在Scopus數(shù)據(jù)庫中以“再生混凝土”為關(guān)鍵詞，同濟(jì)大學(xué)教授肖建莊和香港理工大學(xué)教授潘智生發(fā)表的論文總數(shù)列全球第1位。

在談及為何扎根于“再生混凝土”的課題研究時，肖建莊表示，當(dāng)下，我國每年排放建筑固廢約30億噸以上，其中含有大量廢棄混凝土，如何資源化利用廢棄混凝土，讓其再次成為建筑用材的主力軍，是實現(xiàn)我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的有效途徑，也是我國實現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的有效手段之一。

多年來，肖建莊和潘智生從未停止過對再生混凝土的研究，其發(fā)表的論文被國際混凝土研究領(lǐng)域著名學(xué)者多次引用并高度評價。肖建莊連續(xù)6年入選Elsevier“中國高被引學(xué)者”榜單，肖建莊和潘智生均是Elsevier發(fā)布的“全球土木工程學(xué)科高被引學(xué)者”。同時，由肖建莊、潘智生、丁陶等人共同完成的《再生混凝土多尺度力學(xué)行為與調(diào)控》項目獲得2020年度中國建筑材料聯(lián)合會·中國硅酸鹽學(xué)會建筑材料科學(xué)技術(shù)獎基礎(chǔ)研究類一等獎。

對再生混凝土的研究到底會給行業(yè)帶來哪些影響？相較于傳統(tǒng)天然骨料混凝土，其性能有哪些不同？在實際應(yīng)用中又會有哪些挑戰(zhàn)與機(jī)遇？帶著這些疑問，記者采訪了《再生混凝土多尺度力學(xué)行為與調(diào)控》項目第一完成人、同濟(jì)大學(xué)教授肖建莊。

變廢料為原料

我國每年的廢棄混凝土量大面廣，對環(huán)境和生態(tài)影響巨大。在肖建莊看來，如果大量的廢棄混凝土不能正確資源化處置，光是運(yùn)輸、填埋這些建筑固廢就要消耗極多的能源和土地資源，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染和社會問題。一方面，國家經(jīng)濟(jì)和社會的發(fā)展對廢棄混凝土資源化有著巨大需求。隨著建筑業(yè)的快速發(fā)展，砂石的需求量越來越大。我國混凝土行業(yè)每年約消耗天然砂石50億噸，并逐年上升。天然資源日趨緊張甚至瀕臨枯竭，供需缺口巨大。另一方面，隨著我國社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展與城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，由于建筑施工、改造修繕和拆除等產(chǎn)生的廢棄混凝土排放量迅速增加，已造成嚴(yán)重的環(huán)境和生態(tài)問題，破壞了城鄉(xiāng)居民的生活環(huán)境，在土地和空間緊張的大城市這一情況更加嚴(yán)峻。若不回收利用，既不符合“節(jié)能減排”的大政方針，又嚴(yán)重阻礙國家“無廢城市”建設(shè)。

因此，厘清廢棄混凝土再生循環(huán)利用的基礎(chǔ)問題，利用再生骨料科學(xué)制備再生混凝土，是解決廢棄混凝土問題的最有效措施。

但是難題也隨之而來，肖建莊表示，相比天然骨料混凝土，再生骨料表面附著大量多孔老砂漿，致使其性能劣于天然骨料；同時，由于再生骨料性能存在時間和空間的變異性，使得所制備再生混凝土的膠凝和骨料體系更加復(fù)雜，若不進(jìn)行專門的、系統(tǒng)的科學(xué)研究和工程檢驗，則無法對再生混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，也就無法保證對結(jié)構(gòu)的安全、適用、耐久的要求，致使再生混凝土的應(yīng)用受到了嚴(yán)格限制。

如何破局？如何啃下這塊“硬骨頭”？

實驗—研究—再實驗。十年如一日，肖建莊帶領(lǐng)他的團(tuán)隊構(gòu)建了從材料到結(jié)構(gòu)、從微觀到宏觀的多尺度下再生混凝土理論體系，提出了改善再生混凝土性能的新方法，實現(xiàn)了再生混凝土材料性能有效控制，解決了因再生骨料品質(zhì)較低、離散性較大而導(dǎo)致再生混凝土應(yīng)用受限的難題。

