鄧明科：高延性混凝土為土木工程領域注入新活力

王涵

專家簡介：

鄧明科，西安建筑科技大學土木工程學院教授，博士生導師，混凝土結構教研室副主任，結構工程學科帶頭人。同時，兼任中國工程建設標準化協會砌體結構專業委員會委員、中國土木工程學會纖維混凝土專業委員會委員，2015年度陜西省青年科技新星，主要研究方向為新型材料與新型結構體系。累計發表科研論文60余篇，獲得已授權國家發明專利20項，實用新型專利20項，其中10項發明專利已實現科技成果轉化應用。

混凝土材料是世界上研究最多、應用最廣、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強度、高耐久性、高流動性及高抗滲性等優點，是目前混凝土技術的一個重要發展方向。但混凝土的抗壓強度提高以后，其脆性增大、抗拉和抗剪強度相對較低，導致結構延性降低，使混凝土材料的應用范圍受到很大限制。

如何解決混凝土材料的脆性？西安建筑科技大學土木工程學院鄧明科教授多年來一直致力于這一問題，深入鉆研。在其和團隊的不懈努力下，如今，這一難題終于得到了解決。2014年以來，中央電視臺CCTV10頻道《探索·發現》欄目、陜西電視臺、西安電視臺、陜西日報、西安日報等先后對鄧明科團隊在高延性混凝土研發與推廣應用方面取得的成果進行了跟蹤報道。

高延性混凝土：利用材料延性提高結構抗震性能

高延性水泥基復合材料（ECC）最早由美國Michigan大學Victor. C. Li教授在1992年提出，配制單位體積的ECC，約50%的水泥可用粉煤灰、硅灰等工業廢料取代。經纖維與活性摻合料有效復合，不僅強化了混凝土材料的各項關鍵性能，還大幅度地提高了結構的耐久性和耐損傷能力，對節約資源和能源，保護生態環境具有重要意義。

2008年汶川大地震，年僅29歲的鄧明科作為建設部第一批派往重災區的抗震救災專家組成員之一，現場目睹了成千上萬間房屋倒塌破壞所引起的巨大生命與財產損失。之后，他想到了通過材料性能提升，利用混凝土自身的延性來改善結構抗震性能，并立即開始這項研究。

歷經8年的不懈努力，鄧明科和其團隊利用陜西當地的材料資源，經過數百次材料試配、纖維界面改性和設計參數調整，成功配制出具有高強度、高韌性、高抗裂性能和高耐損傷能力的高延性混凝土，并系統開展了高延性混凝土抗壓韌性、彎曲韌性、抗壓強度和尺寸效應的試驗研究。

為實現高延性混凝土制備技術的產業鏈整合，提高科研工作效率，并快速實現成果轉化應用，鄧明科與國內相關企業合作研發，率先攻克了高延性混凝土專用纖維的國產化制備關鍵技術。在此基礎上，從材料到構件再到結構，系統、全面地開展了高延性混凝土材料及構件的基本性能研究，將高延性混凝土用于剪力墻連梁、底部塑性鉸區、轉換大梁、梁柱節點等結構關鍵部位，并在高延性混凝土加固砌體結構方面取得了突破性研究成果。

地震災害是人類面臨的最嚴重的自然災害之一，汶川地震以后發生的一系列破壞性地震（如2010年智利大地震、2011年東日本大地震）均造成了慘重的人員傷亡和巨大的經濟損失。因此，提高建筑物的抗震能力、減輕地震災害再次引起工程界的關注。鄧明科介紹道，地震作用下，由于混凝土材料的脆性以及變形能力不足，導致鋼筋混凝土框架柱、連梁、剪力墻等構件容易發生剪切破壞，會造成結構嚴重損壞甚至發生倒塌。

于是，鄧明科提出了“高延性混凝土構件抗剪機理與設計方法研究”課題。從材料延性出發，利用高延性混凝土的高韌性和高耐損傷能力，針對高延性混凝土“梁、柱、剪力墻”的破壞形態、延性剪切破壞機理、受剪承載力、非線性分析等關鍵問題，進行系統的試驗研究和理論分析，為高延性混凝土在抗震結構中的應用和震后免修復設計提供了科學依據。

在該項目中，鄧明科課題組首次提出了基于材料延性的高延性混凝土構件抗剪承載力計算方法、非線性分析模型、延性剪切破壞模式和基于材料延性的剪切變形能力設計方法等，取得了多項創新和突破。

