一、项目名称

面向滨海重大基础设施的绿色低碳自密实混凝土关键技术及工程应用

二、提名奖项和等级

天津市科学技术进步奖一等奖

三、主要完成单位

1.天津城建大学；2.天津大学；3.深圳大学；4.天津建筑科学研究院有限公司；5.天津三建建筑工程有限公司；6.天津住宅集团建设工程总承包有限公司；7.天津二建建筑工程有限公司

四、主要完成人

龙武剑、张磊、张津瑞、王海良、董必钦、荣辉、罗启灵、纪慧宇、刘杰、张永坡、冯云、冉隆林

五、提名单位

    天津城建大学

六、项目简介

自密实混凝土是现代高、特、新、大土木工程建设中应用最广泛的高性能建筑材料之一，具有良好的工作及硬化性能，极大提升了施工效率及工作安全性，改善了施工环境。然而，为保证混凝土良好的自密实性，其胶凝材料用量通常高于普通高性能混凝土，导致较为严重的碳排放环境问题，额外的经济成本问题，以及由于温度、收缩引发的长期使用性能劣化等技术问题。地处华北地震带的天津市，以及其它滨海区域，地质条件复杂，环境严酷，对自密实混凝土结构工程施工以及服役期间抗裂、抗渗、抗震、抗腐蚀等性能提出了更加严苛的要求。因此，如何在保证自密实混凝土综合性能要求前提下，降低胶凝材料（特别是水泥）用量，并同时满足现代结构工程对多功能高性能混凝土发展需求，设计绿色低碳高性能自密实混凝土并实现其规模化工程应用，是践行国家“双碳”目标和推动混凝土行业可持续发展的重要举措。

项目组在系列国家自然科学基金以及企业重大技术攻关项目持续资助下，历经十余年技术革新及工程实践，取得创新性成果如下：（一）建立了全材料尺度自密实混凝土胶凝材料减量化设计理论及低胶凝自密实混凝土设计、制备方法；（二）率先提出了滨海复杂环境下低胶凝自密实混凝土多性能指标保障定量化再设计方法；（三）研发了面向结构关键部位、满足特殊功能性需求的纳米增强自密实混凝土高性能结构-功能一体化关键技术；（四）实现了低胶凝高性能自密实混凝土绿色施工工艺及智能化质量监控成套技术在重大工程中的创新应用。

项目研究成果在国内外高水平学术期刊发表SCI/EI论文 76 篇，授权发明专利 24 件，实用新型专利 26 件，软件著作权 5 件，主编/参编国家及地方标准 11 部，获省级以上混凝土施工工法 5 件；项目成果胶凝材料减量化设计理论及方法，快速碘离子迁移系数测试方法经缪昌文院士等专家鉴定达到国际领先水平；低胶凝自密实混凝土设计方法及制备工艺、纳米增强水泥基复合材料性能提升关键技术经杜彦良院士等专家鉴定达到国际领先水平。

项目成套技术已大规模应用于我国华北、华南等超大城市群60余项大型公建、科教文卫、市政隧道等标志性工程；十年来共计生产使用绿色自密实混凝土8200万方，平均胶凝材料用量较国内外主流同强度普通自密实混凝土减少20%以上，原材料成本减少15% 以上，为混凝土生产及工程应用单位节支达2.39亿元，降低 CO₂ 排放量约1150万吨，产生了巨大经济、社会和环境效益，对推动我国混凝土行业技术进步和低碳高质量发展具有重大意义。

七、发现点/发明点/创新点

（一）创造性地建立了基于颗粒堆积模型的全材料尺度低胶凝自密实混凝土设计理论及制备方法，胶凝材料用量较国内外主流同强度自密实混凝土平均减少 20% 以上，混凝土原材料成本减少 15% 以上，CO₂排放量降低 23% 以上，促进了水泥混凝土行业资源节约、绿色低碳发展技术进步；

（二）率先提出了滨海复杂环境下低胶凝自密实混凝土工作-力学-耐久性能多指标保障定量化再设计方法，实现了材料多性能的平衡设计，解决了具有百年设计使用年限需求的滨海重大工程超高耐久性混凝土材料设计难题；

（三）研发制备了适用于严酷环境、面向结构关键部位、满足工程特殊功能性需求的纳米增强低胶凝自密实混凝土结构-功能一体化材料，实现了氧化石墨烯在现代结构工程中的示范性应用；

