提到混凝土，想必大家都不陌生：樓房、大壩、橋梁、港口、隧道，無論是尋常百姓的居住出行還是國家重大工程建設，都少不了它的參與。但與此同時，混凝土結構頻頻出現的裂縫也令人心驚，不僅降低大型工程壽命，更多次引發重大安全事故。

　　這一條條裂縫，源自混凝土脆性大、易開裂的天然屬性。自19世紀混凝土發明以來，如何增韌控裂，研發2.0版本高韌性混凝土，為混凝土大家族增加一支新的高韌勁旅，成為困擾國內外學術界和工程界的一大難題。

　　混凝土廣泛應用于基礎設施建設，我國的用量更是高居世界第一。為了消除這條禍患之縫，浙江大學建筑工程學院徐世烺教授帶領團隊，二十多年來潛心鉆研，突破混凝土材料脆性易裂、界面薄弱易裂、結構受拉開裂三大瓶頸，發明出高韌性纖維混凝土制備與應用關鍵技術，為基礎設施長期安全服役的國家重大需求貢獻出浙大智慧。項目獲得2018年國家技術發明獎二等獎。

　　源頭發力打造高韌材料

　　混凝土結構出現裂縫了怎么辦？人們的習慣做法是盡快加固。但在徐世烺的眼中，裂縫有著自身的規律。1987年，他首次提出科學描述混凝土裂縫擴展過程的雙K斷裂理論，不僅能夠指出什么情況下裂縫是安全的，什么時候必須修補，甚至能夠通過該理論指導材料配制或通過工程措施抑制裂縫發生和發展。在該理論的基礎上，徐世烺又進一步建立起一套混凝土結構增韌控裂技術新體系。

　　大壩崩潰、橋梁垮塌慘劇的發生，混凝土材料脆性易裂是源頭。提高混凝土韌性，成為徐世烺研究工作的首要著力點。

　　長期以來，業界常規使用的增韌方法是在混凝土中摻入一定體積率的纖維，但這種方法無法改變混凝土準脆性的物理本質，其抗拉變形和韌性的提高幅度有限。在雙K理論基礎上，徐世烺首先建立起考慮材料隨機特性的纖維增韌混凝土多縫開裂力學模型，實現了高韌性纖維混凝土性能的可控優化設計，并依托力學模型，發明和制備了性能穩定的高韌性纖維混凝土。

　　“我們的發明從材料性能方面徹底解決了混凝土強而不韌、脆性易裂的根本缺陷。”徐世烺介紹，發明的高強高韌性混凝土極限抗拉應變最高可達8.4%，這個數值比普通混凝土高出800倍。與普通砂漿、混凝土脆性斷裂完全不同，高韌性混凝土具有優異的韌性，最大裂縫寬度遠小于0.1mm，完全滿足嚴酷條件下的耐腐蝕耐久性要求，為工程結構安全服役提供了關鍵性材料保障。

　　項目對包括材料力學性能、耐久性能和結構性能在內的指標進行大規模系統性測試。結果顯示，所發明的高韌性纖維混凝土性能指標遠超國內外同類材料。其中變形能力和強度綜合性指標比國際最好的數據分別超出70%和60%。

　　此外，為配合施工需求，徐世烺還發明了新型濕法噴射施工的高韌性纖維混凝土材料及其噴射施工技術，研制出免振搗的自密實高韌性纖維混凝土，發明出的超高強砂漿基體制備方法，可以制備出不同等級的系列高強高韌纖維混凝土，突破了需要高壓蒸汽養護的工程技術瓶頸。

　　體系支撐實現全程控裂

　　大體積混凝土結構經常都會遇到長間歇分期澆筑、改建與擴建、加固修復等情況，但混凝土結合面的缺陷會引起界面破壞，并危害結構的服役質量。另一方面，混凝土結構在外力作用下極易產生裂縫，影響服役能力，在大體積混凝土澆筑過程中，水泥水化產生的內部高溫與外部環境之間的溫差也極易造成裂縫。

　　針對現實需求，徐世烺帶領團隊發明了界面抗裂性能提升技術與復合結構控裂技術，保障整個生命周期安全服役。

　　團隊發明的適用于結構加固和大體積混凝土分層施工的低收縮、緩凝型、無機界面的粘結劑，解決了新老混凝土由于性能差異導致變形不協調而開裂的問題。測試分析報告顯示，使用這種界面劑粘結的混凝土，其粘結強度指標居國際領先水平，與有機界面劑相比具有粘結性能更優、無毒無異味、使用方便的特點。

