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10余年的深入研

2、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：1.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参数，确保了高韧性混凝

3、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。2. 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缝方法，保障了高韧性混凝土材料施工和

4、大型混凝土结构加固的质量。3. 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，在本领域发表期刊论文101篇，其中SCI收录论文37篇、E

5、I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对本项目的贡献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

6、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） 年 月 日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，并对应用效果进行长期跟踪监测。完成单位（公章） 年 月 日单位

7、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，并参与了对应用效果的长期跟踪监测与分析。完成单位（公章） 年 月 日

8、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、杭金衢高速公路常山港特大桥、杭州秋石快速路高架工程、杭金衢高速公路拓

9、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2005.1-2006.6期间三峡电厂累计取得发电效益189亿元。

10、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

11、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人发明专利有效状态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ZL0.02017-03-15浙江大学李贺东，闫东明，王激扬有权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ZL7.72015-07-22杭州固华新材料科技有限公司徐世烺，李贺东，李庆华有权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ZL2.02016-08-17杭州固华复合材料科技有限公司 浙江大学徐世烺，黄博滔，

12、李庆华有权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ZL3.82016-04-20浙江大学李庆华，黄博滔，徐世烺有权发明专利一种非承重式轻质薄壁减震隔墙中国ZL4.82014-08-06浙江大学王激扬，李庆华，沈玲华，徐世烺有权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ZL3.72016-01-13杭州固华复合材料科技有限公司徐世烺，李庆华，沈玲华，王激扬有权发明专利一种大体积混凝土消应控制裂缝方法中国ZL7.12016-04-06葛洲坝集团试验检测有限公司谭恺炎，周厚贵，陈志远，李萌，彭先齐有权发明专利一种高强超高韧性混凝土及其制备方法中国CN4.2（公开号）同

13、济大学俞可权，余江滔公开发明专利一种闭合式钻孔植筋加固结构及加固方法中国CN5.0（公开号）葛洲坝集团试验检测有限公司周厚贵，李海波，李焰，肖晔珩，胡云峰，张金杰， 谭恺炎公开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ZL9.32015-06-03浙江大学徐世烺，李庆华，高翔有权实用新型一种海洋浪溅区桩基础的修复加固结构中国ZL0.42012-12-05杭州固华复合材料科技有限公司徐世烺，侯利军，李庆华有权实用新型一种混凝土缝表面切槽封堵结构中国ZL4.02014-02-19中国葛洲坝集团国际工程有限公司陈晓华，刘怀亮，周厚贵，余英，谭恺炎，雷骊彪，李焰，刘文，李建彬，程公辉，

14、王明毅有权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2011SR2011-06-01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2011SR2011-06-01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项目贡献1徐世烺教授浙江大学浙江大学项目技术负责，7项专利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司项目总协调，3项专利3李庆华副教授浙江大学浙江大学理论研究，7项专利4谭恺炎教授级高工葛洲坝集团试验检测有限公司葛洲坝集团试验检测有限公司推动工程应用，3项专利5余江滔副研究员同济大学同济大学理论研究，1项专利6王激扬副教授浙江大学浙江大