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一种针对农房结构加固的喷射超高延性混凝土技术的研发

申报人：张琬瑕 申报日期：2025-01-10

基本情况

2025年批次
一种针对农房结构加固的喷射超高延性混凝土技术的研发 学生申报
创新训练项目
工学
土木类
学生来源于教师科研项目选题
一年期
习近平总书记在二十大报告中强调：“实施农房质量安全提升工程，继续开展农村危房改造和农房抗震改造，推进现代宜居农房建设，建设宜居宜业和美乡村。”本项目团队针对农村传统住房存在的显著问题，即墙体强度不足及普遍的老化开裂等现象，开展了一项创新研究，旨在通过技术手段提升农房的宜居性。我们的核心研发成果是超高延性混凝土，这一材料被专门设计用来弥补传统农房在结构强度上的缺陷。其超高延性混凝土因加入快硬微膨胀高抗裂养护材料表现出快硬特性、微膨胀特性、高抗裂特性，快硬特性可以缩短施工周期，提高施工效率，微膨胀特性可以填补缝隙，提高结构的密实性和整体性，高抗裂特性有效抵抗混凝土在环境因素下开裂问题，再喷射超高延性混凝土加固房屋，构建更加宜居的农村住房，提高农民群众的获得感、幸福感、安全感。
申报专利1项，第十四届“挑战杯”中国大学生创业计划竞赛国银，中国国际大学生创新大赛（2024）“数广集团杯”广西赛区选拔赛区铜和区银。
张毅：1.广西建筑新能源与节能重点实验室项目，桂科能22-J21-4，高温环境中钢结构动力倒塌机理研究，2022年1月至2023年12月，5万元，在研，主持。
2.“互联网+”视域下大学生预防诈骗机制研究，桂林理工大学辅导员专项研究课(GUT21FC16)，主持：
3.新能源电动汽车BMS系统电池荷电状态估算研究，广西科技大学研究生创新项目(GKYC201904)，主持；
4.UV-LIGA成型真空太赫兹微结构的关键技术研究，国家自然科学基金资助项目(62041402)，参与。
从项目选题到实施，再到最终的成果展示，都给予了我们极大的帮助。在项目初期，指导教师耐心听取我们的想法，帮助我们明确研究方向和目标。在项目进行过程中，教师定期组织讨论会，及时解答我们遇到的难题，并提供宝贵的建议。此外，教师还为我们提供了丰富的学术资源和实验条件，确保项目能够顺利进行。在成果展示阶段，指导教师更是倾注心血，帮助我们整理研究成果，提出改进意见，使我们的项目成果更加完善。主要表现为以下几个方面。
理论指导:
指导教师在研究初期组织团队成员深入广西各地区展开实地调研工作，了解当地住房情况,并帮助团队深入理解课题研究的背景、意义和目标。定期组织研讨会,指导研究思路,并提供专业见解和建议,确保研究方向的正确性。
技术指导:
为研究团队提供必要的研究工具和设备,包括文献检索工具、数据分析软件等。指导团队成员学习研究方法,培养数据收集、分析和处理的能力。
资源支持:
协助团队成员收集研究资料,包括文献、数据和案例。提供图书馆、实验室等研究资源的访问权限。
指导老师希望该项目成员能够充分发挥专业优势和团队优势，认真刻苦，不断克服困难，助力乡村振兴。
区级

项目成员

序号 学生 所属学院 专业 年级 项目中的分工 成员类型
张琬瑕 土木工程学院 土木工程 2022 项目负责,撰写报告
杨健 土木工程学院 土木工程 2022 查找文献，收集资料
王靖博 土木工程学院 土木工程 2022 数据记录分析，图表处理及汇总
韦宗波 土木工程学院 土木工程 2024 预算试验经费，购买相关材料
谢晓莹 土木工程学院 土木工程 2023 实地调研信息搜集

