邓明科：高延性混凝土为土木工程领域注入新活力

王涵

专家简介：

邓明科，西安建筑科技大学土木工程学院教授，博士生导师，混凝土结构教研室副主任，结构工程学科带头人。同时，兼任中国工程建设标准化协会砌体结构专业委员会委员、中国土木工程学会纤维混凝土专业委员会委员，2015年度陕西省青年科技新星，主要研究方向为新型材料与新型结构体系。累计发表科研论文60余篇，获得已授权国家发明专利20项，实用新型专利20项，其中10项发明专利已实现科技成果转化应用。

混凝土材料是世界上研究最多、应用最广、其他材料所不能替代的主要土木工程材料之一。高性能混凝土具有高强度、高耐久性、高流动性及高抗渗性等优点，是目前混凝土技术的一个重要发展方向。但混凝土的抗压强度提高以后，其脆性增大、抗拉和抗剪强度相对较低，导致结构延性降低，使混凝土材料的应用范围受到很大限制。

如何解决混凝土材料的脆性？西安建筑科技大学土木工程学院邓明科教授多年来一直致力于这一问题，深入钻研。在其和团队的不懈努力下，如今，这一难题终于得到了解决。2014年以来，中央电视台CCTV10频道《探索·发现》栏目、陕西电视台、西安电视台、陕西日报、西安日报等先后对邓明科团队在高延性混凝土研发与推广应用方面取得的成果进行了跟踪报道。

高延性混凝土：利用材料延性提高结构抗震性能

高延性水泥基复合材料（ECC）最早由美国Michigan大学Victor. C. Li教授在1992年提出，配制单位体积的ECC，约50%的水泥可用粉煤灰、硅灰等工业废料取代。经纤维与活性掺合料有效复合，不仅强化了混凝土材料的各项关键性能，还大幅度地提高了结构的耐久性和耐损伤能力，对节约资源和能源，保护生态环境具有重要意义。

2008年汶川大地震，年仅29岁的邓明科作为建设部第一批派往重灾区的抗震救灾专家组成员之一，现场目睹了成千上万间房屋倒塌破坏所引起的巨大生命与财产损失。之后，他想到了通过材料性能提升，利用混凝土自身的延性来改善结构抗震性能，并立即开始这项研究。

历经8年的不懈努力，邓明科和其团队利用陕西当地的材料资源，经过数百次材料试配、纤维界面改性和设计参数调整，成功配制出具有高强度、高韧性、高抗裂性能和高耐损伤能力的高延性混凝土，并系统开展了高延性混凝土抗压韧性、弯曲韧性、抗压强度和尺寸效应的试验研究。

为实现高延性混凝土制备技术的产业链整合，提高科研工作效率，并快速实现成果转化应用，邓明科与国内相关企业合作研发，率先攻克了高延性混凝土专用纤维的国产化制备关键技术。在此基础上，从材料到构件再到结构，系统、全面地开展了高延性混凝土材料及构件的基本性能研究，将高延性混凝土用于剪力墙连梁、底部塑性铰区、转换大梁、梁柱节点等结构关键部位，并在高延性混凝土加固砌体结构方面取得了突破性研究成果。

地震灾害是人类面临的最严重的自然灾害之一，汶川地震以后发生的一系列破坏性地震（如2010年智利大地震、2011年东日本大地震）均造成了惨重的人员伤亡和巨大的经济损失。因此，提高建筑物的抗震能力、减轻地震灾害再次引起工程界的关注。邓明科介绍道，地震作用下，由于混凝土材料的脆性以及变形能力不足，导致钢筋混凝土框架柱、连梁、剪力墙等构件容易发生剪切破坏，会造成结构严重损坏甚至发生倒塌。

于是，邓明科提出了“高延性混凝土构件抗剪机理与设计方法研究”课题。从材料延性出发，利用高延性混凝土的高韧性和高耐损伤能力，针对高延性混凝土“梁、柱、剪力墙”的破坏形态、延性剪切破坏机理、受剪承载力、非线性分析等关键问题，进行系统的试验研究和理论分析，为高延性混凝土在抗震结构中的应用和震后免修复设计提供了科学依据。

在该项目中，邓明科课题组首次提出了基于材料延性的高延性混凝土构件抗剪承载力计算方法、非线性分析模型、延性剪切破坏模式和基于材料延性的剪切变形能力设计方法等，取得了多项创新和突破。