回想起整個項目的研發(fā)過程，肖建莊感觸頗深。他表示，最大的困難就是科學(xué)研究和產(chǎn)業(yè)推廣。再生混凝土性能的波動性，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)性能的可靠度極難估計，也就是再生混凝土結(jié)構(gòu)安全問題的來源，其根源在于再生混凝土材料性能影響因素多、細(xì)微觀結(jié)構(gòu)復(fù)雜、變異性大。針對這一問題，首先，要從理論和劣化機(jī)理的角度出發(fā)，從細(xì)微觀到宏觀，從多個尺度揭示再生混凝土性能波動性的來源及諸多因素的影響機(jī)理，提出對應(yīng)的改性手段，提升性能、降低離散性；并通過大量試驗研究，標(biāo)定了再生混凝土細(xì)微觀各相的物理性能，并定量各因素對再生混凝土性能的影響；最終，通過可靠度方法，分析了再生混凝土結(jié)構(gòu)在整個生命周期中的可靠度指標(biāo)時變規(guī)律，以保障再生混凝土結(jié)構(gòu)在整個服役生命周期內(nèi)的安全可靠。

而在技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的過程中，從工程設(shè)計、監(jiān)理到驗收幾個環(huán)節(jié)仍存在一定程度上的困難，往往首先需要得到投資方和業(yè)主的認(rèn)可。首先，第一步進(jìn)行技術(shù)產(chǎn)業(yè)落地，研發(fā)配套的裝置和設(shè)備，保證工地用的再生混凝土性能和實驗室中得到的試驗結(jié)果吻合，并結(jié)合科學(xué)研究和工程實踐，主編、參編了多部再生混凝土設(shè)計、監(jiān)理到驗收各個環(huán)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)，為再生混凝土應(yīng)用保駕護(hù)航；其次，努力建設(shè)示范工程，參與結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工、使用、維護(hù)、檢測的各個方面，并通過結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測，時刻關(guān)注結(jié)構(gòu)安全性能的變化，目前最高已建設(shè)12層高層再生混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)建筑，向業(yè)內(nèi)專家展示再生混凝土的安全性能；最后，要多科普、多宣傳、多算賬，用數(shù)字說話，讓業(yè)主和投資方認(rèn)可再生混凝土的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境優(yōu)勢。

落地生根

肖建莊帶領(lǐng)著他的團(tuán)隊，通過對再生混凝土多尺度力學(xué)行為與性能調(diào)控的系統(tǒng)研究，厘清了再生混凝土材料性能劣化機(jī)理，提高了再生混凝土性能及穩(wěn)定性；建立了再生混凝土材料力學(xué)行為模型，為復(fù)雜受力狀態(tài)下的再生混凝土安全精細(xì)化分析奠定了應(yīng)用理論基礎(chǔ)，為再生混凝土結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計方法提供依據(jù)；發(fā)展了再生混凝土材料應(yīng)用安全性能調(diào)控方法，保障再生混凝土結(jié)構(gòu)在相同設(shè)計水準(zhǔn)下達(dá)到與天然骨料混凝土服役性能相當(dāng)。

多年的研究獲得了豐碩的研究成果?；谠擁椦芯?，第一完成人肖建莊獲國家杰出青年科學(xué)基金，第二完成人潘智生被選為教育部長江學(xué)者講座教授；成果指導(dǎo)編制多部國家規(guī)范和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，入選本科生和研究生教材，實質(zhì)性推動了該領(lǐng)域的學(xué)科發(fā)展。

同時，項目成果指導(dǎo)了多個再生混凝土結(jié)構(gòu)的精細(xì)化分析，成功用于國內(nèi)第一幢再生混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，為再生混凝土安全高效應(yīng)用提供了應(yīng)用理論基礎(chǔ)。

如今，項目的運(yùn)用實施效果良好，成果轉(zhuǎn)化每年產(chǎn)值超過10億元，已在北京、上海、河南等全國大多數(shù)省和自治區(qū)、直轄市建成生產(chǎn)線，成果輻射至美國、日本、英國等發(fā)達(dá)國家及巴基斯坦等“一帶一路”沿線國家，受到合作伙伴的高度好評。

肖建莊說，現(xiàn)有的成果讓我們更多的了解再生混凝土材料和結(jié)構(gòu)性能規(guī)律，相當(dāng)于已配置好了顏料、學(xué)習(xí)了構(gòu)圖方法，接下來就應(yīng)該用畫筆描繪更廣闊、更綠色的發(fā)展。在現(xiàn)有研究和產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)之上，下一步計劃在“高端”和“低端”兩個方向，除了作為主要建筑材料直接應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)外，一方面計劃利用再生骨料吸水、釋水規(guī)律，將再生混凝土應(yīng)用于3D打印領(lǐng)域，初步的研究結(jié)果表明，使用再生骨料可獲得更長的打印窗口、更好的打印性能；另一方面，計劃利用再生骨料多孔、再生混凝土阻尼較高的特征，將再生混凝土廣泛應(yīng)用于路面、路基、房屋地基等有振動控制要求的工程中，作為結(jié)構(gòu)-功能材料使用。