混凝土材料高韧化和结构服役性能提升关键技术-河海大学科技处

1、2017年度教育部高等学校科学技术进步奖公示内容一、项目名称混凝土材料高韧化和结构服役性能提升关键技术二、推荐单位浙江大学，推荐教育部科学技术进步奖一等奖三、项目简介大型混凝土结构开裂现象十分普遍，对结构服役性能造成了严重影响。由于 传统混凝土材料固有的脆性特征及大型结构工程混凝土浇筑时分层分块施工、结 构修复中新老混凝土界面粘结问题，一直是制约混凝土工程安全服役和改建、扩 建、分建、续建及加固改造性能提升的世界性技术难题，迫切需要解决混凝土裂 缝控制及有效修复的核心技术问题-混凝土材料的高韧控裂和应用于结构的施 工关键技术，进而大幅提升各类基础设施的修建质量和服役性能。本项目团队历 经了 1

2、0余年的深入研究与技术攻关，自主研发了能满足不同裂缝控制水平的高 韧性纤维混凝土新材料及施工关键技术，实现了对新建或既有大型混凝土结构服 役性能的显著提升，保证了相关重点工程的顺利建成。主要科技创新成果如下：考虑纤维取向、纤维位置和基体缺陷尺寸的随机分布特性，建立了短纤维 增强混凝土实现高韧化的微观力学模型，揭示了高韧性混凝土的材料组分参数（基体断裂韧度、纤维参数、界面参数）与复合材料宏观力学性能（强度、拉伸 变形能力、裂缝宽度等）之间的关系。研发了短纤维拉拔试样的成型模具、制备 方法和测试装置，可以准确确定单根短纤维在基体中的临界嵌入长度、摩擦粘结 强度、化学粘结强度和滑移硬化系数等界面粘结

3、参数，确保了高韧性混凝土复合 材料设计和性能预测中关键参数的准确性和可靠性。制备出拉伸变形最高可达 8%以上、抗渗保温性能优异的高韧性混凝土。在国际上建立了首条高韧性混凝 土自动化生产线，为新建结构服役性能提升和既有结构修复加固提供了关键材料 保障。针对大型结构工程混凝土浇筑时分层分块施工方法和既有建筑物维修加 固带来的新老混凝土界面粘结问题，通过对高韧性混凝土 /既有混凝土粘结的抗 拉、抗折、抗剪、复合受力、断裂等各项性能进行大量试验研究，得出了高韧性 混凝土 /既有混凝土界面粘结影响因素的一系列特征规律；开发了粉煤灰-硅灰改 性水泥净浆界面剂和裂缝处理方法，提出了一种大体积混凝土消应控制裂

4、缝方 法，保障了高韧性混凝土材料施工和大型混凝土结构加固的质量。创建了一种简便快捷的闭合式钻孔植筋加固方法；将大功率液压盘踞切 割与静态爆破方法有机互补结合，提出了适用于大规模新老混凝土结合面新增人 工键槽成型的“锯割静裂法”，降低了大型结构混凝土人工键槽爆破药量单耗和 爆破破坏效应，并最大程度的保证了破碎效应，有效避免了对非拆除混凝土的损 伤；形成了集方法、工艺、仿真和设备于一体的既有结构混凝土表面大规模、高 质量、低成本快速成型技术体系。本项目的科技成果在土木与水利工程领域具有很显著的技术创新性，已授权 及公开国家发明专利9项，软件著作权2项，制定国家工法2部，出版著作1 部，在本领域发表

5、期刊论文101篇，其中SCI收录论文37篇、EI收录论文64 篇。在本领域共培养毕业了 13名博士，18名硕士，4名博士后。项目成果经国 家自然科学基金委、国务院南水北调办公室、湖北省科技厅组织同行专家鉴定和 评审，认为项目成果达到国际领先水平，具有广泛应用前景。已成功应用到大坝、 桥梁、隧道、建筑等不同工程领域，为行业技术进步提供了基础性新材料和关键 新技术，取得了巨大的社会和经济效益。四、主要完成单位及创新推广贡献单位名称浙江大学排 名1对本项目的贝献1）总体负责项目的策划，制定详细的研究方案和创新计划，协调各方工作，并负责项 目申报立项、组织实施、鉴定和总结报奖工作。2）研发了纤维拔出试

6、件制备模具和测试装置，制备了高韧性混凝土，在国际上建立了 首条高韧性混凝土自动化生产线，为大型工程结构裂缝控制提供了关键材料保障。3）承担在役大型混凝土结构服役性能相关的室内试验、现场测试，并系统进行了项目 的理论分析、数据分析等研究。4）推进高韧性混凝土材料在土木、水利、交通行业的应用。完成单位（公章）单位名称中国葛洲坝集团股份有限公司排 名2对本项目的贡献1）参与项目的策划，参与制定的研究方案和创新计划。2）建立了实用价值很强的界面粘结性能试验数据库，对水利工程大坝浇筑与填筑进行 了施工模拟，开发了两套相关仿真软件。3）提供实体验证工程，负责推动项目研究成果在水利工程中的推广应用，并对应用

