權(quán)號授權(quán)日期權(quán)利人發(fā)明專利直型短切纖維拉拔試驗試樣成型模具及其制件方法中國ZL201510061130.02017-03-15浙江大學(xué)李發(fā)明專利一種纖維編織網(wǎng)增強水泥基復(fù)合材料及其制備方法中國ZL201410180397.72015-07-22杭州固華新材料 科技有限公司徐發(fā)明專利一種高耐久性配筋式永久性模板、混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件及設(shè)計、制造方法中國ZL2014104

12、10102.02016-08-17杭州固華復(fù)合材料科技有限公司 浙江大學(xué)徐發(fā)明專利一種螺栓連接式可拼裝防 裂防滲永久性梁模板中國ZL201210293543.82016-04-20浙江大學(xué)李發(fā)明專利一種非承重式輕質(zhì)薄壁減 震隔墻中國ZL201210392914.82014-08-06浙江大學(xué)王發(fā)明專利一種基于超高韌性水泥基復(fù)合材料的夾芯保溫墻體 及墻板中國ZL201210234163.72016-01-13杭州固華復(fù)合材料科技有限公司徐發(fā)明專利一種大體積混凝土消應(yīng)控制裂縫方法中國ZL201410365667.12016-04-06葛洲壩集團(tuán)試驗 檢測有限公司譚發(fā)明專利一種高強超高韌性混凝土及其

13、制備方法中國CN201610412344.2（公開號）同濟(jì)大學(xué)發(fā)明專利一種閉合式鉆孔植筋加固 結(jié)構(gòu)及加固方法中國CN201610577275.0（公開號）葛洲壩集團(tuán)試驗 檢測有限公司周肖實用新型一種適用于普通拉力試驗 機(jī)的纖維粘結(jié)性能測試裝 置中國ZL201520035149.32015-06-03浙江大學(xué)實用新型一種海洋浪濺區(qū)樁基礎(chǔ)的修復(fù)加固結(jié)構(gòu)中國ZL201120267650.42012-12-05杭州固華復(fù)合材料科技有限公司徐實用新型一種混凝土縫表面切槽封 堵結(jié)構(gòu)中國ZL201320354004.02014-02-19中國葛洲壩集團(tuán) 國際工程有限公 司陳余李軟件著作權(quán)水電工程混凝土大壩澆筑施工仿真系統(tǒng)1.0中國2011SR0686992011-06-01中國葛洲壩集團(tuán) 股份有限公司軟件著作權(quán)水電工程大壩填筑施工仿真系統(tǒng)1.0中國2011SR0690052011-06-01中國葛洲壩集團(tuán) 股份有限公司八、主要完成人員情況排名姓名技術(shù)職稱工作單位完成單位1徐世烺教授浙江大學(xué)浙江大學(xué)2周厚貴教授級高工中國能源建設(shè)集團(tuán)有限公司中國葛洲壩集團(tuán)股份有限公3李慶華副教授浙江大學(xué)浙