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獲獎(jiǎng)項(xiàng)目:土木工程用高性能纖維復(fù)合材料制備及應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)
主要完成人:岳清瑞,張繼文,薛忠民,馮鵬,呂志濤,楊勇新,葉列平,張林文,陸新征,李榮 copyright 123456
推薦單位:中國(guó)冶金科工集團(tuán)有限公司
獲獎(jiǎng)等級(jí):國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng) copyright 123456
項(xiàng)目簡(jiǎn)介: 123456
高性能纖維復(fù)合材料(fiber reinforced polymer,簡(jiǎn)稱FRP)是繼鋼材、混凝土后又一新型土木工程結(jié)構(gòu)材料,具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐腐蝕、可設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn),可顯著提高土木工程結(jié)構(gòu)的性能、延長(zhǎng)其使用壽命,對(duì)我國(guó)城鎮(zhèn)化發(fā)展、防災(zāi)減災(zāi)、海洋開發(fā)等具有重大意義。
項(xiàng)目實(shí)施前,土木工程FRP的關(guān)鍵技術(shù)與裝備被美、日等發(fā)達(dá)國(guó)家壟斷,產(chǎn)品完全依賴進(jìn)口,價(jià)格昂貴,我國(guó)沒有國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品、沒有專用裝備、沒有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。項(xiàng)目組歷經(jīng)十多年的產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合攻關(guān),圍繞FRP制品、生產(chǎn)裝備、工程性能表征評(píng)價(jià)、應(yīng)用技術(shù)等四大需求,攻克了十項(xiàng)關(guān)鍵核心技術(shù),形成了國(guó)際上最完整的土木工程用FRP技術(shù)體系,實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。 123456
主要?jiǎng)?chuàng)新性成果如下:
1. 針對(duì)土木工程FRP制品產(chǎn)業(yè)化的重大需求,攻克了高性能低成本FRP制造中筋/索加肋成絞、稀緯定紋織造和超薄超大拉擠等關(guān)鍵核心技術(shù),自主開發(fā)了FRP筋/索、織物、板、型材和配套樹脂5大類FRP制品,性能指標(biāo)達(dá)到或超過歐美日同類產(chǎn)品水平。其中,CFRP索的拉伸強(qiáng)度達(dá)到2900MPa(國(guó)際上為2600MPa);FRP筋的生產(chǎn)速度提高了4倍,生產(chǎn)成本降低30%。
2. 針對(duì)土木工程FRP制品生產(chǎn)裝備的重大需求,國(guó)際首創(chuàng)了連續(xù)拉擠-纏繞-絞合一體化裝備,攻克了多維多向機(jī)構(gòu)耦合和纖維張力精細(xì)控制的技術(shù)難題,研制了3大系列數(shù)字化成套裝備。其中,設(shè)備效率提高3~5倍,纖維張力控制在0.08N(0.22~0.30N)范圍內(nèi),國(guó)際上一般為0.9N(0.1~1.0N)。
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copyright 123456
共獲得授權(quán)發(fā)明專利8件、實(shí)用新型專利27件,主編國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)4部、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)6部,出版專著6部,發(fā)表論文316篇,其中SCI/EI收錄57篇,他引4971次,獲得省部級(jí)特等獎(jiǎng)1項(xiàng)、一等獎(jiǎng)2項(xiàng)。研發(fā)出5大類FRP產(chǎn)品,替代進(jìn)口并大量出口;研發(fā)出3大系列6個(gè)品種專用裝備,約25%出口歐美日等國(guó);成果在國(guó)內(nèi)外3000多項(xiàng)重要建筑、橋梁、隧道、港口碼頭、市政工程及搶險(xiǎn)救災(zāi)中應(yīng)用,取得可統(tǒng)計(jì)的直接經(jīng)濟(jì)效益18.4億元,間接經(jīng)濟(jì)效益約40億元,未統(tǒng)計(jì)到的經(jīng)濟(jì)效益更加巨大。成果帶動(dòng)并形成了FRP應(yīng)用的新市場(chǎng)和新產(chǎn)業(yè)鏈,使我國(guó)成為國(guó)際土木工程應(yīng)用FRP發(fā)展最快、數(shù)量最多、范圍最廣的國(guó)家,實(shí)現(xiàn)了土木工程FRP產(chǎn)業(yè)的跨越式發(fā)展。