加固技术：实现国内首例唐墓壁画整体搬迁

2014年，位于西安郭新庄的考古重大发现——唐代名相韩休夫妇合葬墓，内有朱雀图、山水图和乐舞图三幅壁画，是迄今为止发现的唯一一幅唐代大幅独屏山水壁画。为对壁画更好地进行保护研究，陕西历史博物馆决定对壁画进行整体搬迁。而长期从事高延性混凝土加固砌体结构理论与方法研究的邓明科，正是韩休墓壁画加固工作的总负责人。

利用研发的“高延性混凝土加固砌体结构技术”，从方案设计、现场施工、整体吊装到运输，邓明科率领团队对每一个步骤都严格把关，确保文物搬迁项目顺利进行，真正做到了“万无一失”，实现了国内首例唐墓壁画整体搬迁。邓明科介绍说：“新型加固材料形似水泥，唐墓壁画松散砖块间的缝隙用这种高延性混凝土进行填充和加固，就具备了基本的整体性，可以保证壁画在运输和搬运过程中，不受任何损害。”

砌体结构在我国应用广泛，历史久远，是目前既有结构的主要形式之一，在我国城乡和村镇建筑中占有重要的地位。但由于砌体的抗拉强度低、抗裂性能差以及材料自身的脆性，导致砌体结构的整体性较差，在历次大地震中破坏严重，甚至发生倒塌。2008年汶川地震中，映秀镇、北川县、绵竹县和都江堰等高烈度区的中小学砌体结构房屋大量损毁，造成了较大人员伤亡和经济损失。因此，提高砌体结构的抗震性能意义重大。

邓明科介绍道，采用高延性混凝土加固砌体结构，可改善传统砌体结构容易开裂、整体性能差的特点，提高砌体结构的抗震性能，并可用于高烈度区砌体结构房屋抗震设计，还可用于既有砌体结构房屋的抗震加固与修复，具有重要的理论意义与推广应用价值。另外，与现有加固方法相比，邓明科提出的加固方法施工方便，节省工期，加固费用较低，性价比高，有着巨大的市场前景、经济及社会效益。

目前，邓明科和团队正在致力于将“高延性混凝土加固砌体结构技术”研究成果在全国中小学校舍加固、危旧房改造和文物保护与修缮等方面全面推广应用。

走“产学研一体化”道路

近几年，邓明科课题组系统开展了高延性混凝土材料、构件、结构方面的研究工作，在高延性混凝土研究领域获得国家发明专利20项，实用新型专利20项，发表相关论文30多篇。

如何将创新科研成果就地转化，将产品推向市场？目前，邓明科课题组在西安碑林环大学创新产业带的支持下，正致力于将高延性混凝土方面取得的多项科研成果转化为生产力，实现由试验研究到工程应用的产学研一体化，使高校创新成果与产业发展“无缝对接”，以促进土木工程领域的技术进步。他研发的新材料已成功应用在60多所校舍的加固改造中，大大提高了中小学校舍的安全性。至今，他研发的新材料和“高延性混凝土加固砌体结构技术”已成功应用于西安市长安区、蓝田、周至、高陵、咸阳和宝鸡、延安等200余栋中小学校舍的抗震加固，以及办公楼、住宅楼、商住楼的加固，“未来，这项技术还将应用在交通、水利等多个领域”。

2015年起，邓明科教授团队在“高延性混凝土研发与推广应用”方面取得的科研成果，已通过校企联合方式与陕西、安徽、北京等10余个省市的设计院和施工单位合作，在中小学校舍加固、危旧房改造和文物保护与修缮等方面进行全面推广应用。

至今，邓明科教授已参与国内外学术交流会30余次，并与国内相关企业密切合作进行产业链整合，为青年科技工作者实现科技成果转化应用和产学研一体化树立了典范。

2015年12月，邓明科负责的科研项目“高延性混凝土加固砌体结构基本理论与推广应用”获得了西安建筑科技大学科技进步奖一等奖。一路坚持，一路突破，一路创新，邓明科在自己的科研领域获得了骄人的成绩和应得的荣誉。但他从未止步，利用新材料和新技术创新，“为土木工程领域注入新的活力”是他的终极理想。路在，脚步依旧前行……