7、效 果进行长期跟踪监测。完成单位（公章）年 月 日单位名称葛洲坝集团试验检测有限公司排 名3对本项目的贡献1）参与项目的策划，参与制定的研究方案和创新计划。2）研发了大体积混凝土消应控制裂缝方法以及大型结构加固维修的实用施工方法和施 工工艺，完成了国家级工法2部。3）提供了实体验证工程，协助推动项目研究成果在水利工程中的推广应用，对应用效 果进行了长期跟踪监测。完成单位（公章）年 月 日单位名称同济大学排 名4对本项目的贡献1）参与项目的策划，参与制定的研究方案和创新计划。2）通过理论和试验研发了一种高强超高韧性混凝土及其制备方法。3）参与项目研究成果在土木、水利工程中的推广应用，并参与了对应

8、用效果的长期跟 踪监测与分析。完成单位（公章）单位名称大连理工大学排 名5对本项目的贡献1）参与项目的策划，参与制定的研究方案和创新计划。2）研究了高韧性混凝土与老混凝土复合构件的整体工作性能。3）参与项目研究成果在土木、水利工程中的推广应用。完成单位（公章）年 月 日五、推广应用情况本成果实现了对新建或既有大型结构服役性能的显著提升，完成了高韧性混 凝土材料、关键施工技术与工艺、基本性能指标及工程应用等方面的系统创新， 保证了相关重点工程的顺利建成，显著提升了行业技术竞争力。同时，依托南水 北调中线水源工程丹江口大坝加高工程、南京长江第一大桥加固、杭州市秋石快 速路高架工程、杭金衢高速公路常

9、山港特大桥、杭州秋石快速路高架工程、杭金 衢高速公路拓宽工程等大型结构工程项目对推广应用进行了验证，在提高整体结 构服役性能、降低运营成本方面发挥了重要作用，取得了良好的经济和社会效益。主要应用情况表应用工程应用起止时间应用效果南水北调中线水源工程丹江口大坝加高工程2005-2011确保了大坝加高工程质量、加快了工程进 度、降低了施工成本，实现了新老混凝土 联合受力；库容扩大115亿m3,为南水北 调中线供水提供了重要的水源保障，经济 效益和社会效益显著三峡工程三期围堰施工2003.1-2006.6新老混凝土结合良好，没有出现开裂和渗漏，为确保三峡工程施工期安全和挡水发电起到了重要作用，仅20

10、05.1-2006.6期间三峡电厂累计取得发电效益189亿元。南京长江第一大桥加固2012.4-2012.6高韧性混凝土与桥梁主体结构混凝土始终 能够保持良好的粘结性和完整性，修补效 果显著改善，避免了使用其他材料多次维 修影响通行的缺点浙江省杭金衢高速公路常山港特 大桥2014.11避免了原有裂缝进一步变宽的趋势，有效 分散了拉应力。在不中断交通的情况下进 行施工，提高了施工效率，减少了限制交 通的各项手续与费用。被列为浙江省级重 点加固项目。澜沧江景洪水电 站、澜沧江里底水 电站景洪水电站：2010.2-2010.4里底水电站：2013.5-2013.10修复面积共计10000多平米，效果

11、良好， 对保证电站安全运行、正常出力起到了保 障作用，仅景洪电站施工就比使用常规材 料节省工期30天，按年发电量78亿km.h 计算，增加发电效益1.58亿元。六、曾获科技奖励情况无七、知识产权证明目录知识产权类别知识产权具体名称国家授权号授权日期权利人发明专利直型短切纤维拉拔试验试样成型模具及其制件方法中国ZL201510061130.02017-03-15浙江大学李发明专利一种纤维编织网增强水泥基复合材料及其制备方法中国ZL201410180397.72015-07-22杭州固华新材料 科技有限公司徐发明专利一种高耐久性配筋式永久性模板、混凝土结构构件及设计、制造方法中国ZL2014104

12、10102.02016-08-17杭州固华复合材料科技有限公司 浙江大学徐发明专利一种螺栓连接式可拼装防 裂防渗永久性梁模板中国ZL201210293543.82016-04-20浙江大学李发明专利一种非承重式轻质薄壁减 震隔墙中国ZL201210392914.82014-08-06浙江大学王发明专利一种基于超高韧性水泥基复合材料的夹芯保温墙体 及墙板中国ZL201210234163.72016-01-13杭州固华复合材料科技有限公司徐发明专利一种大体积混凝土消应控制裂缝方法中国ZL201410365667.12016-04-06葛洲坝集团试验 检测有限公司谭发明专利一种高强超高韧性混凝土及其

13、制备方法中国CN201610412344.2（公开号）同济大学发明专利一种闭合式钻孔植筋加固 结构及加固方法中国CN201610577275.0（公开号）葛洲坝集团试验 检测有限公司周肖实用新型一种适用于普通拉力试验 机的纤维粘结性能测试装 置中国ZL201520035149.32015-06-03浙江大学实用新型一种海洋浪溅区桩基础的修复加固结构中国ZL201120267650.42012-12-05杭州固华复合材料科技有限公司徐实用新型一种混凝土缝表面切槽封 堵结构中国ZL201320354004.02014-02-19中国葛洲坝集团 国际工程有限公 司陈余李软件著作权水电工程混凝土大坝浇筑施工仿真系统1.0中国2011SR0686992011-06-01中国葛洲坝集团 股份有限公司软件著作权水电工程大坝填筑施工仿真系统1.0中国2011SR0690052011-06-01中国葛洲坝集团 股份有限公司八、主要完成人员情况排名姓名技术职称工作单位完成单位1徐世烺教授浙江大学浙江大学2周厚贵教授级高工中国能源建设集团有限公司中国葛洲坝集团股份有限公3李庆华副教授浙江大学浙