　　同時，將大功率液壓盤踞切割與靜態爆破技術兩種拆除混凝土的方法結合，團隊還發明了可大大提升結合面咬合力和施工效率的人工鍵槽新技術，實現了施工安全、優質、高效、低成本。在南水北調丹江口大壩加高工程中，使用此項技術，工效比常規方法提高50%，成本降低30%，而質量合格率達到100%。

　　此外，徐世烺還發明出界面裂縫擴展路徑調控方法與不同材料界面剪切開裂的定向測試技術。通過優化界面的合理粗糙度范圍，使界面裂縫偏折于高韌性纖維混凝土內，從而有效延緩混凝土界面脫粘。在國際上首次發明出兩種不同材料界面剪切型開裂測試技術，可以科學判定不同界面處理方法對界面粘結性能的影響，為工程實踐中的新老混凝土界面處理技術提供了科學依據。

　　高韌性纖維混凝土的導熱系數僅為普通混凝土的1/4，抗裂防滲性能優越。基于材料本身優勢，徐世烺進一步提出使用高韌性纖維混凝土制作保溫防滲永久模板，實現施工期安裝便捷、養護期保溫防裂、服役期控裂耐久。試驗發現，當模板厚度大于75cm時，可以確保厚度20m的混凝土壩塊在越冬期間不會出現溫度裂縫。龍骨嵌扣式、螺栓鉆孔式、互扣式，團隊還發明了多個系列連接結構，建立了以承載力和最大裂縫寬度為控制條件的連接件最優設計準則，從而實現永久模板的快速裝配連接。

　　除了永久模板，團隊發明的大體積混凝土結構內部冷卻通水系統，有效解決了大體積混凝土結構內部易開裂的問題，從而通過內外雙重溫控，形成了高韌性纖維混凝土復合結構控裂體系。

　　推廣利用改變行業面貌

　　千里之堤，潰于蟻穴。一條不起眼的裂縫也可以摧毀一項重大基礎設施。二十余年來，徐世烺帶領團隊圍繞實際問題、克服重重困難，形成了具有自主科技產權和經過工程驗證的具有重大創新價值的技術體系，真正實現了混凝土裂縫的無害化。

　　與混凝土打了三十多年交道的徐世烺，為何會深耕這一研究方向？他說，這與時代背景緊密相連。1975年河南潰壩事件造成大量人員死傷，一年后發生的唐山大地震又奪去了24萬同胞的生命。接連發生的巨大災難讓他的內心久久不能平靜。1979年，湖南柘溪水電站出現大面積裂縫，嚴重威脅大壩安全。開始攻讀研究生的徐世烺聽到之后倍感震驚，決心為國內剛剛起步的混凝土斷裂力學研究貢獻自己的一份力量。而時至今日，當年那位將家國情懷烙在心底的青年依然在這條路上披荊斬棘、砥礪前行。

　　項目獲授權發明專利27項，軟件著作權5項。主要成果獲2014年教育部技術發明獎一等獎。在本領域頂級期刊CCR、CCC等發表SCI論文35篇；在國家一級學會刊物發表EI論文40篇；出版學術專著1部。

　　頂天立地做科研。徐世烺的研究成果不僅彌補了理論空白，更體現出巨大的實用價值。2011年，兩條高韌性纖維混凝土全自動化生產線分別在杭州海外高層次創業園和常州建設部綠色建材基地建立，國際上首次實現高韌性纖維混凝土的規模化工業化生產，為大型工程結構安全服役提供了保障。

　　橋梁、隧道、港口、大壩等不同工程領域，重大基礎設施建設、分期澆筑、改擴建、修復加固工程等項目，項目都得到成功推廣應用，并廣受好評。以上海吳淞軍港、浙江新嶺隧道、常山港特大橋、湖北丹江口大壩、四川金沙江向家壩等為代表，項目成果不斷向外輻射。據統計，近三年新增產值22.7億元，新增利潤2.1億元。

　　研究成果在節能減排方面也有顯著貢獻。使用高韌性纖維混凝土材料及相關技術可以減少甚至免除維修量，大幅度提高使用周期，從而有效降低水泥用量，減少二氧化碳排放。

　　“之前的研究主要是在抵抗自然災害的范疇內，但重大安全結構的安全服役還面臨著恐怖襲擊、可能的戰爭等更嚴峻的威脅。”徐世烺說，團隊已經開始對高韌性纖維混凝土材料及其復合結構的沖擊動力性能開展探索研究，以期為我國重大工程結構的安全服役提供新的科技成果支撐。