点赞混凝土科技创新的春天

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　　像一片怒放的报春花海那般令人振奋。武汉无收缩灌浆料

   2015年1月9日，国家科学技术奖励大会在北京人民大会堂举行。2014年度国家科学技术奖励共授奖318项成果、 8位科技专家和1个外国组织。 其中，立足于混凝土产业的四项科技创新成果分获“国家科学技术进步一等奖”、“国家科学技术进步二等奖”和“国家技术发明二等奖”，其分别是东南大学吕志涛院士领衔的“现代预应力混凝土结构关键技术创新与应用”，东南大学孙伟院士领衔的“超高性能混凝土抗爆材料成套制备技术结构设计及其应用”，哈尔滨工业大学吴波教授领衔的“混凝土结构耐火关键技术及应用”，深圳大学邢锋教授领衔的“大掺量工业废渣混凝土高性能化活性激发与协同调制关键技术与应用”。

　　国家科学技术奖是一面旗帜，展示的是一批标志性重大科技成果，营造的是崇尚科学、尊重人才、褒扬先进的氛围，彰显的是国家的创新能力。

　　创新是中华民族生生不息的秉性、发展进步的动力。混凝土产业如此高规格、大面积地涌现出获奖科技成果，意味着混凝土产业博采互鉴、创新图强的步伐从未停歇，象征着混凝土产业始终以创新为推动发展的强大动力，混凝土产业的中国速度、中国力量、中国创新正在令国人注目。

　　混凝土产业科技创新

　　立足国家发展战略

　　吕志涛院士领衔的研究创新成果最突出的特征就是立足国家发展战略。众所周知，预应力是重大土木工程建设的核心技术，可节约钢材和混凝土用量的20%～30%，显著减少碳排放量，满足资源节约和环境保护等国家战略要求。

上世纪90年代以来，我国工程建设规模举世瞩目，大跨、超长、重载与特种结构以及核电、磁悬浮等高新技术工程，对现代预应力技术提出了前所未有的挑战。吕志涛带领的科研团队经过十余年的研究，实现了预应力结构理论、病害控制、抗震减灾、核电安全等领域的突破。据专家介绍，“所谓的预应力，如果形象说来就是几片木板制成的桶容易漏水，假如外面用铁箍形成一个加固的力，就能使得木片紧紧匝到一起，这个铁箍的功能就相当于是‘预应力’”。该项目团队研究人员、东南大学土木学院教授冯健介绍说，由于混凝土材料的抗拉强度只有抗压强度的十分之一左右，因此一般情况下，普通混凝土材料在拉伸至20米～30米就达到了极限，例如无法造出桥梁整体结构或建筑本身因开裂而垮塌。而在其中施加了预应力技术，则不仅可以延长跨距至200米～300米，还可节约建筑钢材和混凝土用量的20%～30%。

　　如今，这项获得国家科学技术进步一等奖的主要成果构建了以13部国家标准为支撑的我国预应力混凝土结构标准体系，出版了8部著作。东南大学土木工程学院院长吴刚披露，这项成果已应用于南京奥体中心超大面积平台、苏通大桥连续钢构、福清核电站、上海磁悬浮、青岛液化天然气储罐、沙特SCC筒仓等百余项重大工程，近3年新增产值41亿元。与此同时还建设了“国家预应力工程技术研究中心”和“混凝土及预应力混凝土结构教育部重点实验室”两个创新基地，引领我国预应力科技发展。除了在技术上有所突破，该团队还开创了预应力新的理论和标准体系。吕志涛说：“我们创新的预应力技术不仅自己运用，还要推广到全国甚至国际上。这样设计院才能设计、施工单位才能对照着去做。” 据介绍， 这项技术成果除了应用于一些国内重大项目， 还直接应用于日本、捷克、加拿大等20多个国家的100多项重大工程，创造了20余项全国或世界纪录。

　　混凝土产业科技创新

　　具有重大科学价值

　　混凝土作为现代工程结构的主要材料，担负着节能减排的重任。邢锋教授领衔的团队大量利用矿渣、钢渣等工业废渣研发出高性能混凝土，显著减少了水泥用量及自然资源和能源消耗，走出了绿色、低碳、环保之路。如今，此类高性能混凝土已经成功应用于国内20多项工程项目。