指导教师

序号 教师姓名 所属学院 是否企业导师 教师类型
张毅 土木工程学院 否

立项依据

在我国农村，房屋普遍采用砌体结构，还有一些框架结构、木结构、土坯房等，其砌体通常采用砖块或石块等材料进行砌筑，其抗震性能相对较弱，容易在地震等自然灾害中受损或倒塌；砌体结构房屋耐久性不足，多数使用普通砖块，这些材料耐久性较低，易受潮、开裂和变形，导致房屋损坏和维修频繁；由于施工技术和管理水平的不一致，砌体结构房屋在施工过程中存在质量控制难度大、施工质量参差不齐的问题，这会影响房屋的安全性和使用寿命。为了解决以上问题，本项目团队针对农村发展落后、施工质量达不到人们的期待、建筑材料不完善等特点，致力于研发一款可喷射的超高延性混凝土，我们希望解决墙体开裂、抗震能力不足、建设周期长、施工质量不好、使用寿命短等问题，提高农村住房的质量和居住条件，建造美丽宜居乡村，助力乡村振兴。
我们所研究的是一种适用于加固农房结构的超高延性喷射混凝土以及配套使用的一种便携式混凝土喷射装置。
1.超高延性混凝土的制备：
由高延性、高粘结性水泥基加固修补材料构成，还添加了快硬微膨胀高抗裂养护材料，如纳米木质素纤维、钢渣、矿渣、消泡剂、粉煤灰漂珠、减水剂等材料。通过加入这些材料，该混凝土能够获得快硬、微膨胀、高抗裂等特性，同时提高一些性能，如：流动性、强度，此外通过原料以及配比来实现成本优化。
2.便携式混凝土喷射装置：
采用了新型安装架、旋转驱动模块、喷头模块和摆动驱动模块。研究了一种能够适应小型巷道内混凝土喷射作业的便携式喷射装置。对其喷头模块进行改进大幅改善了堵塞的问题，配合优化后的旋转驱动模块以及摆动驱动模块是其在保持较为轻便的体型的同时可以无死角的进行喷射。该喷射装置小巧的体型使其可以胜任很多区域的喷射工作且方便部署、移动。
1.国内研究现状：

