纺织新材料抚平混凝土之伤

　　曾宪森近照

　　工人们正在进行贴衬工作。

　　拆模后局部效果。

　　混凝土三层结构示意图。

　　作为世界上用量最大的建筑材料，混凝土结构已成为我国经济建设中至关重要的组成部分。然而，全球范围内的混凝土材料及混凝土结构正以相当快的速度劣化，仅我国每年因耐久性问题造成的经济损失达数以千亿元计，造成的建筑垃圾数以千亿吨计，提高混凝土表面质量，刻不容缓。

　　主持：本报记者 陶璐璐

　　嘉宾：武汉纺织大学机械工程与自动化学院 曾宪森教授

　　早在2005年，武汉纺织大学就在国内率先对非织造布CPFL技术进行研究，2007年1月在中国纺织工业联合会科技指导性项目中正式立项。项目以现代纺织纤维技术与工艺手段的视角，采用纺织技术手段改善混凝土表层性能，实现提高混凝土结构的耐久性，项目成果适用于所有混凝土结构施工领域。

　　“大量研究表明，混凝土结构耐久性失效的过程都是由结构表面向内部方向进行的。新拌混凝土浇筑后，受外界振动及胶凝物水化等物理和化学共同作用，极易在模板和混凝土表层界面形成富水层，并附着有气泡，硬化拆模后形成蜂窝、砂眼、裂纹等表面缺陷，使混凝土表层致密度、强度和抗渗性降低。”“提高混凝土表面质量的非织造布模板衬的研究与应用”项目的带头人、武汉纺织大学教授曾宪森为了在本质上提高混凝土的表面质量，着实下了一番功夫。

　　混凝土表观缺陷不仅影响了建筑物外在的美感，其表层性能是混凝土及其结构的耐久性不足的最主要原因，外来介质通过混凝土表面逐步入侵到内部，进而引起整体结构的劣化，从而导致耐久性问题。曾宪森介绍，这些问题无法通过优化混凝土组成和配合比的途径得到解决，只能通过提高混凝土表层抗渗性能的途径解决，采用非织造布模板衬(Controlled Permeability Formworkiner，简称CPFL)是有效且经济的技术手段。

　　主持人：由于外界和自身结构的原因，混凝土表现出诸多缺陷，研发非织造布模板衬需要克服哪些技术瓶颈？

　　曾宪森：理想的CPFL需要同时满足几个条件：可以排出新拌混凝土中的多余水分和气泡，充分降低表层的水灰比；阻止水泥颗粒渗出，提高水泥颗粒在混凝土表层的相对含量，并在表层形成致密的富含水化硅酸钙结构，降低其渗透性；能为混凝土为表层水泥水化提供水分，抑制裂缝产生；可多次周转使用。

　　基于混凝土构件对其表面性能质量的要求及混凝土初凝前的环境条件和我国的施工条件及环境的现实状况，项目研发基于国内现行针刺法非织造布的生产条件，利用短纤成网的技术和工艺特点，通过对纤维原料，如改变组成纤维纤度、长度、卷曲率等；针刺工艺，包括调整针刺密度、针刺深度等，以及后整理（温度、压力和走布速度等）技术的研究和开发，形成了适用于混凝土结构施工用的具有过滤层、通道层和粘结层三层结构的非织造布模板衬产品的生产技术。

　　主持人：您们在研究非织造布模板衬的过程中如何解决这些技术难题？

　　曾宪森：这项技术有两个关键问题需要解决。

　　一是针对CPFL各层的不同功能要求，设计不同的空间物理结构。我们通过综合运用传质、流变、渗流、梯度、能量、仿真等理论与工具，借助现有国内外研究成果，探讨普通和透水模板界面混凝土富水、富气现象产生机理及表层结构形成机制，系统地研究非织造布CPFL的物理力学性能指标及过滤层结构等效孔径大小对水分迁移速率、固体颗粒阻滞沉淀机制的影响，分析非织造布CPFL特性指标与材料（成分与结构、水流状态与方向、水的含气量和温度等）的关系，研究纤维组分的空间结构对其自身吸水、锁水、释水等性能的影响作用，以及水分在混凝土表面与非织造布CPFL的输移机制，提出非织造布CPFL的空间物理结构。

　　鉴于国内非织造布的装备水平与工艺状况，项目研究结合国情，对理论物理结构进行了修正，发明了空间结构可控的非织造布CPFL的制备方法。

　　二是根据CPFL应用需要，采用不同的空间物理结构工艺。通过对过滤层空间结构的研究，实现衬表层孔径均值能确保混凝土表层中的气体及多余的水分排出，且阻止水泥颗粒不渗入衬内，低毛羽率也保证了脱模。在解决了通道层迅速排出水、气问题的同时，针对不同的环境条件，利用不同保湿纤维材料在湿度梯度作用下的释水特性，设计开发了满足不同要求的模板衬系列产品，实现拆模前对混凝土的养护，避免微裂纹的出现。粘结层采用高旦纤维、低密度针刺工艺，使衬与模板有较强的锚定作用，实现衬与模板在使用时始终为一体，从而保证模板衬能重复使用。

　　鉴于国内尚无具有三层不同结构于一体的非织造布制造装备，在现有生产条件下，通过改进非织造布的工艺和生产组织方式，探索出满足所需功能的产品生产工艺技术。并在生产实践中探索出新的具有适用性和成熟性的工艺技术。

　　主持人：结合我国现行的混凝土结构的施工技术，该项目有哪些创新？

　　曾宪森：针对我国的实际情况，我们创建了具备不同孔隙的三层结构于一体的非织造布模板衬的制造方法；基于不同的施工环境条件，设计开发了满足不同要求的非织造布透水保湿模板衬系列产品；在我国现有生产条件下，探索出满足产品功能的工艺技术。

　　主持人：非织造布模板衬的产业化应用情况如何？应用成本是否具有优势？

　　曾宪森：这项技术和产品性能优于国外类似的技术和产品，产品成本不到国外类似产品的50%，且更符合我国的施工环境。

　　该技术已在国家重大、重点基础设施建设中得到了广泛应用，如在浙江金塘跨海大桥、象山跨海大桥、嘉绍跨江大桥、福建平潭跨海大桥和厦漳跨海大桥中进行了应用。在已完成的应用推广中节省工程开支600多万元。

　　主持人：非织造布模板衬项目的自主研发对我国在提高混凝土表面质量领域的发展具有怎样的意义？

　　曾宪森：这项技术打破了国外技术对中国市场的垄断，开发了适合我国施工条件且有自主知识产权的技术和产品，大幅降低了应用模板衬技术和产品的成本，引领我国形成一个建筑领域应用纺织产品的新分支。同时，提高了因表面质量引起的混凝土结构耐久性，可促进我国建筑领域施工技术的升级和科技进步，在我国当前基础设施的高速建设中，对资源的节约和生态环境的保护都有重大的经济价值和社会意义。