加固技術：實現國內首例唐墓壁畫整體搬遷

2014年，位于西安郭新莊的考古重大發現——唐代名相韓休夫婦合葬墓，內有朱雀圖、山水圖和樂舞圖三幅壁畫，是迄今為止發現的唯一一幅唐代大幅獨屏山水壁畫。為對壁畫更好地進行保護研究，陜西歷史博物館決定對壁畫進行整體搬遷。而長期從事高延性混凝土加固砌體結構理論與方法研究的鄧明科，正是韓休墓壁畫加固工作的總負責人。

利用研發的“高延性混凝土加固砌體結構技術”，從方案設計、現場施工、整體吊裝到運輸，鄧明科率領團隊對每一個步驟都嚴格把關，確保文物搬遷項目順利進行，真正做到了“萬無一失”，實現了國內首例唐墓壁畫整體搬遷。鄧明科介紹說：“新型加固材料形似水泥，唐墓壁畫松散磚塊間的縫隙用這種高延性混凝土進行填充和加固，就具備了基本的整體性，可以保證壁畫在運輸和搬運過程中，不受任何損害。”

砌體結構在我國應用廣泛，歷史久遠，是目前既有結構的主要形式之一，在我國城鄉和村鎮建筑中占有重要的地位。但由于砌體的抗拉強度低、抗裂性能差以及材料自身的脆性，導致砌體結構的整體性較差，在歷次大地震中破壞嚴重，甚至發生倒塌。2008年汶川地震中，映秀鎮、北川縣、綿竹縣和都江堰等高烈度區的中小學砌體結構房屋大量損毀，造成了較大人員傷亡和經濟損失。因此，提高砌體結構的抗震性能意義重大。

鄧明科介紹道，采用高延性混凝土加固砌體結構，可改善傳統砌體結構容易開裂、整體性能差的特點，提高砌體結構的抗震性能，并可用于高烈度區砌體結構房屋抗震設計，還可用于既有砌體結構房屋的抗震加固與修復，具有重要的理論意義與推廣應用價值。另外，與現有加固方法相比，鄧明科提出的加固方法施工方便，節省工期，加固費用較低，性價比高，有著巨大的市場前景、經濟及社會效益。

目前，鄧明科和團隊正在致力于將“高延性混凝土加固砌體結構技術”研究成果在全國中小學校舍加固、危舊房改造和文物保護與修繕等方面全面推廣應用。

走“產學研一體化”道路

近幾年，鄧明科課題組系統開展了高延性混凝土材料、構件、結構方面的研究工作，在高延性混凝土研究領域獲得國家發明專利20項，實用新型專利20項，發表相關論文30多篇。

如何將創新科研成果就地轉化，將產品推向市場？目前，鄧明科課題組在西安碑林環大學創新產業帶的支持下，正致力于將高延性混凝土方面取得的多項科研成果轉化為生產力，實現由試驗研究到工程應用的產學研一體化，使高校創新成果與產業發展“無縫對接”，以促進土木工程領域的技術進步。他研發的新材料已成功應用在60多所校舍的加固改造中，大大提高了中小學校舍的安全性。至今，他研發的新材料和“高延性混凝土加固砌體結構技術”已成功應用于西安市長安區、藍田、周至、高陵、咸陽和寶雞、延安等200余棟中小學校舍的抗震加固，以及辦公樓、住宅樓、商住樓的加固，“未來，這項技術還將應用在交通、水利等多個領域”。

2015年起，鄧明科教授團隊在“高延性混凝土研發與推廣應用”方面取得的科研成果，已通過校企聯合方式與陜西、安徽、北京等10余個省市的設計院和施工單位合作，在中小學校舍加固、危舊房改造和文物保護與修繕等方面進行全面推廣應用。

至今，鄧明科教授已參與國內外學術交流會30余次，并與國內相關企業密切合作進行產業鏈整合，為青年科技工作者實現科技成果轉化應用和產學研一體化樹立了典范。

2015年12月，鄧明科負責的科研項目“高延性混凝土加固砌體結構基本理論與推廣應用”獲得了西安建筑科技大學科技進步獎一等獎。一路堅持，一路突破，一路創新，鄧明科在自己的科研領域獲得了驕人的成績和應得的榮譽。但他從未止步，利用新材料和新技術創新，“為土木工程領域注入新的活力”是他的終極理想。路在，腳步依舊前行……