在国内，农村危房改造加固工作已成为国家乡村振兴战略的重要组成部分，受到了各级政府的高度重视。目前，农村危房改造加固主要面向低收入群体，包括脱贫

享受政策户、边缘易致贫户、严重困难户、分散供养特困人员、农村低保户等。改造工作通常根据房屋危险程度和农户意愿，采取修缮加固和拆除重建两种方式。

在加固技术方面，国内主要采用钢筋混凝土加固、钢结构加固以及外加设备及固定筋加固、钢筋网水泥砂浆面层加固、混凝土板墙加固，以及FRP纤维布加固等多

种方法。这些加固方法通过提高房屋的整体结构承载能力，增强了房屋的抗震性能。同时，国内还积极研发和应用新型建筑材料，如聚合物改性材料、碳纤维和钢

材等，这些材料具有强度高、粘结性好、施工方便等优点，能够有效地提高旧房的结构性能。然而，但这些方法有着施工作业时间长，施工过程及施工工艺较为繁

琐且加固成本高，部分贫困地区难以承担全部改造费用，另一方面，加固材料的应用效果尚待提高，需要更多的技术研究和创新。这些问题表明国内农村危房改造

加固工作仍面临一些挑战。

在混凝土方面，国内中交二航局技术中心、中国海洋大学和中交（广州）建设共同研发的喷射超高性能混凝土在广州地铁十二号线官洲站成功应用。通过利用超高

延性混凝土的超高抗渗性来解决深基坑开挖过程中传统围护体系的易渗漏问题，从而大幅提升基坑施工的安全水平该研究团队经过三年的努力，开发出了多功能流

变调节剂，并对通用喷射设备进行了改造升级，实现了超高延性混凝土的连续湿法喷射施工。这一技术创新有效克服了超高延性混凝土在泵送过程中的高粘度和易

堵塞问题，以及传统混凝土喷射施工中的高回弹率和低强度问题。通过这项技术，他们获得了局部单次喷射厚度达到23cm、水平回弹率低于5%、抗压强度超过

120MPa的喷射超高延性混凝土。这一成果最终形成了一整套“喷射超高延性混凝土材料—设备—工艺”的施工技术。

在国内超高延性混凝土的实际应用多用于桥梁的建设，超高延性混凝土材料性能创新及其在桥梁工程中的应用技术获得了2019年度中国公路学会科学技术奖二等

奖。这项技术为超高延性混凝土在钢桥面铺装、桥梁耐久性及抗震性能提升中的应用提供了关键技术支撑。研究成果包括开发了高效聚羧酸减水剂，确定了适用桥

梁结构的超高延性混凝土配合比，并探究了其直接拉伸、弯曲、动态拉伸及压缩特性，以及对缺口的不敏感性。这些技术已在贵州、浙江、新疆等地的多个工程项

目中成功应用，包括新建桥梁桥面连续、伸缩缝、桥面混凝土铺装层、钢桥面铺装等施工，以及既有桥梁裂缝修复、耐久性提升等方面。

3.国外研究现状：

在国外，农村危房改造加固技术相对更为成熟和先进。许多国家注重对旧房结构进行全面的评估和分析，通过计算机模拟和现场实验等手段，为加固改造工程提供

科学依据。在加固方法上，除了常见的钢筋混凝土加固、钢结构加固外，还广泛采用预应力加固等先进技术，这些方法不仅能够提高旧房的结构强度，还能在一定

程度上延长其使用寿命。

在建筑材料方面，国外也积极探索和应用新型材料，如高性能混凝土、复合材料等，这些材料具有优异的力学性能和耐久性，能够显著提高房屋的抗震性能和安全

性。

在国际上，超高延性混凝土的研究同样活跃。例如，法国、英国、德国等国家从20世纪60年代起就开始了相关研究。这些研究主要集中在纤维增强高延性混凝土

（FHPMC）和自修复高延性混凝土（SHACS）等方向。FHPMC通过掺加纤维来提高混凝土的变形能力和强度，以改善其耐久性。而SHACS则是一种能吸收和分散

自身或其他材料产生的应力，减少应力集中程度，延缓破坏过程的高延性混凝土。

挪威在超高延性混凝土的使用和研究方面处于世界领先地位。他们在北海油田的海上钻井平台上使用了超高强混凝土，并制定了抗压强度高达105MPa的SHPC结构

设计标准。此外，挪威还有C105级超高强混凝土结构设计规范，这是目前世界上强度等级第二高的混凝土结构设计规范。

美国在超高延性混凝土的应用方面也非常积极。例如，美国在伊利诺斯州使用RPC材料建成了18m直径的圆形屋盖，该屋盖未采用任何钢筋，直接承受拉、弯应力

及初裂应力。此外，美国西雅图市的Two Union square大厦应用了强度高达135MPa的超高强混凝土，该建筑58层，高230.15m，其主要特点是采用了超高强混凝土

的钢管混凝土柱子。
1.创新点：

首先是一种快硬微膨胀抗裂修复材料及其制备技术

核心特性与优势：

超高延性混凝土（ECC）的核心特性在于其快硬微膨胀高抗裂的性能：

快硬特性：这一特性显著缩短了施工周期，从而提高了施工效率。

微膨胀特性：该特性能够填补缝隙，进而提升结构的密实性和整体性。

高抗裂特性：这一特性有效抵抗了混凝土在环境因素作用下的开裂问题，从而延长了结构的使用寿命并减少了维护成本。

性能提升与成本优化

在性能提升方面，我们研发的ECC超高延性混凝土在强度上实现了72.8%的显著提升，在流动性方面则是普通混凝土保持时间的1.95倍。这不仅使其强度略高于一般

混凝土，完全满足农村危房加固等实际需求，还通过配方调整，解决了材料性能的关键问题。

在成本优化方面，我们通过引入纳米木质素纤维、粉煤灰漂珠、钢渣、矿渣等细颗粒材料和纤维增强剂，以及消泡剂、减水剂等控制剂，成功开发出了一种成本更

低、性能更优的超高延性混凝土。与常规混凝土相比，该材料的成本降低了33.3%，同时混凝土的延性和整体性能也得到了显著提升。

材料配比与特殊设计

为了实现ECC超高延性混凝土的这些特性，我们对材料配比进行了特殊设计。通过精确控制各种原材料的比例和添加量，我们成功地开发出了一种既具有快硬微膨

胀抗裂特性，又能够满足实际应用需求的超高延性混凝土。这一成果不仅展示了我们在材料科学与工程领域的深厚实力，也为结构工程领域的发展注入了新的活

力。
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超高延性混凝土抗弯性能试验                                                                                  超高延性混凝土流动度试验


