项目名称混凝土结构裂缝控制的膨胀增韧技术及其工程应用

项目名称：混凝土结构裂缝控制的膨胀增韧技术及其工程应用 推荐单位：教育部

项目简介：

本项目属土木建筑领域。混凝土是一种典型的准脆性材料，极易开裂，裂缝可导致混凝土结构耐久性降低并引发重大安全事故，迫切需要解决国内外长期难以攻克的混凝土结构裂缝控制中的核心问题---混凝土结构控裂和增韧防裂技术，探究混凝土裂缝扩展过程的力学特性和能量耗散机理，研发出具有高韧性的混凝土材料和有效抵抗裂缝扩展的新型结构形式进而提高结构的使用寿命。

为满足我国各类基础设施的大量修建和对大型结构长期服役条件下裂缝控制要求已经大幅提高的新需求，本项目组自1996年通过18年的协同攻关，对混凝土结构的裂缝形成与扩展机理、能量耗散机制与定量分布规律、新型控裂材料及其结构应用新技术等进行了一系列深入的理论和试验研究。发明了能满足不同控裂要求的增韧新材料及其工程应用技术，形成了具有我国自主知识产权的混凝土结构全寿命裂缝控制核心技术体系，并得到规模化推广应用。主要技术内容有：

1、发明了极限拉伸应变稳定地达到3%以上的超高韧性水泥基复合材料（UHTCC ），抗压强度可达80MPa ，断裂能达到5370N/m 。其极限拉伸应变为普通混凝土的300倍以上，高性能纤维混凝土的100倍以上。在国际上建立了首条UHTCC 全自动生产线，为重大工程的裂缝控制技术提供了关键材料保障。

2、发明了具有双膨胀源型的高效混凝土膨胀剂（HCSA ）和适应于大规模工程应用的掺膨胀剂补偿收缩混凝土，在国内外首次实现了回转窑工业化制备CaO-CaSO 4-S A C 34体系高性能混凝土膨胀剂。

3、发明了制备有效控制裂缝发生与扩展的UHTCC 新型复合结构和采用纤维编织网作为定向增韧材料的新施工工艺，在国际上首创了碳/玻混编，乱向短纤维/定向连续纤维编织网混杂增强的新型混凝土结构，发明了采用纤维编织网混凝土对既有结构进行加固修复的新技术。

4、发明了水泥基材料快速干燥收缩测量方法及配套的专用测量装置，制定了我国首个膨胀剂产品国家标准和国内外首个补偿收缩混凝土应用技术标准，均达到国际先进水平，为不同工程使用补偿收缩混凝土提供了技术保障。

5、进一步发展和创新了混凝土结构裂缝扩展分析的断裂力学理论。系统研究了混凝土裂缝形成与发展的机理，定量揭示了裂缝扩展过程能量耗散规律,提出了测定裂缝起裂断裂能新技术。将以应力强度因子为参量的双K 断裂理论，发展到单位裂缝面积所消耗的能量为参量的双G 断裂模型，并结合所发明的高韧性材料将该理论拓展到以单位体积所耗散的能量率为参量的双J 断裂模型。首次定量测定了UHTCC 宏观主裂缝断裂能，建立了定量测试UHTCC 纤维桥联断裂能的新方法。

本项目主要技术发明为国内外领先。已授权国家发明专利8项，软件著作权3项，制定了国家、行业和地方标准3部，工法1部。发表论文135篇，其中SCI 收录30篇，EI 收录85篇。出版专著3部，论著他引989次。本项目成果经教育部、国家自然基金委工程与材料学部、国务院南水北调办公室组织同行专家鉴定和评审，认为混凝土裂缝分析理论总体达到国际领先水平；超高韧性水泥基复

合材料和双膨胀源性高效膨胀剂及膨胀混凝土具有创新性和广泛的应用前景。

本项目成果已经成功应用到高层建筑和商业广场地下室、地铁和隧道、桥梁、水工建筑、人防等不同工程领域，包括南京长江大桥、高铁北京南站、国家奥林

匹克体育场（鸟巢）等二十余项重点工程，实现新增产值21.8亿元，取得直接经济效益3.76亿元，间接经济效益保守计算也达443亿。制定了国家标准、行

业与地方标准、工法，为行业技术进步提供了技术支撑和分析工具，提高了我国混凝土结构裂缝防治与控制水平和大型基础设施的服役寿命，取得显著的社会和经济效益。

主要完成人及技术贡献：

1.姓名：徐世烺

技术职称：正高级

工作单位：浙江大学 ,完成单位: 浙江大学,大连理工大学,浙江大学

对本项目技术创造性贡献：建立了三项发明技术的核心理论模型，创立了一套混凝土非线性断裂力学基础理论体系，发明了超高韧性水泥基复合材料，提出了非金属连续纤维/短切纤维的新型混杂纤维增强混凝土。在主

要发明点1、3、5中做出了创造性贡献。

曾获国家科技奖励情况：

2.姓名：赵顺增

技术职称：正高级

工作单位：中国建筑材料科学研究总院

对本项目技术创造性贡献：发明了氧化钙-硫铝酸钙双膨胀源高性能膨胀

剂并首次实现了其回转窑工业化制备，发明了适应于大工程应用的掺膨胀剂补偿收缩混凝土。发明了水泥基材料快速干燥收缩测量方法及配套的专用测量装置。在主要发明点2、4中做出了创造性贡献。

曾获国家科技奖励情况：

3.姓名：李庆华

技术职称：副高级

工作单位：浙江大学

对本项目技术创造性贡献：发明了制备有效控制裂缝发生与扩展的

UHTCC新型复合结构，提出了非金属连续纤维/短切纤维的新型混杂纤

维增强混凝土结构，发现了改善二者界面粘结性能的实用方法。在主要发明点3中做出了创造性贡献。

曾获国家科技奖励情况：

4.姓名：刘立

技术职称：正高级

工作单位：中国建筑材料科学研究总院

对本项目技术创造性贡献：解决了高性能混凝土膨胀剂的制备工艺，研究了膨胀水泥浆体的收缩—膨胀平衡点湿度和普通水泥湿度的关系。在主要发明点2中做出了创造性贡献。

曾获国家科技奖励情况：

5.姓名：李贺东

技术职称：中级

工作单位：浙江大学

对本项目技术创造性贡献：首次定量测定了超高韧性水泥基复合材料宏观主裂缝断裂能，建立了定量测试超高韧性水泥基复合材料纤维桥联断裂能的新方法。在主要发明点5中做出了创造性贡献。

曾获国家科技奖励情况：

6.姓名：尹世平

技术职称：副高级

工作单位：中国矿业大学

对本项目技术创造性贡献：提出了TRC复合钢筋增强混凝土结构的思想并建立了受弯构件设计计算方法，发明了采用纤维编织网混凝土对既有结构进行加固修复的新技术。在主要发明点3中做出了创造性贡献。

曾获国家科技奖励情况：

主要知识产权证明目录：