我国第三代混凝土进入产业化新阶段

  历时15年，从理论基础到工程实践，投资近1亿元，湖南大学和湖南明湘科技发展有限公司（下称“明湘科技”）终于实现超高性能混凝土的产业化应用。

  1月8日，世界首座全预制拼装超高性能混凝土桥梁（该桥位于长沙市开福区横四路，以下简称“横四路桥”）正式建成通车。

  “这座桥的竣工，在我国超高性能混凝土工程应用领域是一个飞跃。”中国工程院院士陈政清如此评价。

  从上世纪90年代国外将这种高性能材料首次应用于核电站工程，到如今在中国渐渐走入民用市场，超高性能混凝土正一步步摘下神秘面纱，或将迎来产业化发展的引爆点。这一“横空出世”的新材料具备哪些新潜质？其产业发展又面临什么瓶颈？

  抗压强度媲美航空母舰甲板

  1月8日，在湿冷的湘江之滨，中国工程院院士聂建国、陈政清，中国混凝土和水泥制品协会秘书长曾庆东等我国结构工程与建筑材料领域的专家，在寒风中见证第三代混凝土投入应用。

  这貌似普通的混凝土为何赢得诸多“大佬”的关注？

  “从性能来讲，混凝土的发展可以说经过了普通混凝土、高性能混凝土和超高性能混凝土这三个阶段。”湖南大学土木工程学院教授方志介绍，超高性能混凝土有诸多独一无二的特性，通俗来说，这是全球最结实、最强韧的一种混凝土。

  “湖南大学从2000年开始研究超高性能混凝土，是国内研究最早的团队之一。横四路桥是第一次工程示范项目。”方志告诉《中国经济周刊》。

  《中国经济周刊》记者在现场了解，全长74米的横四路桥原设计的普通混凝土桥梁方案有7个桥墩，主跨为16米、高跨比为1/12；采用超高性能混凝土后，桥墩减少到了两个，主跨增加到36.8米，路面没有桥墩。

  同时，因桥梁上部结构重量减轻了近三分之一，“小蛮腰”造型的桥墩最纤细处仅仅60厘米，赢得聂建国院士点赞：“这是我国材料研究与工程结构研究相结合的一个典范。”

  抗压强度高是超高性能混凝土最突出的一个特点。“我们已经研发出抗压强度达400兆帕的超高性能混凝土材料。400兆帕是什么概念呢？一般房屋墙体的混凝土强度在30兆帕左右，高层建筑所用混凝土的强度大约是50～60兆帕，航空母舰甲板用的钢板抗压强度也只有300～350兆帕。”超高性能混凝土两项国家发明专利获得者——明湘科技董事长吴罗明介绍。

  据了解，在超高性能混凝土中，石头和河砂已销声匿迹，其骨料最大粒径不超过1毫米。高密实度，也保证了其极强的防渗漏性能，保证了其耐久性。吴罗明说，超高性能混凝土的氯离子渗透性是高强混凝土的1/25。这也就意味着，在强腐蚀性氯离子横行霸道的海水中，如果使用超高性能混凝土作为船舶、舰艇的船体材料，相当于穿上防腐铠甲。

  事实上，因其防渗漏性能强，超高性能混凝土于20世纪90年代在法国问世之初就是用于制作核反应堆废料存储容器。

  价格高、标准缺失——大规模推广仍需打破瓶颈

  有别于普通混凝土，因其材料的特殊性，超高性能混凝土不能在现场浇筑，而是采用工厂预制的方式。聂建国院士指出，其应用属于建筑工业化的一个分支。

  吴罗明对《中国经济周刊》记者称，横四路桥从主梁到桥墩，整座桥全部在工厂预制完成，现场安装就像搭积木一样简单，“整个拼装过程只花了10个小时，没有粉尘，噪音也不大”。

  建筑工业化正是湖南省着力培育的新兴经济增长点。据新华社报道，湖南省住建厅要求，凡是政府投资建设的项目必须采取工业化建造，市场投资的项目则通过税收、财政补贴等奖励政策进行引导。

  1月8日，湖南省住建厅副厅长姚英杰在参加横四路桥通车仪式时亦表示，希望超高性能混凝土快速发展，成为湖南建筑工业化的一支新力量。

  聂建国院士指出，超高性能混凝土的适应面很宽，将来可拓展到防护工程、地下工程，“尤其是下水井盖、地下管网，用铸钢材料容易被盗，混凝土材料就没这种问题。”