第二是一种便携式喷射混凝土裂缝维修施工装置

在我们团队成功研发出超高延性混凝土（ECC）这一核心技术的基础上，我们进一步聚焦于如何高效、便捷地将其应用于农房加固领域。鉴于现有市场上的喷射装

置在农房加固中存在的诸多局限，如运输不便、组装复杂、喷射精度不足及材料浪费等问题，我们团队针对性地研发了一款便携式喷射混凝土裂缝维修施工装置。

装置特点与技术创新

完美匹配ECC材料：我们研发的便携式喷射装置与超高延性混凝土（ECC）完美匹配，能够充分发挥ECC材料的优异性能。

精准喷涂：通过采用先进技术，我们可以直接将特制的ECC材料精准地喷涂到农房的待加固部位，显著提高了施工精度和材料利用率。

便携性显著：装置设计紧凑，运输和组装简便，大大提升了施工效率。相较于市场上的大型喷射装置，其便携性优势尤为突出。

环境友好：通过一系列创新和特制ECC材料的使用，我们在施工过程中实现了粉尘减少和噪音降低，改善了施工环境。

经济效益与适用场景

经济性：由于该装置的小巧体型，其日常维护成本远低于大型机器，使得它在农房加固等小型工程中更具经济性。

多功能性：装置灵活多变，适用于不同环境和条件下的加固需求，成为了一个多功能的施工工具。

施工效率提升：通过减少人力投入和缩短施工周期，我们研发的便携式喷射装置显著提升了农房加固的施工效率。

我们团队研发的便携式喷射混凝土裂缝维修施工装置，不仅完美匹配了超高延性混凝土（ECC）材料，还通过一系列技术创新和优势特点，有效解决了现有市场上

喷射装置在农房加固中的局限，为农房加固领域的高效、便捷施工提供了有力支持。

2.项目特色：

成套施工技术的形成：将喷射高延性混凝土材料、设备和工艺整合成一个完整的系统，实现了从材料到施工的全流程优化。

应用领域的扩展：开创喷射超高延性混凝土市场，将其应用场景从大型工程转移到农村之中。提高了施工安全水平，展示了超高延性混凝土在类似工程领域的广阔

应用前景。

科研成果的转化：项目获得了多项发明专利和实用新型专利，促进了科研成果向实际应用的转化。

1.技术路线
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2.拟解决的问题

利用纳米木质纤维、钢渣、矿渣等材料如何制备快硬微膨胀高抗裂养护材料以及用其制备出超高延性混凝土；

如何通过实验得出各类材料的配合比，以平衡超高延性混凝土高延性、高强度、耐久性、流动性等指标；

如何通过喷射设装置来发挥出材料的性能，使喷射超高延性混凝土来高效、均匀地来加固墙体以及达到最好的加固效果。

3.预期成果

本研究成果将以研究报告与学术论文的形式体现，预期提交研究报告 2 份或发表学术期刊论文1篇（中文核心）；

利用快硬微膨胀高抗裂养护材料制备出超高延性喷射混凝土，得到各材料的最佳配合比，混凝土的各项指标平衡和力学性能好；

总结研究参数，六种材料的比例、水胶比、激发剂的浓度和模数等对其延性和韧性的影响。

利用喷射装置喷射的超高延性混凝土可以高效、均匀地来加固墙体，并且加固效果好、浪费少。
1.项目准备阶段（2025年5月-6月）

通过组织团队成员查找和翻阅文献及资料、网上学习等方法了解相关知识，，初步制定项目实施大体框架，搜集相关课题资料，讨论学习本课题的相关知识，深入了

解本项目，调动组员的积极性，完成前期准备工作。

2.项目初期阶段（2025年6月-7月）：

对周边农村地区进行走访和调研，实地考察当地住房情况，如：房屋结构类型、危房等级及数量、已加固房屋方法及数量，同时大量收集关于研究本课题的数据资

料，对搜集的相关资料进行加工整理，总结经验、发现新问题。

3.项目中期阶段（2025年7月-2025年2月）

制定相应的试验方案，预算所需的试验材料并购买，进行试验，仔细观察实验过程，及时发现问题并解决问题，查阅参考文献，整合数据，并进行初步数据分析。

4.项目后期阶段（2026年2月-2025年3月）

根据初步得到的实验数据撰写论文，形成初稿，再进行数据分析与总结，对其中发现的问题进行研究和探讨，得出解决方案，再进行项目研究内容进行全方位检验并

补充、修正，同时修改论文。


5.项目末期阶段（2026年3月-2025年4月）

准备成果展示材料，参加学术交流活动，

6.项目结题（2026年4月-2026年5月）

总结梳理研究成果，完成结题报告和论文整理工作，发表论文，进行项目评估与结题工作。
1.与本项目有关的研究积累和已取得的成绩

（1）研究积累

①　“人才培养与团队建设”：通过大创项目的开展，项目成员掌握了基本的力学之时，学习一种快硬微膨胀高抗裂修复材料及制备技术，团队培养了一批具有