（四）系统构建了低胶凝高性能自密实混凝土绿色施工工艺及质量监控的成套关键技术，解决了大型自密实混凝土结构施工全流程质量控制及多性能实时监控难题。

八、主要支撑材料

（一）代表性论文（专著）

[1] Wu-Jian Long*（龙武剑）, Kamal Henri Khayat. Creep of prestressed Self-Consolidating Concrete. ACI Materials Journal, 2011, 108: 476-484

[2] Wu-Jian Long*（龙武剑）, Yu-cun Gu, Jin-xun Liao, Feng Xing. Sustainable design and ecological evaluation of low binder self-compacting concrete. Journal of Cleaner Production, 2017, 167: 317-325

[3] Bi-qin Dong（董必钦）, Qi-wen Qiu, Zhen-tao Gu, Jia-qi Xiang, Can-jie Huang, Yuan Fang, Feng Xing, Wei Liu*. Characterization of carbonation behavior of fly ash blended cement materials by the electrochemical impedance spectroscopy method. Cement and Concrete Composites, 2016, 65: 118-127

[4] Jin-rui Zhang（张津瑞）, Xiao-ping Ding, Qing-xin Zhao*. Experimental and numerical investigation of scattering gravels on the surface bond strength of self-compacting concrete. Construction and Building Materials, 2017, 145:11-19

[5] Hui Rong*（荣辉）, Guan-qi Wei, Guo-wei Ma, Ying Zhang, Xin-guo Zheng, Lei Zhang（张磊）, Rui Xu. Influence of bacterial concentration on crack self-healing of cement-based materials. Construction and Building Materials, 2020, 244:118372

[6] Wu-Jian Long（龙武剑）, Jing-Jie Wei, Feng Xing, Kamal H. Khayat*. Enhanced dynamic mechanical properties of cement paste modified with graphene oxide nanosheets and its reinforcing mechanism. Cement and Concrete Composites, 2018, 93: 127-139

[7] 张磊，张亚楠，梁瑞华，荣辉，王雪平，杨久俊. 垃圾焚烧灰熔融重构矿渣对水泥基材料性能的影响[J]. 混凝土, 2019, 351(01): 128-132

[8] 王海良，袁磊，宋浩，短切玄武岩纤维混凝土力学性能试验研究[J]. 建筑结构, 2013, 43: 562-564

（二）知识产权和标准规范

[1] 龙武剑，陈瑾祥，时金广，邢锋，王卫仑，方晓亮，一种绿色混凝土配合比优化方法，2017-03-09，中国，ZL201510334304.6

[2] 龙武剑，张永旭，彭武磊，廖锦勋，邢锋，王卫仑，罗启灵，基于强度及氯离子渗透性双指标混凝土配合比设计方法，2019-05-10，中国，ZL201610163995.2

[3] 龙武剑，韦经杰，廖锦勋，张启铭，邢锋，绿色自密实混凝土及其制备方法，2020-08-25，中国，ZL201710440081.0

[4] 董必钦，邢锋，袁伟鹏，尹远，陈立，邱启文，张健超，徐伟伟，房国豪，王琰帅，一种水泥基材料氯离子渗透深度测试方法，2017-07-25，中国，ZL201310687946.5

[5] 荣辉，王海良，高礼雄，张磊，张腾飞，蒋梦默，王素稳，陈升，李杨，王国柱，一种混凝土的微生物腐蚀实验装置以及方法，2019-01-22，中国，ZL201610494907.7

[6] 龙武剑，古宇存，郑丹，叶涛华，邢锋，纳米改性含铅水泥基复合材料及其制备方法，2020-7-10，中国，ZL201810091210.4

[7] 芦庆向，刘杰，赵义，高宏进，李蕊，劲性混凝土柱冬施施工工法，2010，中国，TJGF014-2010

[8] 李彦彰，钱卫刚，冯茂迎，冉隆林，宋凯，中国，大直径多联体立筒仓滑模施工工法，2018-11-12，天津市城乡建设委员会

[9] 天津市工程建设标准，天津市人工砂应用技术规程，中国，DB/T 29-72-2018，天津市建筑科学研究院有限公司为主编单位，纪慧宇为第一起草人员

[10] 中华人民共和国国家标准，既有混凝土耐久性评定标准，中国，GB/T 51355-2019，深圳大学为参编单位，董必钦为主要起草人员