東南大學利用玄武巖合成新復合材料產值過10億

　　10月15日，在東南大學土木學科辦學90周年之際，中南控股集團送上了一份厚禮——與東南大學土木工程學院達成逾5000萬元的合作意向。這筆錢有三個用途：前者為后者捐資筑樓，后者為前者培訓員工，雙方攜手科技攻關。

　　按說校企合作、企業捐資助學早已不再是啥新鮮事了，但一家企業為一個學院一擲半個億，并不多見。老話說“栽下梧桐樹，自有鳳凰來”。東南土木人究竟種下了如何葳蕤的梧桐樹，才能引來中南控股如此大氣的金鳳凰?

　　探其秘籍，該院院長吳剛、黨委書記張星說：“因為我們一直踏實前行，并且形成了屬于自己的三個‘寶貝’——自主創新、政產學研結合、理論與實踐相結合。”

　　破解“FAST”難題，全靠自主創新“傳家寶”

　　從機場車站、體育場館、會展中心，到500米口徑射電望遠鏡FAST項目，都有共同的特點：空間跨度大、采用預應力鋼結構建造。

　　而在國內的大跨度工程中，幾乎都有同一群人忙碌的身影——東南大學呂志濤院士領銜的預應力團隊。他們依靠自主創新的技術成果，包攬了國內半數大型預應力鋼結構工程。

　　近年來，很多新建的大型場館建筑跨度都超過百米，必須采用預應力鋼結構設計施工。但預應力鋼結構施工的核心技術幾乎全在國外。一大串問題擺在面前：沒有完整的施工分析系統，缺乏適用的施工工藝;缺少專用的安裝和張拉裝備;缺少相應的預應力施工方法。為此，東南大學從施工方法、裝備和分析理論三方面做了大量研究和應用。

　　從過去的四五十米、七八十米，到如今動輒百米以上的跨度，從早期的混凝土薄殼結構到鋼網架結構再逐步演變成如今的預應力鋼結構，東南大學預應力團隊一步步逼近世界先進水平。

　　2008年12月，國家重大科學工程——500米口徑射電望遠鏡FAST項目啟動。

　　FAST反射面的結構看起來像一個特別大的鍋，其實就是一個由面索和下拉索構成的索網。為了建造這個人類有史以來最大的射電望遠鏡項目，東南大學預應力團隊再次出征。這次他們攻克了3項世界級難題——反射面索網的抗疲勞問題、評估索網30年使用期內的疲勞性能、創新的施工方法及相應構造——為 FAST順利建造打開了通道。

　　正是因為勇于挑戰每一個觸動人心的索結構工程和新型索結構形式，郭正興教授團隊獲得了2010年度國家科學技術進步獎二等獎，形成了我國大跨空間鋼結構的預應力施工綜合技術創新體系。

　　一個人、一個學科特區孕育一個新興產業

　　橋梁跨度越來越大，樓房大廈越建越高，傳統建筑材料卻越來越“力不從心”。

　　以橋梁為例，小跨度的可以用磚混結構，較大跨度的使用混凝土結構，再大跨度的使用鋼結構;可到了1500米以上的跨度，鋼結構也會“掉鏈子”——因為鋼自重大，僅自重就能壓跨橋梁。

　　如果換一種材料呢?在東南大學的學科特區——吳智深教授領導的城市工程科學技術研究院里，記者看到一種新奇的建筑材料：高性能纖維包裹著樹脂，做成各種建筑構件，有鋼筋、網格、型材和模板等。

　　用手掂一掂，分量特別輕，據說密度是鋼材的1/4到1/5，強度卻是鋼材的5—10倍。而且，它還耐酸、堿、鹽等環境腐蝕，特別適合海洋環境。

　　吳智深說，這是纖維增強復合材料。過去國人對它知之甚少，甚至從國外花高價買回來卻不會用，材料的強度和高耐久性沒有完全發揮。

　　為了能讓纖維增強復合材料在中國實現高性能化和工程應用，吳智深回國創建學科特區，以東南大學支持的人、財、物特殊政策，引進高水平海外人才，與南京市建鄴區政產學研合作，共建全國第一個國家級玄武巖纖維生產及應用技術國家地方聯合工程研究中心。

　　早期，纖維增強復合材料是以碳纖維基礎，價格居高不下，難以和磚塊、混凝土同臺競技。吳智深把目光瞄準了國內豐富的玄武巖資源，創造性地開展了纖維混雜和基體改性研究，形成混雜纖維復合材料，大大降低了造價。

　　同時，他還把傳感材料、傳感器和纖維復合材料混合起來，就像一張展開的“神經網”，建筑從此有了自診斷功能，不僅實現一材多用，還大大提高結構壽命。

　　現在，吳智深正在探索利用纖維復合材料實現過去不敢想像的結構，比如跨度達萬米的跨海大橋。他告訴記者，傳統的鋼拉索橋梁，經濟跨度為1500米。如果用碳纖維，就能實現上萬米的經濟跨度。

　　引進一個科學家，建立一個團隊，形成一個新興產業，吳智深的研究還在起步階段，而在他的團隊直接技術支撐下完成的可統計產值已達11.9億元。 2012年，“纖維增強復合材料的高性能化及其在工程結構上的關鍵應用技術”榮獲國家科技進步獎二等獎，這是纖維增強復合材料在土木工程領域的第一個國家獎。

　　遠程把脈問診橋梁健康

　　2012年8月，臺風“海葵”來襲，世界第二大跨徑斜拉橋蘇通大橋在狂風暴雨中產生晃動。

　　大橋是閃了腰還是落了枕?橋不會說話，可東南大學李愛群教授團隊根據監測數據給出了權威的答復，令公眾懸著心終于落了下來。

　　到2012年年底，我國公路橋梁數量躍居世界第一，但橋梁的“健康”卻一直依賴人工養護。不僅成本高、效率低，還有很多夠不著的“死角”。

　　有沒有一種省時省力又科學的辦法能實時給橋梁“把脈問診”?

　　2002年，李愛群帶領團隊在國內外率先成立結構健康監測研究所，開始進行長大跨橋梁結構健康監測技術攻關。當年，他們開始承擔潤揚大橋健康監測系統的設計。這完全是一個在實踐中學習，摸著石頭過河的過程。一方面，當時國際上對這一領域的報道極少，他們需要根據自身對橋梁的認識和大量的數值模擬計算，判斷其最容易出問題的位置，進行傳感裝置的鋪設。另一方面，大部分傳感器要根據土木工程的需要重新設計或者升級。

　　2002年，國內某大橋的伸縮縫才用幾年就磨損嚴重，將對大橋壽命產生巨大影響。可是這種大型伸縮縫只有德國和瑞士兩家企業生產，難道國際大牌也有“次品”?

　　李愛群經過監測發現，導致磨損的原因除了熱脹冷縮之外，還有車輛通行導致的累計位移，而后者才是“罪魁禍首”。他立即提出改進意見，伸縮縫很快“回春”，再沒有出現過類似問題。

　　10多年來，這項成果已經成功應用于潤揚大橋、蘇通大橋等十余座具有世界影響的大跨橋梁，創造直接、間接經濟效益10多億元。今年，這項成果還通過了2013年度國家科技進步獎的初評，成為業界翹楚。