我國第三代混凝土進入產(chǎn)業(yè)化新階段

曹昌+李永華

歷時15年，從理論基礎(chǔ)到工程實踐，投資近1億元，湖南大學(xué)和湖南明湘科技發(fā)展有限公司（下稱“明湘科技”）終于實現(xiàn)超高性能混凝土的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

1月8日，世界首座全預(yù)制拼裝超高性能混凝土橋梁（該橋位于長沙市開福區(qū)橫四路，以下簡稱“橫四路橋”）正式建成通車。

“這座橋的竣工，在我國超高性能混凝土工程應(yīng)用領(lǐng)域是一個飛躍。”中國工程院院士陳政清如此評價。

從上世紀(jì)90年代國外將這種高性能材料首次應(yīng)用于核電站工程，到如今在中國漸漸走入民用市場，超高性能混凝土正一步步摘下神秘面紗，或?qū)⒂瓉懋a(chǎn)業(yè)化發(fā)展的引爆點。這一“橫空出世”的新材料具備哪些新潛質(zhì)？其產(chǎn)業(yè)發(fā)展又面臨什么瓶頸？

抗壓強度媲美航空母艦甲板

1月8日，在濕冷的湘江之濱，中國工程院院士聶建國、陳政清，中國混凝土和水泥制品協(xié)會秘書長曾慶東等我國結(jié)構(gòu)工程與建筑材料領(lǐng)域的專家，在寒風(fēng)中見證第三代混凝土投入應(yīng)用。

1月8日，世界首座全預(yù)制拼裝超高性能混凝土橋梁在湖南長沙正式建成通車。

這貌似普通的混凝土為何贏得諸多“大佬”的關(guān)注？

“從性能來講，混凝土的發(fā)展可以說經(jīng)過了普通混凝土、高性能混凝土和超高性能混凝土這三個階段。”湖南大學(xué)土木工程學(xué)院教授方志介紹，超高性能混凝土有諸多獨一無二的特性，通俗來說，這是全球最結(jié)實、最強韌的一種混凝土。

“湖南大學(xué)從2000年開始研究超高性能混凝土，是國內(nèi)研究最早的團隊之一。橫四路橋是第一次工程示范項目。”方志告訴《中國經(jīng)濟周刊》。

《中國經(jīng)濟周刊》記者在現(xiàn)場了解，全長74米的橫四路橋原設(shè)計的普通混凝土橋梁方案有7個橋墩，主跨為16米、高跨比為1/12;采用超高性能混凝土后，橋墩減少到了兩個，主跨增加到36.8米，路面沒有橋墩。

同時，因橋梁上部結(jié)構(gòu)重量減輕了近三分之一，“小蠻腰”造型的橋墩最纖細處僅僅60厘米，贏得聶建國院士點贊：“這是我國材料研究與工程結(jié)構(gòu)研究相結(jié)合的一個典范。”

抗壓強度高是超高性能混凝土最突出的一個特點。“我們已經(jīng)研發(fā)出抗壓強度達400兆帕的超高性能混凝土材料。400兆帕是什么概念呢？一般房屋墻體的混凝土強度在30兆帕左右，高層建筑所用混凝土的強度大約是50～60兆帕，航空母艦甲板用的鋼板抗壓強度也只有300～350兆帕。”超高性能混凝土兩項國家發(fā)明專利獲得者——明湘科技董事長吳羅明介紹。

據(jù)了解，在超高性能混凝土中，石頭和河砂已銷聲匿跡，其骨料最大粒徑不超過1毫米。高密實度，也保證了其極強的防滲漏性能，保證了其耐久性。吳羅明說，超高性能混凝土的氯離子滲透性是高強混凝土的1/25。這也就意味著，在強腐蝕性氯離子橫行霸道的海水中，如果使用超高性能混凝土作為船舶、艦艇的船體材料，相當(dāng)于穿上防腐鎧甲。

