【古信瓷砖】ecc将在建筑3d打印中发挥更大作用

    ecc将在建筑3d打印中发挥更大作用

■本报记者 袁岚 吴跃

这是一个阳光明媚的上午，在第二届建筑3d打印国际会议召开期间，《中国建材报》记者采访了前来参加会议的美国密歇根大学教授李志辉（victorc.li）。

李志辉是爱笑的，在整个采访过程中，他爽朗的笑声一直感染着记者。他用通俗易懂又不乏幽默的语言，向专业一窍不通的记者讲解着高延性水泥基复合材料（ecc）的特性和应用情况，以及未来的发展方向。记者仿佛是在与一位和蔼可亲的邻居聊天喝茶，而并非是采访行业内顶尖的学者、ecc发明人。李志辉现任密歇根大学jamesr.rice杰出大学讲席教授和土木工程系e.b.wylie学院讲席教授，同时也是美国土木工程师学会、美国机械工程师学会、世界创新论坛和美国混凝土学会高级会员，主要研究方向为新型多功能建筑材料、提高基础设施工程可持续性和可靠性。2016年，他曾获得建筑行业理事会颁发的国际创新奖和rilem终身成就奖。

采访是在笑声中开始的。

李志辉的开场白十分有趣。他说：“今天的采访，我很紧张，因为我的普通话讲得很不好，有些词语不能用中文准确地表达清楚，我只能用英文来表述了，这样会让你们很为难，真是不好意思。”

英文“小白”的记者笑着说：“您的普通话讲得很好，虽然带有一点点粤语腔调，但比起英文，我们还是听得懂的。”采访逐渐进入主题：“我们查阅了一些资料，发现ecc有许多不同的中文定义，您认为哪一个最为准确？它有什么样的特性？”

李志辉说：“高延性水泥基复合材料是ecc最准确的中文名称。混凝土是工程建设中用量较大的建筑材料，它的使用已有200余年的历史，人们一直在不断地对其进行改良，但混凝土依然存在抗拉强度低、韧性差、易开裂等问题。与普通混凝土相比，ecc具有优异的抗拉、抗弯和抗剪性能,还具有金属般的韧性，其延伸率是普通混凝土的几百倍，俗称‘可弯曲混凝土’。这种材料可通过大变形来耗能，进而提高结构的抗震性能，它还可提高基础设施的可靠性，延长建筑的使用寿命。目前，ecc在日本的高层建筑中应用广泛。已建成的高层建筑最高可达60层，ecc用于制作抗震耗能连梁。此外，ecc在桥梁、隧道等的建设及修复中也有使用，可以提高结构耐久性及延长使用寿命。”

李志辉总结说，ecc的研究主要有三方面目标：其一是提高材料延性和可靠性。其二是提高结构耐久性，减少修复工作。其三是提高材料和结构的可持续性，建立建筑与自然环境的和谐关系，这正是他目前的研究重心。全球气候变暖主要是由人类活动导致的二氧化碳等温室气体排放增多而引起的，如今已引起世界各国科研人员的关注。而混凝土行业属于高碳排放行业。目前，他正在开展碳捕捉方面的研究，利用ecc吸收大气中原有的或工厂排放的二氧化碳，将它变成ecc的生产原材料。这项工作还处于研究阶段，预期一年内实现试应用。

在谈到ecc在建筑3d打印中的应用时，李志辉说：“10月13日，我来到河北工业大学，在现场亲眼见到了利用混凝土3d打印技术建造的仿古赵州桥，把目前最前沿的建造技术与一座古老的桥梁结合在一起，是非常有意义的工作。河北工业大学副校长马国伟及其团队只用一年就完成了仿古赵州桥的打印，是十分了不起的。它的落成是一个里程碑，标志着3d打印技术应用到建筑中已不再是一个想法，建筑3d打印技术必将成为土木工程领域未来的方展方向。”

据了解，混凝土3d打印是一种将水泥基复合材料逐层堆叠的新型增材制造技术，3d打印是无模快速建造过程，可以在没有模板支撑的前提下，自由灵活地快速建造异型混凝土结构。在建筑设计方面，设计方案更加自由灵动，适合建造异型的、定制化的建筑和结构构件。相比传统的施工建造，3d打印可节省90%以上的模板与支撑，节省约1/3的建筑材料和2/3的人工，高度自动化的打印过程可大大提高建造效率，是推动装配式建筑与智能建造发展的革新技术。因其无模化、自动化、快速化和灵活化的建造优势在建筑、桥梁、基础设施等领域迅速兴起，可推进建筑行业向绿色化、工业化、智能化方向发展。

李志辉认为，虽然建筑3d打印技术有很多优点，但仍然存在一些难题。3d打印是通过挤出方式将混凝土一层一层叠加打印出来的，很难在打印过程中植入钢筋。混凝土是脆性材料，如果不加入钢筋，混凝土很容易断裂，构件承载力低，而且会出现耐久性和可靠性差等问题。采用具有高延性的ecc作为3d打印材料，能够提高构件的承载力，实现无筋建造。

李志辉指出，目前，建筑3d打印技术还处于初级阶段，需要科研、设计、施工等相关人员的共同配合。在实现建筑3d打印技术工业化的过程中，建筑材料研究是关键。如同普通打印机的油墨，材料科研人员就是要将ecc变成建筑物3d打印的“油墨”。目前，美国、欧洲一些著名大学，以及国内的东南大学、同济大学等都在研究将ecc应用于3d打印。

李志辉说：“近年来，我与国内的合作十分广泛，和清华大学、同济大学、东南大学等都有技术交流与合作。而且，我的许多中国学生毕业后回到了国内，也都在进行ecc的研究与应用。国内的建筑市场十分广阔，ecc应用潜力巨大。”

李志辉向记者补充，ecc是一个多功能、系列化的材料。它可在高延性的基础上，实现自愈合、自感应、光催化等诸多功能，可以说，ecc的发展空间是非常广阔的。在应用过程中，ecc标准的制定是非常重要的环节。目前，河北工业大学教授周健带领团队完成了国内第一个建材行业标准jc/t2461-2018《高延性纤维增强水泥基复合材料力学性能试验方法》的制定，已经于2018年4月30日发布，2018年9月1日开始实施，这对ecc的标准化和规范化及其应用意义重大。

最后，李志辉向记者表达了感谢：“ecc是一种新型建筑材料，只有让更多的人认识和了解它，才能推动它的工程应用。我曾接受过cbs晚间新闻、cnn、discovery频道、建筑实录和福布斯杂志等媒体的采访，向大众介绍ecc特性及用途。很感谢《中国建材报》对ecc的关注，这将会让更多的人知道ecc，推动ecc在基础设施中的应用，充分发挥它的优势，解决现有建筑行业的问题。”

责编：张文斋 审核：王怡洁

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