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岳清瑞
岳清瑞同志從1996年開始在國(guó)內(nèi)率先開展碳纖維復(fù)合材料(CFRP)在土木工程中應(yīng)用技術(shù)研究與推廣工作,開辟了我國(guó)高性能纖維復(fù)合材料(FRP)在土木工程應(yīng)用新的技術(shù)領(lǐng)域與方向,是我國(guó)該技術(shù)領(lǐng)域的學(xué)科帶頭人與主要奠基者。 內(nèi)容來自123456
九十年代中后期,國(guó)內(nèi)FRP加固市場(chǎng)幾乎是一片空白,岳清瑞帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)先是扎扎實(shí)實(shí)搞碳纖維的技術(shù)研究,著力提高改善碳纖維的性能,開發(fā)新品種;隨后又組織人員開拓國(guó)內(nèi)市場(chǎng),努力推廣碳纖維在土木領(lǐng)域的應(yīng)用。率先研發(fā)并建立了CFRP加固混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用技術(shù)體系,組建了國(guó)內(nèi)首個(gè)土木工程FRP學(xué)術(shù)組織,主編了我國(guó)首部FRP應(yīng)用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),構(gòu)建了我國(guó)土木工程FRP應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系,共主編完成國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)8部,主持并參編9部,出版專著4部,發(fā)表論文151篇,其中SCI/EI收錄27篇,培養(yǎng)博士與碩士15人。
在國(guó)內(nèi)最早提出了CFRP與混凝土、鋼材的界面粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系,并納入標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)工程,為CFRP加固設(shè)計(jì)與應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。開展了不同類型構(gòu)件在多因素、多工況下靜動(dòng)力及疲勞等方面的試驗(yàn)研究,提出了基于強(qiáng)度和應(yīng)變雙準(zhǔn)則的CFRP材料設(shè)計(jì)和加固設(shè)計(jì)理論,提出了CFRP加固混凝土和鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、施工及驗(yàn)收體系,包括CFRP加固混凝土基本受力構(gòu)件、預(yù)應(yīng)力CFRP加固混凝土受彎構(gòu)件、CFRP提升鋼梁疲勞性能的加固設(shè)計(jì)方法等。
主持研發(fā)出多種類國(guó)產(chǎn)系列FRP材料與制品,包括CFRP布、板、筋材,常溫、低溫及高濕熱等特殊環(huán)境條件下應(yīng)用的樹脂材料等;建立了土木工程FRP工程性能表征評(píng)價(jià)體系,包括FRP制品參數(shù)與性能指標(biāo)及FRP界面粘結(jié)性能檢測(cè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn);建立了考慮分項(xiàng)系數(shù)、環(huán)境影響系數(shù)和保證率的材料設(shè)計(jì)指標(biāo)體系,提出了加固用FRP材料及制品的強(qiáng)度分級(jí)原則;通過對(duì)不同自然環(huán)境及多種快速老化環(huán)境下的FRP性能劣化規(guī)律研究,提出了評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)FRP耐久性能的基準(zhǔn)映射方法和多因素耦合方法,為我國(guó)土木工程FRP應(yīng)用奠定了材料基礎(chǔ)。 123456
2000年發(fā)起并組織召開首屆全國(guó)土木工程FRP應(yīng)用學(xué)術(shù)交流會(huì),牽頭組建了我國(guó)第一個(gè)土木工程用FRP學(xué)術(shù)組織:中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)混凝土與預(yù)應(yīng)力混凝土分會(huì)FRP及工程應(yīng)用專業(yè)委員會(huì);1998年發(fā)表的“碳纖維材料(CFRP)加固修補(bǔ)混凝土結(jié)構(gòu)新技術(shù)”是國(guó)內(nèi)該領(lǐng)域最早的論文,發(fā)表論文被CNKI他引達(dá)2046次,單篇最高被他引達(dá)325次。
