留德建筑学者徐世烺：带领学科集群奔一流(2)

　　重视科学原创，服务国家建设　

　　传统混凝土易开裂，严重影响了工程质量，成为引发工程事故的主要原因之一。问题的根本在于混凝土的抗拉强度低、韧性差和开裂后裂缝宽度难以控制等缺陷。为克服混凝土这些不足，徐世烺带领他的科研团队，围绕国家大项目潜心研究，努力攻关。　

　　“建筑为什么会寿命短，是因为混凝土易开裂，开裂之后引起钢筋锈蚀，导致膨胀，又进一步引发更大范围的破坏和开裂，这样就对这个建筑结构产生严重的危害，从而致使结构失效，丧失使用功能。”徐世烺说，从事混凝土断裂力学研究的目的，就是要找到减少裂缝危害的理论支撑，甚至是研发新材料的理论基础。　

　　1983年，徐世烺撰写基金申请书，并作为主要研究者完成了国家自然科学基金第一批获准项目“混凝土断裂和损伤的机理”。在这个项目中，他采用激光散斑干涉法，发现了混凝土裂缝失稳断裂前存在着裂缝的稳定扩展阶段和断裂过程区，并提出了混凝土断裂概率模型和尺寸效应公式；1984年，徐世烺又负责承担了水利水电科学基金项目“混凝土断裂韧度的尺寸效应”的研究工作。考虑到工程实际的需要，徐世烺和他的课题组成员大胆地进行了国际上最大尺寸和最大规模的混凝土Ⅰ型断裂韧度测定，在国际上最早将光弹性贴片法应用于测量混凝土断裂过程区，发现了当试件高度大于2米时，混凝土断裂韧性为常数，其断裂过程区长度的影响可以忽略，线弹性断裂力学理论可以直接应用于混凝土大坝的裂缝安全评定。课题的成果已应用于我国东风拱坝裂缝的防治分析中；1986年，徐世烺在“七五”国家重点科技攻关项目“混凝土裂缝的评定技术”的全国招标会上中标。徐世烺制定了详细的研究计划，带领课题组成员开展了大规模的全级配混凝土断裂实验研究。该研究为我国高混凝土坝的裂缝防治技术作出了重大贡献。

　　1992年，徐世烺远赴德国继续他的研究。当时，德国卡尔斯鲁尔大学的赫尔斯道夫教授，对徐世烺完成的国际上最大混凝土断裂试件的断裂力学实验研究成果很看重，帮他联系到了当时正值盛年的斯图加特大学奥托格拉夫研究所的莱茵哈特所长，建议他去德国之后在莱茵哈特教授那里开展合作研究。赫尔斯道夫教授还专门给德国洪堡基金会写了推荐信，帮助徐世烺获得了德国洪堡基金会研究奖励基金。

　　在德国经济和工业最发达的城市，徐世烺度过了他依然忙碌的国外研究岁月。莱茵哈特教授为徐世烺提供了良好的工作条件、自由而宽松的研究环境，配备了强有力的实验研究小组。“德国教授擅长把基础研究与工程相结合，让我受益匪浅”。在这里，徐世烺解决了国际上一直未能解决的纯剪切断裂试验研究的理论基础和实验方法，首次实现了各向异性材料和混凝土材料的纯II型断裂韧性和断裂能的测试。特别是利用这个难能可贵的可以静下心来潜心研究的机遇，他系统地完成了混凝土双K断裂模型和基于裂缝粘聚力的裂缝扩展阻力新KR曲线的理论架构和基础。

　　1998年开始，为发挥徐世烺的学术专长，大连理工大学支持他建立了国内课题组。徐世烺同时带领这个课题组开始了对“混凝土裂缝扩展的断裂理论与分析方法”的研究。这是基于国家杰出青年科学基金项目开展的课题。通过大量实验研究，他们取得了一系列创新性成果：系统测试了混凝土的双K断裂模型的断裂参数，测试了不同混凝土等级的基于裂缝粘聚力的裂缝扩展阻力新KR曲线，建立了以能量释放率为参数的双G断裂模型及新的GR阻力曲线理论等。近年来，该研究成果已经在三峡大坝裂缝稳定性分析等国家建设中得到广泛应用。2005年6月，该成果还被作为制定我国水工混凝土断裂韧度测试规程的基本理论。

　　“从1998年开始，我的研究开始从‘混凝土的断裂韧性’转向‘韧性断裂的混凝土’。”徐世烺说，转变的目的是希望通过改变传统的配制混凝土的方式，设计制造新型的混凝土材料，实现节能环保。“传统的混凝土是脆性的，它的抗拉强度比较低，再怎么进行温控，也很难避免出现裂缝，所以必须要提高材料的韧性、增强材料自身抵抗开裂的能力。”

　　2000年，徐世烺带领其国内课题组率先开展了超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)研究。2004初，徐世烺完全回国后，这一研究工作取得了加速进展，在国产胶凝材料基础上研制出极限拉伸应变高达3～6%和挠跨比高达12%的应变硬化UHTCC新材料。这项研究工作改善了普通钢筋混凝土本征缺陷，可解决普通钢筋混凝土梁长期使用安全性下降和服役时间达不到设计寿命的问题。俄罗斯《大众机械》杂志2007年撰文将该材料列为未来能够使人类生活因此而更加完美无缺的十大新技术之一，与其并列的有相变随即闪存、汽车智能一体化、可印制太阳能电源技术、防伪护照、人体局域网、等离子电弧汽化技术、网络视频技术、聪明药丸等。

　　“现在桥梁桥面铺装用的混凝土为了防止开裂，铺得都很厚。如果采用超高韧性水泥基复合材料，桥面铺装厚度可大为降低，桥梁自重得以减轻，相当于桥上的汽车载荷可以忽略不计；现在的隧道衬砌一般都用60～80公分厚的混凝土浇筑，如果使用新材料，降低它的厚度，隧道的开挖量减少了，用的混凝土也减少了。特别是，我们国家基础设施的重大工程结构，比如大型桥梁、高混凝土坝、城市地铁和城市建筑使用寿命如果能达到100年甚至300年以上，这样就能真正实现国家财富的积累和真正意义的节能环保——我们不用生产那么多水泥、不用去挖那么多山和毁坏那么多植被了，就可以造福于我们的子孙后代了”徐世烺说。