  尽管如此，聂建国院士指出，大规模推广超高性能混凝土仍然面临不少障碍。

  “任何一种全新的材料从研究到应用都有一段很长的路要走。从2000年开始，我们从基础理论开始，研究材料，研究工程结构，每个环节都需要大量的试验数据做支撑，是一个系统工程。”湖南大学土木工程学院教授黄政宇表示。

  在方志看来，标准的缺失是制约超高性能混凝土产业化的最大瓶颈。目前，在超高性能混凝土领域，相关的设计规范规程、检验评定标准等都是一片空白。“没有标准，怎么评定，怎么验收？”

  在此背景下，横四路桥采用超高性能混凝土，得益于其纳入了湖南省住建厅省级市政公用科技示范工程创建计划项目。“这个计划就是支持产业创新，鼓励先行先试。”湖南省住建厅科技处处长朱浩表示。

  法国最早于1993年研发出超高性能混凝土，1997年在加拿大魁北克省第一次使用该材料建成一座桥梁，但也迟至2011年方才推出相关规范文件。陈政清院士认为，我国必须加快相关行业规范与标准的起草与制定，以促进超高性能混凝土材料的推广应用。

  此外，超高性能混凝土造价高也是制约产业发展的瓶颈。方志表示，超高性能混凝土对原材料的要求很高，比如说用于增强韧性的钢纤维，采购的是轮胎用的钢纤维，售价曾经高达5万元每吨，如今仍需7000元每吨。吴罗明则告诉《中国经济周刊》，国内现在已经完全可以满足超高性能混凝土的原料需求，也降低了成本。目前，虽然施工造价仍比普通混凝土贵，但已接近预应力混凝土的价格水平。

  聂建国院士指出，有效的技术都是简单的，规模化生产之后，超高性能混凝土的工程造价更低，结构设计更简单，“如果农民工也能用超高性能混凝土做出很好的结构，就能很快获得推广。”

  超高性能混凝土

  给建筑材料业带来革命性变化

湖南明湘科技发展有限公司董事长 吴罗明

  在建筑材料领域，近十几年都没有诞生一项重大的新材料，超高性能混凝土可能带来革命性的变化。

  超高性能混凝土结合了超细粒致密材料设计理论与纤维增强技术，是由超细活性粉末、水泥、优质细骨料、高强度纤维等组分，通过最优化级配设计，经高温热合等特定工艺制备而成的复合材料，具有超高强度、高韧性、高耐久性和高体积稳定性等特点。

  明湘科技与湖南大学合作研发后，迅速从材料研究推进到工程实践。目前，公司生产的超高性能混凝土构件已经用于长沙地铁工程、矮寨大桥与市政工程。从实际数据来看，各项性能大幅超过原有混凝土，尤其是考虑其高耐久性，在整个产品使用寿命周期内几乎没有维修费用，使用成本和维护工作量大幅度降低，预计超高性能混凝土构件的使用总成本将远远低于普通混凝土构件，显示出优异的性价比。

  在国家大力建设生态文明，削减水泥、钢铁等落后产能的趋势下，如果大范围推广超高性能混凝土，可直接减少材料消耗，这对于保护资源、降低污染有着重要实际意义。

  近年来，随着我们对材料特性的认识不断深入，超高性能混凝土逐步量产，其工程造价还在逐步降低，应用领域已拓宽至大型桥梁、高层建筑、地下综合管廊、国防设施等多个领域。我们相信，2016年将是超高性能混凝土产业化发展的元年，将吸引更多的资本进入，在未来三至五年内，有望逐渐建立一条完整的超高性能混凝土研发、生产、应用的全产业链，实现爆发式增长。

  专家点评

  中国工程院院士聂建国：超高性能混凝土具有广阔的应用前景

  目前，超高性能混凝土已成为国际工程材料领域一个新的研究热点，主要集中在欧洲、北美和亚洲的日本、韩国和中国。国内的相关研究虽然起步较晚，但发展迅速，与国际先进水平间的差距并不明显，但工程应用差距较大。

  作为一类新型混凝土，超高性能混凝土不仅可获得超高抗压强度，而且具有30～60兆帕的抗折强度，有效克服了普通混凝土的高脆性，其优异的性能能够满足土木、石油、海洋等工程及军事设施对强度、耐久性、稳定性的高要求，具有广阔的应用前景。

  横四路桥的规模不大，但技术含量很高，新材料研究与结构设计相结合，对城市桥梁建设起到了很好的示范作用。今后，应该赋予超高性能混凝土新的内涵，包括新的性能的进一步提高，为我国高强度混凝土领域带来更大的进步。