從1998年完成國(guó)內(nèi)第一個(gè)CFRP加固混凝土結(jié)構(gòu)工程以來,主持完成工程應(yīng)用實(shí)例近200項(xiàng),通過工程應(yīng)用示范,推動(dòng)了國(guó)內(nèi)土木工程用FRP技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用,帶動(dòng)并形成了FRP新的應(yīng)用領(lǐng)域,使我國(guó)成為國(guó)際應(yīng)用FRP發(fā)展最快、數(shù)量最多的國(guó)家。
本文來自123
張繼文
張繼文同志從事碳纖維、芳綸纖維以及高性能玻璃纖維復(fù)合材料在土木工程技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用研究與工程實(shí)踐,從1996年開始一直始終不渝地堅(jiān)持對(duì)這一新型土木工程領(lǐng)域開展深入而廣泛的研究。從材料性能的測(cè)試方法與標(biāo)準(zhǔn)研究,理論分析研究,試驗(yàn)研究,工程設(shè)計(jì),試點(diǎn)工程的開拓實(shí)踐和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試,施工工法的實(shí)踐摸索與建立,行業(yè)規(guī)范和國(guó)家規(guī)范的編制,以及堅(jiān)持聯(lián)合并指導(dǎo)材料研發(fā)和裝備研發(fā)單位開展碳纖維復(fù)合材料片材、筋材和型材的研發(fā),進(jìn)行了長(zhǎng)期艱苦的,不需報(bào)酬的方方面面的研究與實(shí)踐工作。 copyright 123456
開展了成千上百次的試驗(yàn)研究,度過了不知多少個(gè)不眠之夜,其中,每項(xiàng)材料與結(jié)構(gòu)技術(shù)為保證工程的長(zhǎng)期性能,通常都必須進(jìn)行疲勞試驗(yàn)研究,每次疲勞試驗(yàn)都需夜以繼日的連續(xù)作戰(zhàn),尤其在炎熱夏天沒有空調(diào)的試驗(yàn)室,結(jié)構(gòu)在做試驗(yàn)的同時(shí),人也在經(jīng)受著試驗(yàn)。碳纖維片材的拉伸性能、碳纖維筋材的受壓性能研究的試件及測(cè)試方法、難度相當(dāng)大,特別是試件尺寸精度控制和拉伸夾持裝置難度非常高,進(jìn)行了上百次的探索,最終研究掌握了成套測(cè)試技術(shù)。高強(qiáng)度的碳纖維筋材的錨固技術(shù)是這一技術(shù)領(lǐng)域的很難攻克的難題,通過反反復(fù)復(fù)10多年的試驗(yàn),終于成功研發(fā)出粘結(jié)型和夾持型兩大類錨固技術(shù),形成了10項(xiàng)專利技術(shù),掌握了核心技術(shù),今年帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)出2900MPa的碳纖維絞線及其高效錨固系統(tǒng),技術(shù)水平已達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先。率先系統(tǒng)開展了芳綸纖維預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)的研究,碳纖維筋混凝土柱的受壓性能、抗震性能,耐腐蝕性能;開展了碳纖維連續(xù)梁、連續(xù)板、以及矩形和梯形截面受扭構(gòu)件的研究,開展了兩節(jié)段16成的碳纖維拉索懸掛減振建筑的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)。
薛忠民
薛忠民同志自1988年參加工作以來,一直從事復(fù)合材料相關(guān)科研和管理工作。1997破格晉升高級(jí)工程師,2002年晉升教授級(jí)高級(jí)工程師。1998-2004年間,歷任北京玻璃鋼研究設(shè)計(jì)院科技處處長(zhǎng)、副院長(zhǎng)、院長(zhǎng)。2005年2011年,擔(dān)任中材科技股份有限公司(下稱中材科技)副總裁兼北京玻鋼院復(fù)合材料有限公司董事長(zhǎng)、中材科技風(fēng)電葉片股份有限公司董事長(zhǎng)。2011年至2013年5月,擔(dān)任中材科技副董事長(zhǎng),2013年5月至今擔(dān)任中材科技董事長(zhǎng)。
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項(xiàng)目研究團(tuán)隊(duì)由來自2家行業(yè)領(lǐng)軍的國(guó)家科研院所改制企業(yè)、2所頂尖大學(xué)和2家具有創(chuàng)新意識(shí)的民營(yíng)企業(yè)的科研人員構(gòu)成,來自土木工程、復(fù)合材料、裝備制造多個(gè)行業(yè)。
