湖南實(shí)現(xiàn)超高性能砼產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，或造就百億產(chǎn)業(yè)

永華　汪楊

到2020年，力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)較為完整的超高性能混凝土材料及應(yīng)用的產(chǎn)業(yè)化體系，工業(yè)產(chǎn)值突破100億元。

砼漢字釋義為“混凝土”，通俗地講，超能性能砼即超高性能混凝土。超高性能混凝土為何物？它的超高性能體現(xiàn)在哪些方面？會(huì)給我們的生產(chǎn)生活帶來(lái)什么影響？產(chǎn)業(yè)前景又會(huì)怎樣？

超高性能混凝土“橫空出世”

今年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(zhǎng)沙竣工，該橋位于長(zhǎng)沙市開(kāi)福區(qū)，是北辰三角洲橫四路跨街天橋。當(dāng)天，包括兩位工程院院士在內(nèi)的多位結(jié)構(gòu)工程與建筑材料領(lǐng)域的專家蒞臨現(xiàn)場(chǎng)。一座跨街天橋的建成通車，何以引起業(yè)界如此重視？

“這座橋的竣工，在我國(guó)超高性能混凝土工程應(yīng)用領(lǐng)域是一個(gè)飛躍。”中國(guó)工程院院士陳政清這樣評(píng)價(jià)。

超高性能混凝土究竟為何方神圣？從外形來(lái)看，與普通混凝土似乎毫無(wú)二致，但它卻有著諸多獨(dú)一無(wú)二的特性。通俗來(lái)說(shuō)，這是全球最結(jié)實(shí)、最強(qiáng)韌的一種混凝土，有著高達(dá)400兆帕的抗壓強(qiáng)度。

“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(guó)家發(fā)明專利獲得者、湖南明湘科技發(fā)展有限公司（以下簡(jiǎn)稱“明湘科技”）董事長(zhǎng)吳羅明如此形容。

從性能來(lái)講，混凝土的發(fā)展經(jīng)歷了普通混凝土、高性能混凝土和超高性能混凝土這三個(gè)階段。超高性能混凝土克服了目前高強(qiáng)與高性能混凝土抗拉強(qiáng)度不足、脆性大、體積穩(wěn)定性不良等缺點(diǎn)，在許多工業(yè)和民用領(lǐng)域應(yīng)用前景非常廣闊。

它的神奇之處還遠(yuǎn)不止于此。在普通混凝土中，石頭和河砂起骨架作用，稱為骨料；但在超高性能混凝土中，石、砂已銷聲匿跡，其骨料最大粒徑不超過(guò)1毫米。高密實(shí)度，保證了其耐久性和極強(qiáng)的防滲漏性能。據(jù)吳羅明介紹，明湘科技生產(chǎn)的超高性能混凝土的氯離子滲透性是高強(qiáng)混凝土的1/25，1000次快速凍融循環(huán)后試樣未受損。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，從此暢游無(wú)阻。“防彈衣式”的超強(qiáng)抗?jié)B透特性讓其應(yīng)用充滿想象空間。

事實(shí)上，因防滲漏性能強(qiáng)，超高性能混凝土于20世紀(jì)90年代在法國(guó)問(wèn)世之初，就是用于制作核反應(yīng)堆廢料存儲(chǔ)容器。湖南大學(xué)從2000年開(kāi)始研究超高性能混凝土，是國(guó)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。該橋由明湘科技承建，長(zhǎng)沙北辰房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)有限公司為業(yè)主方，湖南大學(xué)為設(shè)計(jì)和技術(shù)支持單位。

全長(zhǎng)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(méi)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，這被中國(guó)工程院院士聶建國(guó)評(píng)價(jià)為“我國(guó)材料研究與工程結(jié)構(gòu)研究相結(jié)合的—個(gè)典范”。

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(chǎng)澆筑，而是采用工廠預(yù)制的方式。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(chǎng)安裝就像搭積木一樣簡(jiǎn)單，整個(gè)拼裝過(guò)程僅短短的10個(gè)小時(shí)，相較于傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)澆筑方式，工期大為縮短，且沒(méi)有粉塵，噪音也不大。

歷時(shí)15年，從理論基礎(chǔ)到工程實(shí)踐，湖南大學(xué)和明湘科技終于實(shí)現(xiàn)超高性能混凝土的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

給建筑材料業(yè)帶來(lái)革命性變化

超高性能混凝土是一種具有超高強(qiáng)度、高韌性、高耐久性、高體積穩(wěn)定性和超強(qiáng)防滲漏性等特點(diǎn)的活性納米無(wú)機(jī)復(fù)合材料（RNIC）。不過(guò)頗為有趣的是，如此“高大上”的新材料，在國(guó)內(nèi)的最初應(yīng)用卻是在毫不起眼的下水井蓋市場(chǎng)。

利用超高抗壓強(qiáng)度與抗折強(qiáng)度，超高性能混凝土井蓋板有效避免了合成樹(shù)脂蓋板易受損、老化快、維護(hù)成本高等缺點(diǎn)；相對(duì)于鑄鐵蓋板，則成本更低。此外，下水井蓋、地下管網(wǎng)，用鑄鋼材料容易被盜，混凝土材料就不存在這種問(wèn)題。

井蓋板雖堪稱屌絲級(jí)應(yīng)用，但市場(chǎng)規(guī)模不容小覷，明湘科技已開(kāi)工建設(shè)的超高性能混凝土蓋板項(xiàng)目，年產(chǎn)值達(dá)10億元。

