团队简介

项目名称：智慧砼途-基于应用场景的全再生混凝土一站式方案设计引领者

参赛组别：自由赛道

获奖情况：全国一等奖

培养单位：水利与交通学院

团队名称：绿建再生团队

团队成员：张红阳、王红赏、郭奇灵、郑森

指导老师：郑元勋、郭攀

团队风采

   

张红阳（队长）

张红阳，水利与交通学院2024级交通运输专业硕士研究生，研究方向为废旧混凝土资源化利用、绿色高性能水泥基灌浆料及其套筒钢筋粘结性能。获郑州大学三好研究生、中国国际大学生创新大赛（2025）河南省二等奖、第四届中国研究生“双碳”创新与创意大赛全国三等奖。

 

王红赏（队员）

王红赏，水利与交通学院2024级交通运输专业硕士研究生，研究方向为海底桩基础性能研究。获得中国国际大学生创新大赛（2025）河南省二等奖、第十届中国研究生智慧城市技术与创意设计大赛全国一等奖、第四届中国研究生“双碳”创新与创意大赛全国三等奖、第三届河南省大学生交通运输科技大赛一等奖。

 

郭奇灵（队员）

郭奇灵，水利与交通学院2024级交通运输专业硕士研究生，研究方向为再生混凝土配合比多目标优化设计。获得中国国际大学生创新大赛（2025）河南省二等奖、第四届中国研究生“双碳”创新与创意大赛全国三等奖。

郑森（队员）

郑森，水利与交通学院2024级水工结构工程专业博士研究生，主要研究方向为建筑及工业固废资源化利用。获得中国国际大学生创新大赛（2025）河南省二等奖、第十届中国研究生智慧城市技术与创意设计大赛全国一等奖、第四届中国研究生“双碳”创新与创意大赛全国三等奖。已发表高水平论文3篇、申请发明专利6项、登记计算机软件著作权4项。

 

郑元勋（指导老师）

郑元勋，教授、博士生导师，斯坦福全球前2%顶尖科学家名单入选者（2024、2025），河南省杰出青年基金获得者。先后获得河南省优秀教师（2025）、中国研究生智慧城市技术与创意设计大赛一等奖优秀指导老师（2024、2025）、河南省教育厅学术技术带头人（2022）等荣誉称号。近年来在国内外重要学术期刊发表科技论文150余篇；申请国家发明专利28项；主编专著9部（英文专著1部），出版教材2部，出版地方规范2部。主持国家自然科学基金面上项目3项、国家重点研发计划项目子课题1项、国家自然科学基金重点项目课题1项，参与其他国家级项目5项，主持完成横向课题50余项。

郭攀（指导老师）

郭攀，副教授、硕士生导师。长期从事结构抗风、结构监（检）测与防治、固废资源化利用理论与技术等方面的教学教研、科学研究、社会服务等工作。连续2年获得中国研究生智慧城市大赛一等奖优秀指导老师（2024、2025）。近年来在国内外重要学术期刊发表科技论文50余篇；申请国家发明专利50项；参编专著2部，出版教材1部，出版地方标准4部、团体标准1部。参与国家级项目5项，主持完成横向课题20余项。

作品介绍

1.作品背景

城市现代化建设与更新改造的持续推进，产生了大量废旧混凝土，其对环境的影响及资源化利用问题日益凸显。当前，天然砂石资源短缺与“垃圾围城”现象并存，生态保护与减碳需求迫切，传统处理方式难以兼顾资源高效利用与环境效益。同时，废旧混凝土资源化过程中存在综合利用率低、附加值不高、再生产品品质受限等问题，亟需更适配绿色发展需求的解决方案，助力“无废城市”建设与城市高质量发展，推动实现“碳达峰、碳中和”目标。

 

图1 废旧混凝土造成的环境问题

2.作品简介

全再生混凝土实现智慧产业化应用需攻克四大难点。首先是基材方面，再生骨料压碎值高、孔隙大，再生水泥活性低、胶凝性弱；第二是材料方面，全再生混凝土强度低、耐久性不足，并且缺乏多维度性能提升理论；第三是结构方面，目前全再生混凝土结构领域应用尚缺乏规范指导，应用场景不清晰；最后是应用方面，全再生混凝土产业化程度低、缺乏多场景智慧化应用设计平台。

基于以上背景和难点，该项目从基材→材料→结构→应用四个层次依次针对性地解决以上四大核心难点，实现基于应用场景的全再生混凝土一站式智慧化方案设计。

 

图2 项目总体思路图

关键技术与创新点

1.基材层次：高品质再生基材研制

通过建立再生骨料品质提升分形评价体系与五相随机骨料数值模型，设计出再生粗骨料包裹砂浆高效去除设备，实现去除率达到80%以上。采用机械研磨与纳米SiO2溶液处理，成功制备出高品质再生骨料。针对再生水泥，采用机械研磨、热活化等技术提升其活性，开发出一系列高性能再生胶凝材料。

图3 再生粗骨料分形评价体系与制备方法

2.材料层次：全再生混凝土制备及多尺度性能提升

提出纳米-纤维协同增强方法，建立多尺度性能提升理论与纳米SiO2与纤维协同增强全再生混凝土损伤本构模型，明晰了全再生混凝土性能提升理论、其破坏特性以及应力-应变关系。通过完成千余次试验开发出5大类50余种全再生混凝土产品，验证了其在不同应用场景下的性能指标，提升了其力学与耐久性能。

 

图4 全再生混凝土损伤本构模型

3.结构层次：全再生混凝土结构设计

通过试验与模拟，建立了全再生混凝土结构的钢筋粘结滑移本构模型，并创新性地引入声发射监测技术与SVM机器学习方法，实现了对结构粘结性能的高精度预测，为全再生混凝土的结构设计与应用提供了理论支撑与预测工具。

图5 声发射数据采集监测

4.应用层次：产业化智慧应用

构建全再生混凝土智能可视化设计平台，融合多源数据、物理信息建模、智能优化等技术，将模型精度提升25%-40%，推动全再生混凝土在工程场景中的高性能、低碳化智慧设计应用。

 

图6 智能可视化应用设计平台

应用前景

项目研究成果已具备覆盖多场景的应用潜力，得到了多家媒体的认可。中华建筑报社等多家媒体指出：再生混凝土利用有了“中国智慧设计应用方案”。

 

图7 媒体报道

经验分享

1.善用资源，把握赛事方向

首先，要善用课题组优质资源，前期全面梳理过往研究成果，搭建清晰完整的项目框架。选定项目方向后大胆推进实施，主动与指导老师、师兄师姐积极沟通交流，可能和老师交流1小时，胜过自己摸索几天；其次，把握比赛的方向和所参加赛道的方向。要有明确的认识，在项目书和答辩展示中做到有所侧重。最后，比赛各阶段需对项目每个细节十分熟悉，并且要知道背后的所以然，答辩时才能从容应对评委提问，展现项目实力与团队风采。

2.坚定自信，积极团队配合

项目初期便要筑牢自信根基，既要坚信自身能力、认可项目价值，也要信赖团队力量，全力以赴。具备团队意识，合理分工合作，挖掘成员特长；团队内部要经常沟通，通过头脑风暴碰撞思维。

结语

打造再生混凝土新技术，拥抱绿色环境新未来！团队凭科研初心锚定方向、高效协作破解难题，用创新回应时代需求，实现废旧建材焕发新生。团队也积极推广全再生混凝土普及，助推城市高质量发展与生态和谐新未来。愿这份坚守与热爱，激励更多学子逐梦前行、收获荣光！