实践经验和创新能力的人才，为未来的研究和应用奠定了基础。

②　项目负责人跟指导老师进行多次实验，已掌握快硬微膨胀高抗裂修复材料及制备技术和超高延性喷射混凝土和相关力学试验操作

（2）已取得成绩

①　试验条件：课题组现拥有万能试验机、抗折试验机、抗压试验机、抗裂试验机等仪器

②　“材料性能研究”：围绕超高延性混凝土的材料性能，研究团队已经取得了一些创新成果，这些成果可能涉及材料的抗压、抗弯性能，以及在承受弯矩作用

下的不同阶段的表现形式。

③　“实验与实践”：在实验层面，已经进行了一系列的测试和试验，以验证超高延性混凝土的性能，并且在一些实际工程项目中进行了试点应用，收集了宝贵

的实践经验。

④　试验方案和数据分析：总结团队前期的试验成果并参照相关论文，我们制定了后期的主要攻克难题方案和后续的一些实验方案，为论文的成功撰写打下基

础。


已具备的条件包括：

(1)基础材料供应：

项目能够获取到高质量的水泥、细骨料、粗骨料等基本材料。

(2) 院校支持：

拥有用于测试和评估混凝土性能的实验室设施，如强度试验机等，学校电子图书馆可以免费下载学术期刊论文，可以通过微机联网检索等先进的查阅文献方法

进行文献查阅。

(3)研发团队：

拥有具备一定专业知识和实验技能的研究团队来开展试验和研究工作。本项目组成员具有扎实的专业基础知识和实践动手能力，具备创造性思维和解决问题的

能力且团队具备良好的沟通和协作能力，能够有效地分工合作，以达到最终的目标；项目负责人阅读大量相关文献及著作，系统学习相关专业的基础知识及基

本掌握，责任心强，具备一定的研究能力，已经对本试验研究的内容有了整体了解。项目团队对在研发过程中会遇到很多问题，进行革新性地思考问题，并提

出针对性强的解决方案，具备强烈的责任心和执行力，能够全力以赴，为项目的成功做出贡献，同时也锻炼自己各方面的能力。

(4) 初始资金：

有足够的启动资金来购买原材料和进行初步的实验研究。

(5)学术支持：

导师为团队提供项目指导和规划，帮助团队明确研究方向和目标，提供学术资源和文献资料，包括相关领域的期刊论文、书籍和研究报告等，帮助团队进行深

入的文献调研和学术背景了解，选择合适的研究方法和技巧，设计实验方案、收集和分析数据，并提供相应的数据处理和统计分析技巧。这些都为学生提供了

良好的研究条件。

尚缺少的条件及解决方法包括：

(1)专业添加剂：超高延性混凝土需要特殊的纤维或添加剂以增强其性能，这些材料可能难以获得。

解决方法：与专业的化工或建材公司合作，寻找或开发替代材料，或者优化配方以减少对特定添加剂的依赖。

（2）高级设备：需要特殊的混合设备、成型设备或检测设备。

解决方法：寻求与高校、研究机构或企业合作共享资源，或者申请额外的资金支持以购置必要的设备。

（3）标准化测试方法：缺乏适用于超高延性混凝土的标准测试方法。

解决方法：参与或关注相关的标准化组织，推动标准的建立；在没有标准的情况下，自行开发并验证测试方法。

（4）实际应用数据：缺乏实际工程应用的案例和长期性能数据。

解决方法：开展小规模的试验项目，逐步收集实际应用数据，并与行业内其他案例进行比较分析。

（5）技术成熟度：超高延性混凝土的技术可能还不够成熟，无法大规模应用。

解决方法：持续进行研发工作以提高产品稳定性和成熟度，考虑进行技术转让或与企业合作加速技术推广。

经费预算

开支科目 预算经费（元） 主要用途 阶段下达经费计划（元）
前半阶段 后半阶段
预算经费总额 20000.00 项目支出 6400.00 13600.00
1. 业务费 9500.00 项目业务对接 2400.00 7100.00
（1）计算、分析、测试费 1100.00 用于项目所需的计算、分析等活动 500.00 600.00
（2）能源动力费 1300.00 消耗水电费 600.00 700.00
（3）会议、差旅费 3100.00 参加相关展览、客户拜访等过程中的交通和住宿费用 1300.00 1800.00
（4）文献检索费 0.00 查阅相关资料所需费用 0.00 0.00
（5）论文出版费 4000.00 后期论文的出版费用 0.00 4000.00
2. 仪器设备购置费 0.00 用于实验仪器的购置 0.00 0.00
3. 实验装置试制费 0.00 对现有仪器设备进行升级改造而发生的费用 0.00 0.00
4. 材料费 10500.00 用于实验材料的购置 4000.00 6500.00
结束

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