湖南建成全球首座RNIC橋梁超級材料或造就百億產(chǎn)業(yè)
2016-01-11
今天，全球首座超高性能砼──活性納米無機(jī)復(fù)合材料(RNIC)全預(yù)制拼裝橋梁在湖南長沙竣工。該橋由湖南明湘科技有限公司承建、長沙北辰房地產(chǎn)公司為業(yè)主方，湖南大學(xué)為技術(shù)支持單位，拼裝完成僅短短的10個小時，相較于傳統(tǒng)的現(xiàn)場澆筑方式，工期大為縮短。
“這座橋的竣工，標(biāo)志著我國超高性能混凝土工程應(yīng)用領(lǐng)域又取得了新的重大進(jìn)展”,湖南大學(xué)方志教授如此評價。從上世紀(jì)九十年代首次應(yīng)用于核電站廢料處理，到如今漸漸走入民用市場，超高性能混凝土正一步步祛魅，或?qū)⒃炀鸵粋€超百億的巨大市常
超高性能砼到底是何方神圣
長沙市住建委稱，要將超高性能砼建設(shè)成長沙乃至湖南的先導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，逐漸實(shí)現(xiàn)超高性能砼在部分工業(yè)產(chǎn)品和民用產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，到2020年，力爭實(shí)現(xiàn)較為完整的超高性能砼材料產(chǎn)業(yè)體現(xiàn)，工業(yè)產(chǎn)值突破100億元。
超高性能砼就是一種超高性能混凝土，從外形來看，與普通混凝土也毫無區(qū)別。聽起來稀松平常的超高性能砼，卻有諸多獨(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，其高達(dá)400兆帕的抗壓強(qiáng)度應(yīng)用前景廣闊。
在北辰超高性能砼橋現(xiàn)場，湖南大學(xué)方志教授表示，因超高性能砼材料的超高強(qiáng)度和高韌性，北辰橋的腹板厚度僅為0.2米；與此同時，超高性能砼橋可以有效地提高橋梁的跨徑，該橋主跨為36.8m，高跨比僅為1/28;而原設(shè)計(jì)的普通混凝土主梁主跨為16m，高跨比為1/12。
從施工現(xiàn)場直觀來看，原混凝土7個橋墩減少到2個橋墩，而且橋梁的厚度也只有普通混凝土橋的三分之一。資料顯示：該材料結(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)。
“我們已經(jīng)研發(fā)出抗壓強(qiáng)度達(dá)400兆帕的超高性能砼材料，這是全球投入應(yīng)用的最高強(qiáng)度混凝土材料。400兆帕是什么概念呢？一般的房子墻體的混凝土強(qiáng)度在30兆帕左右。”明湘科技董事長、超高性能砼國家發(fā)明專利獲得者吳羅明介紹，雖然超薄輕質(zhì)，但超高性能砼是一種非常強(qiáng)韌的材料，克服了目前的高強(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)。
超高性能砼的神奇之處還不止于此，其“防彈衣式”的超強(qiáng)抗?jié)B透特性也讓其應(yīng)用充滿想象空間。事實(shí)上超高性能砼于20世紀(jì)90年代問世之初用于制作核反應(yīng)堆廢料存儲容器。吳羅明說其公司生產(chǎn)的超高性能砼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，耐久性因子高達(dá)100%。這也就意味著在強(qiáng)腐蝕性的氯離子海水中，如果船舶、艦艇使用超高性能砼作為船體材料，就相當(dāng)于穿上防腐鎧甲，從此暢游無阻。
此外，在明湘科技的預(yù)制件現(xiàn)場，如果應(yīng)用于同樣的施工工況，因其纖薄輕質(zhì)，超高性能砼構(gòu)件體積普遍情況下僅為普通混凝土的1/3。如果大范圍推廣超高性能砼，可直接減少材料消耗。這對于保護(hù)資源、降低污染有著重要實(shí)際意義。
從下水井蓋到國防設(shè)施，超高性能砼應(yīng)用領(lǐng)域極為廣闊
目前，超高性能砼已成為國際工程材料領(lǐng)域一個新的研究熱點(diǎn)。作為一類新型混凝土，超高性能砼不僅可獲得超高抗壓強(qiáng)度，而且具有30MPa～60MPa的抗折強(qiáng)度，有效地克服了普通混凝土的高脆性，優(yōu)越性能使其在土木、石油、核電、市政、海洋等工程及軍事設(shè)施中有著廣闊的應(yīng)用前景。
吳羅明稱，利用超高性能砼超高抗壓強(qiáng)度與超高抗折強(qiáng)度，超高性能砼井蓋板有效避免了塑料蓋板易受損、老化快、維護(hù)成本高等缺點(diǎn)；相對于鑄鐵蓋板，超高性能砼蓋板的成本遠(yuǎn)低于鑄鐵蓋板。“更重要的是，小偷拿走超高性能砼蓋板后不能賣錢，也就保證了下水井蓋不再被偷，從根源上避免因井蓋被偷而導(dǎo)致行人掉進(jìn)下水道的慘劇發(fā)生。”