事實上，因其防滲漏性能強，超高性能混凝土于20世紀(jì)90年代在法國問世之初就是用于制作核反應(yīng)堆廢料存儲容器。

價格高、標(biāo)準(zhǔn)缺失

——大規(guī)模推廣仍需打破瓶頸

有別于普通混凝土，因其材料的特殊性，超高性能混凝土不能在現(xiàn)場澆筑，而是采用工廠預(yù)制的方式。聶建國院士指出，其應(yīng)用屬于建筑工業(yè)化的一個分支。

吳羅明對《中國經(jīng)濟周刊》記者稱，橫四路橋從主梁到橋墩，整座橋全部在工廠預(yù)制完成，現(xiàn)場安裝就像搭積木一樣簡單，“整個拼裝過程只花了10個小時，沒有粉塵，噪音也不大”。

建筑工業(yè)化正是湖南省著力培育的新興經(jīng)濟增長點。據(jù)新華社報道，湖南省住建廳要求，凡是政府投資建設(shè)的項目必須采取工業(yè)化建造，市場投資的項目則通過稅收、財政補貼等獎勵政策進行引導(dǎo)。

1月8日，湖南省住建廳副廳長姚英杰在參加橫四路橋通車儀式時亦表示，希望超高性能混凝土快速發(fā)展，成為湖南建筑工業(yè)化的一支新力量。

聶建國院士指出，超高性能混凝土的適應(yīng)面很寬，將來可拓展到防護工程、地下工程，“尤其是下水井蓋、地下管網(wǎng)，用鑄鋼材料容易被盜，混凝土材料就沒這種問題。”

盡管如此，聶建國院士指出，大規(guī)模推廣超高性能混凝土仍然面臨不少障礙。

“任何一種全新的材料從研究到應(yīng)用都有一段很長的路要走。從2000年開始，我們從基礎(chǔ)理論開始，研究材料，研究工程結(jié)構(gòu)，每個環(huán)節(jié)都需要大量的試驗數(shù)據(jù)做支撐，是一個系統(tǒng)工程。”湖南大學(xué)土木工程學(xué)院教授黃政宇表示。

在方志看來，標(biāo)準(zhǔn)的缺失是制約超高性能混凝土產(chǎn)業(yè)化的最大瓶頸。目前，在超高性能混凝土領(lǐng)域，相關(guān)的設(shè)計規(guī)范規(guī)程、檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)等都是一片空白。“沒有標(biāo)準(zhǔn)，怎么評定，怎么驗收？”

在此背景下，橫四路橋采用超高性能混凝土，得益于其納入了湖南省住建廳省級市政公用科技示范工程創(chuàng)建計劃項目。“這個計劃就是支持產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新，鼓勵先行先試。”湖南省住建廳科技處處長朱浩表示。

法國最早于1993年研發(fā)出超高性能混凝土，1997年在加拿大魁北克省第一次使用該材料建成一座橋梁，但也遲至2011年方才推出相關(guān)規(guī)范文件。陳政清院士認為，我國必須加快相關(guān)行業(yè)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)的起草與制定，以促進超高性能混凝土材料的推廣應(yīng)用。

此外，超高性能混凝土造價高也是制約產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。方志表示，超高性能混凝土對原材料的要求很高，比如說用于增強韌性的鋼纖維，采購的是輪胎用的鋼纖維，售價曾經(jīng)高達5萬元每噸，如今仍需7000元每噸。吳羅明則告訴《中國經(jīng)濟周刊》，國內(nèi)現(xiàn)在已經(jīng)完全可以滿足超高性能混凝土的原料需求，也降低了成本。目前，雖然施工造價仍比普通混凝土貴，但已接近預(yù)應(yīng)力混凝土的價格水平。

聶建國院士指出，有效的技術(shù)都是簡單的，規(guī)模化生產(chǎn)之后，超高性能混凝土的工程造價更低，結(jié)構(gòu)設(shè)計更簡單，“如果農(nóng)民工也能用超高性能混凝土做出很好的結(jié)構(gòu)，就能很快獲得推廣。”