分享|在新加坡南洋理工大学“玩转”混凝土

发布时间：2017-05-10      浏览次数：1445

我叫郭红村，是力学与土木建筑学院2014级硕士研究生。2016年，在学校开展的“研究生短期出国(境)访学及开展创新实验项目”的资助下，我有幸前往新加坡南洋理工大学Tan Kang Hai教授课题组进行了为期3个月的短期交流访学。这次宝贵的短期交流经历，不仅让我印象深刻，同时让我接触到了南洋理工大学(NTU)完善的科研管理制度。

Tan Kang Hai教授是新加坡南洋理工大学(Nanyang technological university)土木与环境工程学院(School of Civil and Environmental Engineering)的副院长，同时也是 Protective Technology Research Centre(PTRC)和Transport Research Centre(TRC)主任，主要从事混凝土结构、钢结构以及钢管混凝土组合结构的耐火性能及连续性倒塌，新型混凝土材料力学性能和结构连续性倒塌数值有限元模拟等领域和方向的研究，发表SCI重要影响力论文超过百篇，在结构抗火领域有重要影响力。

南洋理工大学(Nanyang Technological  University)简称南大(NTU)，是新加坡一所科研密集型大学，在纳米材料、生物材料、功能性陶瓷和高分子材料等许多领域的研究享有世界盛名，为工科和商科并重的综合性大学。前身为1955年由民间发动筹款运动而创办的南洋大学，南洋大学的倡办人是新马胶业钜子陈六使先生，云南园校址由新加坡福建会馆捐赠;1981年，新加坡政府在南洋大学校址成立南洋理工学院，为新加坡经济培育工程专才;1991年，南洋理工学院进行重组，将国立教育学院纳入旗下，更名为南洋理工大学，与快速发展的教育事业齐驱并进;2006年4月，南洋理工大学正式企业化。

南洋理工大学的校园是非常西方风格的开放式的，道路高高低低、起起伏伏，到处都是高大的乔木和长长的走廊，如同走进植物园，是我见过的最漂亮的理工大学校园。校园的建筑零星分散，吃饭的canteen有很多，大都散落在各个Hall之间，初到NTU，按照地图找教学楼和行政人员办公室是一件苦差事。主教学楼分为North和South两座，CEE学院位于North的N1，两个教学楼的最高层都只有2层，而大部分楼层都位于地下，从B1到B5。在NTU期间，我的办公室位于N1.1这座楼的B3层。好在校园有免费校车和各种公交车，可以直达学校附近的居民区和地铁站，为上下学提供了极大便利。

课题组的学生来自全球各地五湖四海，除了新加坡当地的师兄Ng Yan Hao，还有来自越南的Minh Phuong，Hang，Antuan，以及意大利的Paul，当然，大部分都是博士师兄弟都来自中国。课题组的学术氛围非常浓厚，大家的相处也非常融洽，每周五下午的讨论会是大家相互学习交流的固定时间，可以讲任何你有所收获、学习到的知识。

在NTU期间得到了PTRC办公室各个师兄弟们的很多帮助，跟着大家开组会、参加小型会议让我受益匪浅，跟着Jincheng Liu师兄做实验，让我详细接触到了整个实验的执行流程。在NTU期间，我的主要工作包括两个：

1. 对地下结构失火时的火灾演化情况进行数值模拟。基于火灾演化模拟软件FDS建立了用于模拟地下结构的三维模型，对封闭、通风两种条件下办公室层的火灾演化进行了数值模拟，同时观测了不同热释放率条件下，火灾的演化情况，并与相关规范的计算结果进行了对比;

2. 深度参与新型混凝土力学性能实验测试。目前，Tan教授课题组正大量开展对高强、超高强混凝土的高温性能，纤维加强水泥基复合材料(ECC)的高温力学性能的实验研究，其中关于ECC材料的耐火性能研究处于世界领先地位，同比进度快于香港、日本同领域研究学者。Jincheng Liu师兄是该方向的主要研究人员之一，在他的带领我帮助下，我们完成了200~600摄氏度条件下3组共36个圆柱体抗压力学实验，全程参与了试件浇筑、拆模、养护到最后的抗压实验测量，并与Jincheng Liu师兄共同测量了两组普通强度ECC材料高温后的渗透率。

帮Jincheng Liu师兄做的试验，是他的journal paper需要补齐的一组实验，做过一组100℃~400℃条件下的拉伸测试，和200~600摄氏度条件下3组共36个圆柱体抗压力学实验。

大年三十之前，我们还在安装渗透率测试的模具。模具是Jincheng师兄自己设计的，有相关的专利，实际的测量效果很好。在跟Jincheng讨论的过程中，发觉ECC材料在土木领域是一种比较好的研究载体，可以进行的研究还有很多，例如过火后双轴、三轴的抗压性能、过火后断裂能的测量、本构开发以及材料性能优化(金成做的研究就是材料的优化)等等，除了进行宏观上力学性能的研究，还可以进行细观尺度的力学性能研究，如不同形状钢纤维、PVA、PE等树脂纤维的拉拔测试。总之，ECC材料的研究还有一些方向值得深入。

除了金成的这些实验外，还参加了一位越南的师姐Hang的试验，测试了4组不同厚度的预应力板的承载力。一开始的时候，结果波动性非常大，与相关规范的计算结果差距也很大，后来又补做了试验，结果仍然偏离规范的计算结果，但与第一次的测量结果相近，从而得出了规范计算方法有缺陷的结论。

在李晔师兄的帮助和指导下，我第一次看到高强混凝土的爆裂现象。发生爆裂的是抗压强度为150MPa的圆柱形高强混凝土试件，内部预埋了测量气压的装置(他们自己做的)，200℃不到就开始有裂纹开裂的声响，一直延续到400℃左右，直到听到一声巨响，试件完全炸成两部分。为了防止炸伤高温炉，在试件外套了一层铁丝网。这是第一次看到混凝土炸裂的真实情况和威力。

和张冬师兄的讨论，让我对混凝土爆裂现象的机理有了新的认识，他提出了一个很新鲜、很有意思的观点，提出了完全不同以往的高温混凝土爆裂机理。同时第一次见到了3D打印的模具。

心得体会：新加坡是一个文化多元、有包容态度的国家，各色人种、民族、宗教文化在这里和谐共处，常年有大量外来游客和打工者入境，但治安却非常良好，国民素质普遍很高。在这样的文化氛围下，孕育出南洋理工大学这样中西合璧、有创造力的综合性大学。在这里工作学习让我受益匪浅，尤其是在师兄们的带领下深入接触混凝土材料高温力学性能研究，让我对材料研究有了新认识和思路，对之后博士阶段的继续深造颇有裨益。在半英文的交流环境中度过的这三个月，除了英文水平的提升，更意识到一口流利的英语对于走出国门与世界其他学者畅通无阻的交流的重要性。