井蓋板雖堪稱屌絲級應(yīng)用，超高性能砼其實(shí)涵蓋著一個極為廣泛的市場，在工程使用上已可取代普通混凝土，成為首選材料。吳羅明介紹，僅其已開工建設(shè)的超高性能砼蓋板項(xiàng)目，年產(chǎn)值達(dá)10億元。
業(yè)內(nèi)人士指出，超高性能砼最具潛質(zhì)的應(yīng)用是在軌道與橋梁領(lǐng)域。高鐵、地鐵軌道現(xiàn)在采用預(yù)先澆筑的構(gòu)件，對強(qiáng)度、耐久性、穩(wěn)定性都提出了越來越高的要求。超高性能砼構(gòu)件主要技術(shù)性能指標(biāo)比原有的高性能混凝土一舉提高了數(shù)十倍，在實(shí)際應(yīng)用中為我國高強(qiáng)度混凝土領(lǐng)域所帶來的技術(shù)進(jìn)步是革命性的。
明湘科技生產(chǎn)的超高性能砼材料構(gòu)件已經(jīng)用于長沙地鐵，從實(shí)際數(shù)據(jù)來看，不僅各性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過原有混凝土，考慮到其所具有的高強(qiáng)度和高耐久性，在整個產(chǎn)品壽命周期內(nèi)，預(yù)計(jì)超高性能砼構(gòu)件的使用總成本將遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于普通混凝土構(gòu)件，它在正常使用狀況下幾乎沒有任何維修費(fèi)用發(fā)生，使用成本和維護(hù)工作量大幅度降低，顯示出極其優(yōu)異的性能價格比。
值得一提的是，清華大學(xué)的一份研究報告顯示，目前超高性能砼材料呈爆發(fā)式增長，其應(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)施等多個領(lǐng)域。而且，隨著近年來對超高性能砼材料特性認(rèn)識的不斷深入，超高性能砼逐步量產(chǎn)，其工程造價還在逐步降低。
產(chǎn)業(yè)發(fā)展亟待新的推動力
目前，我國超高性能砼材料研究與市場應(yīng)用均站在了世界前沿，然而，作為一種新型材料，超高性能砼尚未引起足夠的重視。多年來，以湖南大學(xué)等學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)牽頭、明湘科技等諸多企業(yè)參與，我國已經(jīng)在超高性能砼基礎(chǔ)研發(fā)、生產(chǎn)技術(shù)、工藝裝備和產(chǎn)品質(zhì)量等多個方面取得重大突破，在產(chǎn)業(yè)應(yīng)用上也取得了一些可喜的成果，我國超高性能砼材料正處于產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的引爆點(diǎn)前夕。
據(jù)公開資料，迄今為止，我國暫時還沒有政府性的超高性能砼專項(xiàng)投資，即便身為超高性能砼領(lǐng)域的龍頭企業(yè)，明湘科技近億元的投資讓其搶得產(chǎn)業(yè)先機(jī)，但因其尚處于起步階段，后期投入壓力較大。
因其“長相”貌似普通混凝土，超高性能砼也難以獲得高端專業(yè)研發(fā)人才的青睞。如何在現(xiàn)有基礎(chǔ)上，進(jìn)一步強(qiáng)化我國在超高性能砼的技術(shù)優(yōu)勢，無疑構(gòu)建新的機(jī)制來吸引更多的研發(fā)機(jī)構(gòu)、高端人才投身其中。
此外，作為一種新興材料，讓吳羅明頗為困擾的是，“直到現(xiàn)在我們還沒有給超高性能砼一個更通俗易懂的名稱，讓大眾更容易理解和接受它”。在行業(yè)內(nèi)，超高性能砼的定義、性能、澆筑方法等技術(shù)核心問題上尚未形成共識，標(biāo)準(zhǔn)尚需進(jìn)一步規(guī)范。陳政清院士說，行業(yè)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)正在起草制定中，但尚需等到有關(guān)部門的認(rèn)可，“2016年將是超高性能砼產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的元年，超高性能砼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砼研發(fā)、生產(chǎn)、應(yīng)用的全產(chǎn)業(yè)鏈。”