   “大掺量工业废渣混凝土高性能化活性激发与协同调制关键技术与应用”项目属于土木工程领域的节约型混凝土高性能化技术。我国社会经济的快速发展，混凝土需求量持续增加，一方面其原料来源问题凸显，而且滨海、凝冻、冻融等特殊环境也对混凝土结构的服役性能和使用寿命提出了更高要求；另一方面，我国每年产生数10亿吨的钢渣矿渣、磷矿渣和粉煤灰等环境负荷大的工业废渣，将其用于制备混凝土并实现高性能化是工业废渣资源化利用的有效途径。这项成果是在国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金重点项目和国家科技支撑计划等资助下，经长期机理研究，发明了不同工业废渣的矿物组分协同激发与调制技术，解决了混凝土早期性能与长期性能的内在需求矛盾，显著提高了工业废渣吸纳率，实现了大掺量工业废渣混凝土的高性能化，工程适应性大大提高。同时还发明了混凝土强度快速预测新方法，可高效协同调控混凝土的早期和长期性能。主要发明点为：

   （1）发明了外引离子双向复合激发方法，揭示了硫酸根离子激发钢渣矿渣中氧化铝活性的机理，实现了硫酸盐、矿渣、钢渣的三元协同激发和活性的协调发挥，大幅提高了掺和料的活性和用量，钢渣矿渣掺量可达40%以上，混凝土早期强度和后期强度较同掺量的矿渣混凝土分别提高20%和10%；发明了钢渣热闷处理与矿物掺和料协同激发方法， 解决了钢渣体积稳定性差的难题，全钢渣细集料配制的高性能混凝土28天抗压强度达到80MPa以上。

   （2）发明了多组分复合化学激发剂，提出了机械-热-化学法协同激发磷矿渣潜在活性的新方法，解决了大掺磷矿渣混凝土缓凝严重和早期强度差的难题。磷矿渣掺量可达30%以上，大掺量磷矿渣高性能混凝土1天强度可提高20%以上，365天氯离扩散系数降低50%以上。

   （3）最早提出硬石膏激发粉煤灰中Al 2 O 3 的方法，有效提高了大掺量粉煤灰混凝土的早期强度；通过发明的两步法均衡界面改性技术，进一步弱化了混凝土界面“墙壁效应”，协调了混凝土早期与长期性能需求，实现了混凝土的高性能化。粉煤灰掺量超过55%时，混凝土抗压强度可达80MPa以上，孔隙率下降30%，365天氯离子扩散系数降低60%以上；制备的粉煤灰掺量超过75%的混凝土其导热系数可下降67%。

   （4）发明了混凝土28天强度预测新方法，建立了符合我国胶凝材料特性的混凝土强度快速测试模型，大幅提高了大掺量工业废渣混凝土强度预测与评定的准确性。获授权发明专利10项， 出版专著3部，参编国家和行业标准各2部；在《水泥混凝土研究》（Cement andConcreteResearch）、《水泥混凝土复合材料》（CementConcreteComposites）等本领域顶级期刊上发表SCI、 EI收录论文86篇，被国内外同行发表于高水平期刊上的论文广泛引用，单篇最高引用70次。中国土木工程学会组织的评审专家组认为 “该项目研究成果体现环境友好，创新性强，达到国际领先水平”。主要成果曾获2013年教育部技术发明一等奖。本项目所发明的大掺量工业废渣系列高性能混凝土产品性能优良，已在深圳机场、深圳地铁、沪昆和杭瑞高速贵州段、长春房地大厦等100多项工程建设中成功应用，涉及建筑、道路、隧桥等工程领域，为我国混凝土产业向资源节约型转型提供了有力支撑。近三年这项成果的应用取得了8亿元以上的经济效益。

　　混凝土产业科技创新

　　创造显著社会效益，由孙伟院士带领团队完成的“超高性能混凝土抗爆材料成套制备技术、结构设计及其应用”研究获得国家科技进步二等奖。这项成果针对目前超高强混凝土普遍存在的脆性大、粘度高、制备和养护工艺复杂、造价高、无法满足现场大规模施工等关键难题，经过近10年的刻苦研究，在国际上率先系统开展了超高性能混凝土材料成套制备、结构设计及应用的关键技术研究，在混凝土的超高强、超高韧、超高抗力及其抗冲击设计计算方法与超高抗力结构研发等方面取得了一系列的创新性成果。研究成果满足了工程防护的重大战略需求，推动了超高性能混凝土产业的自主创新与技术进步，具有良好的经济效益与社会效益。