業(yè)內(nèi)人士指出，超高性能混凝土最具潛質(zhì)的應(yīng)用是在軌道與橋梁領(lǐng)域。高鐵、地鐵軌道中的預(yù)制構(gòu)件，對(duì)強(qiáng)度、耐久性、穩(wěn)定性都提出了越來(lái)越高的要求，而超高性能混凝土構(gòu)件主要技術(shù)性能指標(biāo)，比原有的普通高性能混凝土一舉提高了數(shù)十倍。

目前，明湘科技生產(chǎn)的超高性能混凝土構(gòu)件已經(jīng)用于長(zhǎng)沙地鐵工程、矮寨大橋與市政工程。從實(shí)際數(shù)據(jù)來(lái)看，各項(xiàng)性能大幅超過(guò)原有混凝土，尤其是考慮其所具有的高強(qiáng)度和高耐久性，在整個(gè)產(chǎn)品使用壽命周期內(nèi)幾乎沒(méi)有維修費(fèi)用，使用成本和維護(hù)工作量大幅度降低，顯示出極其優(yōu)異的性價(jià)比。同時(shí)，應(yīng)用于同樣的施工工況，因纖薄輕質(zhì)，其構(gòu)件體積一般僅為普通混凝土的1/3，這就意味著，可直接減少材料消耗。在國(guó)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(shì)下，如果大范圍推廣超高性能混凝土，對(duì)于保護(hù)資源、降低污染有著重要實(shí)際意義。

最受公眾關(guān)注的，或許是超高性能混凝土在住宅產(chǎn)業(yè)化領(lǐng)域的運(yùn)用。近年來(lái)，以遠(yuǎn)大可建、遠(yuǎn)大住工、三一重工為龍頭的長(zhǎng)沙住宅產(chǎn)業(yè)化已風(fēng)起云涌，并帶動(dòng)了上游材料行業(yè)的快速發(fā)展。在這個(gè)朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)，政府將引導(dǎo)上下游企業(yè)無(wú)縫對(duì)接，讓超高性能混凝土更好地服務(wù)民生。

聶建國(guó)院士指出，超高性能混凝土應(yīng)用屬于建筑工業(yè)化的一個(gè)分支。建筑工業(yè)化正是湖南省著力培育的新興經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。在橫四路橋通車儀式上，湖南省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳副廳長(zhǎng)姚英杰就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。

長(zhǎng)沙市住建委則表示，要將超高性能混凝土生產(chǎn)與應(yīng)用建設(shè)成為長(zhǎng)沙乃至湖南的先導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，逐漸實(shí)現(xiàn)在部分工業(yè)產(chǎn)品和民用產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，到2020年，力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)較為完整的超高性能混凝土材料及應(yīng)用的產(chǎn)業(yè)化體系，工業(yè)產(chǎn)值突破100億元。

或?qū)⒃炀鸵粋€(gè)超百億的巨大市場(chǎng)

當(dāng)前，超高性能混凝土已成為國(guó)際工程材料領(lǐng)域一個(gè)新的研究熱點(diǎn)，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。

近年來(lái)，我國(guó)在超高性能混凝土基礎(chǔ)研發(fā)、生產(chǎn)技術(shù)、工藝裝備和產(chǎn)品質(zhì)量等多個(gè)方面獲得重大突破，在產(chǎn)業(yè)應(yīng)用上取得了可喜的成果；隨著逐步量產(chǎn)，工程造價(jià)不斷降低，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(guó)防設(shè)施等多個(gè)領(lǐng)域。

2016年或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(lái)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(zhǎng)。

不得不說(shuō)的是，盡管我國(guó)超高性能混凝土材料研究與市場(chǎng)應(yīng)用均站在了世界前沿，但產(chǎn)業(yè)化之路仍然面臨不少障礙，需要更多元的動(dòng)力源。

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，在行業(yè)內(nèi)，對(duì)定義、性能、澆筑方法等技術(shù)核心問(wèn)題尚未形成共識(shí)，相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)程、檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)都是一片空白。沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)，怎么評(píng)定，怎么驗(yàn)收？橫四路橋采用超高性能混凝土，是得益于其納入了湖南省住建廳“省級(jí)市政公用科技示范工程創(chuàng)建計(jì)劃項(xiàng)目”。陳政清院士認(rèn)為，我國(guó)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。

另一方面，我國(guó)暫時(shí)還沒(méi)有政府性的超高性能混凝土專項(xiàng)投資。任何一種全新的材料從研究到應(yīng)用都有一段很長(zhǎng)的路要走，是一個(gè)系統(tǒng)工程，需要巨大的資金投入和技術(shù)支持。如何構(gòu)建新的機(jī)制，吸引更多的資金及研發(fā)機(jī)構(gòu)、高端人才進(jìn)入其中，是產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題之一。

目前，超高性能混凝土施工造價(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(guó)院士認(rèn)為，有效的技術(shù)都是簡(jiǎn)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(jiǎn)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。”

從上世紀(jì)九十年代這種高性能材料首次應(yīng)用于核電站工程，到如今漸漸走入民用市場(chǎng)，超高性能混凝土正一步步摘下神秘面紗，迎來(lái)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的春天，或?qū)⒃炀鸵粋€(gè)超百億的巨大市場(chǎng)。