我國第三代混凝土進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化新階段

歷時(shí)15年，從理論基礎(chǔ)到工程實(shí)踐，投資近l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(shí)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(gè)飛躍。”中國工程院院士陳政清如此評(píng)價(jià)。

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(diǎn)。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(qiáng)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(huì)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。

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、商性能混凝土和超高性能混凝土這三個(gè)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(dú)一無二的特性，通俗來說，這是全球最結(jié)實(shí)、最強(qiáng)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(tuán)隊(duì)之一。橫四路橋是第一次工程示范項(xiàng)目。”方志告訴《中國經(jīng)濟(jì)周刊》。

《中國經(jīng)濟(jì)周刊》記者在現(xiàn)場了解，全長74米的橫四路橋原設(shè)計(jì)的普通混凝土橋梁方案有7個(gè)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(gè)，主跨增加到36.8米，路面沒有橋墩。

同時(shí)，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(xì)處僅僅60厘米，贏得聶建國院士點(diǎn)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(gè)典范。”

抗壓強(qiáng)度高是超高性能混凝土最突出的一個(gè)特點(diǎn)。“我們已經(jīng)研發(fā)出抗壓強(qiáng)度達(dá)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(qiáng)度在30兆帕左右，高層建筑所用混凝土的強(qiáng)度大約是50-60兆帕，航空母艦甲板用的鋼板抗壓強(qiáng)度也只有300～350兆帕。”超高性能混凝土兩項(xiàng)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(shí)度，也保證了其極強(qiáng)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(qiáng)混凝土的1/25。這也就意味著，在強(qiáng)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(shí)上，因其防滲漏性能強(qiáng)，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(chǔ)容器。

價(jià)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(gè)分支。

吳羅明對(duì)《中國經(jīng)濟(jì)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(gè)拼裝過程只花了10個(gè)小時(shí)，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(jì)增長點(diǎn)。據(jù)新華社報(bào)道，湖南省住建廳要求，凡是政府投資建設(shè)的項(xiàng)目必須采取工業(yè)化建造，市場投資的項(xiàng)目則通過稅收、財(cái)政補(bǔ)貼等獎(jiǎng)勵(lì)政策進(jìn)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(shí)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(hù)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(gè)環(huán)節(jié)都需要大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)做支撐，是一個(gè)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(jì)規(guī)范規(guī)程、檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)等都是一片空白。“沒有標(biāo)準(zhǔn)，怎么評(píng)定，怎么驗(yàn)收？”

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(rèn)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(jìn)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(jià)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(duì)原材料的要求很高，比如說用于增強(qiáng)韌性的鋼纖維，采購的是輪胎用的鋼纖維，售價(jià)曾經(jīng)高達(dá)5萬元每噸，如今仍需7000元每噸。吳羅明則告訴《中國經(jīng)濟(jì)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(jià)仍比普通混凝土貴，但已接近預(yù)應(yīng)力混凝土的價(jià)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(jià)更低，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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。”

超高性能混凝土給建筑材料業(yè)帶來革命性變化

在建筑材料領(lǐng)域，近十幾年都沒有誕生一項(xiàng)重大的新材料，超高性能混凝土可能帶來革命性的變化。

超高性能混凝土結(jié)合了超細(xì)粒致密材料設(shè)計(jì)理論與纖維增強(qiáng)技術(shù)，是由超細(xì)活性粉末、水泥、優(yōu)質(zhì)細(xì)骨料、高強(qiáng)度纖維等組分，通過最優(yōu)化級(jí)配設(shè)計(jì)，經(jīng)高溫?zé)岷系忍囟üに囍苽涠傻膹?fù)合材料，具有超高強(qiáng)度、高韌性、高耐久性和高體積穩(wěn)定性等特點(diǎn)。

明湘科技與湖南大學(xué)合作研發(fā)后，迅速從材料研究推進(jìn)到工程實(shí)踐。目前，公司生產(chǎn)的超高性能混凝土構(gòu)件已經(jīng)用于長沙地鐵工程、矮寨大橋與市政工程。從實(shí)際數(shù)據(jù)來看，各項(xiàng)性能大幅超過原有混凝土，尤其是考慮其高耐久性，在整個(gè)產(chǎn)品使用壽命周期內(nèi)幾乎沒有維修費(fèi)用，使用成本和維護(hù)工作量大幅度降低，預(yù)計(jì)超高性能混凝土構(gòu)件的使用總成本將遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于普通混凝土構(gòu)件，顯示出優(yōu)異的性價(jià)比。

在國家大力建設(shè)生態(tài)文明，削減水泥、鋼鐵等落后產(chǎn)能的趨勢下，如果大范圍推廣超高性能混凝土，可直接減少材料消耗，這對(duì)于保護(hù)資源、降低污染有著重要實(shí)際意義。

近年來，隨著我們對(duì)材料特性的認(rèn)識(shí)不斷深入，超高性能混凝土逐步量產(chǎn)，其工程造價(jià)還在逐步降低，應(yīng)用領(lǐng)域已拓寬至大型橋梁、高層建筑、地下綜合管廊、國防設(shè)施等多個(gè)領(lǐng)域。我們相信，2016年將是超高性能混凝土產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的元年，將吸引更多的資本進(jìn)入，在未來三至五年內(nèi)，有望逐漸建立一條完整的超高性能混凝土研發(fā)、生產(chǎn)、應(yīng)用的全產(chǎn)業(yè)鏈，實(shí)現(xiàn)爆發(fā)式增長。

專家點(diǎn)評(píng)

中國工程院院士聶建國：超高性能混凝土具有廣闊的應(yīng)用前景

目前，超高性能混凝土已成為國際工程材料領(lǐng)域一個(gè)新的研究熱點(diǎn)，主要集中在歐洲、北美和亞洲的日本、韓國和中國。國內(nèi)的相關(guān)研究雖然起步較晚，但發(fā)展迅速，與國際先進(jìn)水平間的差距并不明顯，但工程應(yīng)用差距較大。

作為一類新型混凝土，超高性能混凝土不僅可獲得超高抗壓強(qiáng)度，而且具有30～60兆帕的抗折強(qiáng)度，有效克服了普通混凝土的高脆性，其優(yōu)異的性能能夠滿足土木、石油、海洋等工程及軍事設(shè)施對(duì)強(qiáng)度、耐久性、穩(wěn)定性的高要求，具有廣闊的應(yīng)用前景。