從1996年開始組建,由中冶建筑研究總院有限公司的岳清瑞教授發(fā)起了碳纖維布加固混凝土結(jié)構(gòu)的研究,并與清華大學(xué)、東南大學(xué)等開展合作,將企業(yè)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)和高校研究?jī)?yōu)勢(shì)進(jìn)行結(jié)合,取得了一系列豐富的研究和應(yīng)用成果,在上世紀(jì)末就初步奠定了我國(guó)的土木工程用FRP的研究和應(yīng)用基礎(chǔ)。
但在初期,所采用的FRP材料基本都是進(jìn)口,形式也較為單一,極大地制約了我國(guó)FRP工程應(yīng)用的發(fā)展。面對(duì)這樣的情況,從2000年前后,邀請(qǐng)了北京玻璃鋼研究院(中材科技股份有限公司前身)以及南京海拓復(fù)合材料有限責(zé)任公司等復(fù)合材料制造企業(yè)加入團(tuán)隊(duì),共同針對(duì)土木工程應(yīng)用進(jìn)行國(guó)產(chǎn)FRP產(chǎn)品開發(fā),相繼研發(fā)出多種樹脂材料、纖維片材等加固材料。
與此同時(shí),項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)積極開展研究,努力拓展FRP的土木工程應(yīng)用形式,引領(lǐng)性地研發(fā)出了筋、索、型材、橋面板等FRP的土木工程應(yīng)用,還針對(duì)性能表征評(píng)價(jià)方法、結(jié)構(gòu)安全裕度控制理論等難題進(jìn)行攻堅(jiān),建立了FRP工程應(yīng)用理論基礎(chǔ);還編寫了一系列規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)行業(yè)的發(fā)展。僅用了不到10年的時(shí)間,就使FRP在土木工程中成為一種廣泛應(yīng)用的主流加固用材料和具有廣泛應(yīng)用前景的新型材料。 內(nèi)容來自123456
隨著應(yīng)用量的增大和應(yīng)用形式的增多,對(duì)FRP材料制造的需求也越來越多,土木工程用FRP產(chǎn)業(yè)化成為行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì),項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)又吸引了南京諾爾泰復(fù)合材料設(shè)備制造有限公司這樣的具有創(chuàng)新能力的企業(yè)加入,攻克了一系列土木工程用FRP低成本化和高性能化的關(guān)鍵技術(shù),不僅實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品和裝備的國(guó)產(chǎn)化,還開始出口國(guó)外。經(jīng)過近8年的努力,項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的研發(fā)支撐了我國(guó)的土木工程用FRP材料、裝備、產(chǎn)品、評(píng)價(jià)、應(yīng)用等各個(gè)環(huán)節(jié),使土木工程FRP形成了一個(gè)新產(chǎn)業(yè)鏈。
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研發(fā)期間,項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)一直銳意進(jìn)取,進(jìn)行了多項(xiàng)創(chuàng)新性工程示范,包括:國(guó)內(nèi)首個(gè)碳纖維復(fù)合材料加固工程、首個(gè)碳纖維拉索斜拉橋、首個(gè)碳纖維索懸掛建筑、首座拼裝式復(fù)合材料桁架橋、首座萬米級(jí)全復(fù)合材料工業(yè)防腐平臺(tái)等,不斷突破高性能纖維復(fù)合材料在土木工程中應(yīng)用瓶頸。 內(nèi)容來自123456
項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)歷時(shí)17年,完成了15項(xiàng)國(guó)家科研項(xiàng)目,攻克了10項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù),研制了5大類產(chǎn)品和3大系列專用裝備,創(chuàng)立了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系,形成了4大類既有結(jié)構(gòu)加固和5種新型結(jié)構(gòu)應(yīng)用技術(shù),完成了3000余項(xiàng)工程示范應(yīng)用,取得了一系列國(guó)際領(lǐng)先的創(chuàng)新性成果,引領(lǐng)了并實(shí)現(xiàn)了我國(guó)土木工程應(yīng)用新材料技術(shù)和高性能纖維復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的跨越式發(fā)展。
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