　　由吴波教授牵头的“混凝土结构耐火关键技术及应用”项目，在耐火试验设备及试验方法、高强钢管混凝土柱耐火性能、不同饰面混凝土柱耐火性能、碳纤维加固混凝土构件耐火性能等方面进行深入研究，并成功解决相关试验技术难题。这项成果开发了混凝土结构防火涂料，能用在工业与民用建筑物内或公路、铁路（含地铁）隧道等混凝土表面， 形成耐火隔热保护层以提高其结构耐火极限，可为建筑工程的防火阻燃提供新的可靠屏障。

　　从上述获奖成果中，我们可以清晰地看到创新者的立足点不仅在于服务国计民生，他们还在努力地创造新的社会效益。

　　我国混凝土产业之所以能迎来科技创新的春天，是因为我们拥有混凝土产业蓬勃发展的一片沃土。创新是中华民族生生不息的秉性、发展进步的动力，我国现代化建设正处于关键时期，经济发展进入新常态， 要保持中高速增长、 向中高端水平迈进， 必须依靠创新支撑。国家繁荣发展的新动能，就蕴涵于万众创新的伟力之中。

　　回望2014年，在我国举世瞩目的重大工程中，都能仰视到混凝土凝聚的伟岸脊梁。

   2014年12月26日，兰新高铁全线开通运营。这是世界上海拔最高的高铁，它横跨甘、青、新三省区，全长1776公里，设计时速200公里以上，是我国首条在高海拔地区修建的高速铁路，也是目前世界上一次性建设里程最长的高速铁路。它怀抱着世界最长的高原高铁隧道、世界上火车穿越最长的风区、世界上规模最大的防风工程……作为一条长达1776公里的大干线，兰新高铁沿途所经地区覆盖了高原、高山、黄土、戈壁、沙漠、绿洲、湿地以及干旱、大风、 极寒等各种地质类型和极端气候。基本上除软土和西南地区常见的喀斯特岩溶地貌外，其他工程地质难题在兰新高铁都能遇到，其综合修建技术难度在国内高铁独占鳌头，堪称中国最复杂、最具挑战性的高铁，也最能代表中国高铁的综合技术水平。远眺兰新高铁，我们可以骄傲地说，这里的每一寸工程都是高性能混凝土的结晶。

   2015年1月14日，经过12年艰苦建设，南水北调东、中线一期工程于2014年全面建成通水。举世瞩目的南水北调工程带来了巨大的社会效益和经济效益。据介绍，南水北调东、中线一期工程实施以后，直接给沿线253个县级以上城市供水，大大提高了这些城市的供水保证率，保障了供水安全。这条现代的地下 “大运河”，其实就是一条用混凝土与钢铁砌筑的连接南北大地的新动脉。

   2015年1月19日，天津（楼盘）“117大厦”突破500米大关， 其主塔楼核心筒第101层混凝土浇筑完成，标高达到502.635米， 成为世界第8座、中国第5座、中国北方首座超过500米的摩天大楼。 而在2014年12月25日上午8点整，“117大厦”项目D区65000立方米C50大体积底板混凝土隆重开盘浇筑，建设者用66个小时完成了大底板混凝土的施工。这是一项史无前例的世界最大底板混凝土浇筑新纪录。

　　灿烂的产业发展进步之花，必然结汇丰硕的科技创新之果。在中国现代化建设进入关键时期、经济发展进入新常态的今天，我们既要在较短时间内走完发达国家上百年走过的工业化道路，又要在新一轮世界科技革命和产业变革中迎头赶上；既要保持中高速增长，又要向中高端水平迈进，唯有依靠创新支撑才能走得更远。武汉无收缩灌浆料

　　国家繁荣发展的新动能，就蕴涵于万众创新的伟力之中。驱动混凝土产业前行的新动能，也将会在创新的伟力中强势勃发。

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