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可弯曲水泥真牛气!新材料助力民房抗倒塌提升10倍以上

3月19日14时11分在西藏那曲市比如县(北纬31.94度,东经92.74度)发生6.1级地震,震源深度10千米。初步估算震中烈度约为7度。

直播现场邓明科教授向嘉宾讲解 史俊斌 图

同日几乎同时(3月19日14时30分),在陕西秦岭北麓西安建筑科技大学草堂校区教育部结构工程与抗震重点实验室内,受邀来自国内多省区市住建、科技和教育及建筑工程界300多位代表,共同见证由该校高延性混凝土材料与结构研究所研发的“高延性混凝土加固农房”技术,正在开展“高延性混凝土加固农房”振动台试验,主办方对试验全程进行线上直播。

西安建筑科技大学土木工程学院邓明科教授告诉科技日报记者:“在我国村镇建筑中,砌体结构由于其造价低廉、施工简单、拥有较好的保温和耐火性能,被广泛使用。目前全国有超过1亿栋农房,大多数农房未经过正规设计,抗震性能远达不到现行规范的设防要求,对人民群众的生命安全造成巨大威胁,因此农房加固工作迫在眉睫。”

传统的民房模型 史俊斌 图

本次试验以宁夏黄土砌筑的农房为原型,由邓明科教授科研团队设计了两个完全相同的1/2缩尺砌体结构模型,其中一个为未加固房屋,另一个为高延性混凝土面层加固房屋。两个缩尺模型一起安装在振动台上,共同经受振动台输出的模拟实际的地震动。通过观察两模型在经历地震波后的损伤情况,判断高延性混凝土对砌砖房的抗震加固效果。

加固的民房模型 史俊斌 图

随着烈度的逐级增长,试验现场两个模型依次接受6度设防、7度设防、8度设防、8.5度设防、9度设防、9度罕遇等不同工况。“9度罕遇El-Centro地震波Y方向!”随着主持人宣布试验开始,振动台上的两个农房模型开始又一次接受挑战,采用高延性混凝土加固的农房模型从岿然不动到最后结束仅产生了少量裂缝。这次历时一个多小时的实验有力地验证了高延性混凝土加固技术可大幅度提高农房的抗震性能。

试验后两个模型的状况 史俊斌 图

邓明科教授向现场嘉宾介绍,普通混凝土坚硬的另一面,就是缺乏抗弯曲特性。与之相比,高延性混凝土加入了专用纤维,具备高强度、高韧性、高耐损伤能力,其拉伸变形可达普通混凝土的100倍以上,也被称为“可弯曲的混凝土”,用它加固的砖墙抗冲击和抗倒塌能力可以提高10倍以上,而且用高延性混凝土对房屋加固改造,可节省工期70%,节省材料70%,最多节省造价30%,还不会改变外立面。

试验后两个模型的状况 史俊斌 图

2008年,刚博士毕业的邓明科作为住建部首批抗震救灾专家组成员,深入多地汶川地震重灾区现场指导灾后重建,惨烈的民房倒塌带来的巨大损失,让他意识到房屋加固的重要性。从此他致力于利用建筑材料自身的延性来改善结构抗震性能研究。之后经过上千次实验研发出可弯曲混凝土—高延性混凝土,这种材料在高压力下弯曲也不会断裂,加固建筑后可大大提高抗震性能。目前,高延性混凝土加固技术已广泛应用于房屋加固、建筑结构等领域,并形成一套由材料到结构、设计到施工、试验研究到工程应用等方面构成的较为成熟的技术体系,获准80余项国家专利,被列为2018年全国建设行业科技成果推广项目,成功为全国28个省市数千栋民房提升了抗震防灾能力,市场估值超过4亿元。

“未来,我们将进一步响应国家乡村振兴战略,服务新农村建设,让老百姓住上更安全的房屋。”邓明科最后说。