湖南建成全球首座RNIC桥梁超级材料或造就百亿产业
2016-01-11
今天，全球首座超高性能砼──活性纳米无机复合材料(RNIC)全预制拼装桥梁在湖南长沙竣工。该桥由湖南明湘科技有限公司承建、长沙北辰房地产公司为业主方，湖南大学为技术支持单位，拼装完成仅短短的10个小时，相较于传统的现场浇筑方式，工期大为缩短。
“这座桥的竣工，标志着我国超高性能混凝土工程应用领域又取得了新的重大进展”,湖南大学方志教授如此评价。从上世纪九十年代首次应用于核电站废料处理，到如今渐渐走入民用市场，超高性能混凝土正一步步祛魅，或将造就一个超百亿的巨大市常
超高性能砼到底是何方神圣
长沙市住建委称，要将超高性能砼建设成长沙乃至湖南的先导产业，逐渐实现超高性能砼在部分工业产品和民用产品的产业化应用，到2020年，力争实现较为完整的超高性能砼材料产业体现，工业产值突破100亿元。
超高性能砼就是一种超高性能混凝土，从外形来看，与普通混凝土也毫无区别。听起来稀松平常的超高性能砼，却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，其高达400兆帕的抗压强度应用前景广阔。
在北辰超高性能砼桥现场，湖南大学方志教授表示，因超高性能砼材料的超高强度和高韧性，北辰桥的腹板厚度仅为0.2米；与此同时，超高性能砼桥可以有效地提高桥梁的跨径，该桥主跨为36.8m，高跨比仅为1/28;而原设计的普通混凝土主梁主跨为16m，高跨比为1/12。
从施工现场直观来看，原混凝土7个桥墩减少到2个桥墩，而且桥梁的厚度也只有普通混凝土桥的三分之一。资料显示：该材料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。
“我们已经研发出抗压强度达400兆帕的超高性能砼材料，这是全球投入应用的最高强度混凝土材料。400兆帕是什么概念呢？一般的房子墙体的混凝土强度在30兆帕左右。”明湘科技董事长、超高性能砼国家发明专利获得者吴罗明介绍，虽然超薄轻质，但超高性能砼是一种非常强韧的材料，克服了目前的高强与高性能混凝土抗拉强度不足、脆性大、体积稳定性不良等缺点。
超高性能砼的神奇之处还不止于此，其“防弹衣式”的超强抗渗透特性也让其应用充满想象空间。事实上超高性能砼于20世纪90年代问世之初用于制作核反应堆废料存储容器。吴罗明说其公司生产的超高性能砼的氯离子渗透性是高强混凝土的1/25，1000次快速冻融循环后试样未受损，耐久性因子高达100%。这也就意味着在强腐蚀性的氯离子海水中，如果船舶、舰艇使用超高性能砼作为船体材料，就相当于穿上防腐铠甲，从此畅游无阻。
此外，在明湘科技的预制件现场，如果应用于同样的施工工况，因其纤薄轻质，超高性能砼构件体积普遍情况下仅为普通混凝土的1/3。如果大范围推广超高性能砼，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。
从下水井盖到国防设施，超高性能砼应用领域极为广阔
目前，超高性能砼已成为国际工程材料领域一个新的研究热点。作为一类新型混凝土，超高性能砼不仅可获得超高抗压强度，而且具有30MPa～60MPa的抗折强度，有效地克服了普通混凝土的高脆性，优越性能使其在土木、石油、核电、市政、海洋等工程及军事设施中有着广阔的应用前景。
吴罗明称，利用超高性能砼超高抗压强度与超高抗折强度，超高性能砼井盖板有效避免了塑料盖板易受损、老化快、维护成本高等缺点；相对于铸铁盖板，超高性能砼盖板的成本远低于铸铁盖板。“更重要的是，小偷拿走超高性能砼盖板后不能卖钱，也就保证了下水井盖不再被偷，从根源上避免因井盖被偷而导致行人掉进下水道的惨剧发生。”
井盖板虽堪称屌丝级应用，超高性能砼其实涵盖着一个极为广泛的市场，在工程使用上已可取代普通混凝土，成为首选材料。吴罗明介绍，仅其已开工建设的超高性能砼盖板项目，年产值达10亿元。
业内人士指出，超高性能砼最具潜质的应用是在轨道与桥梁领域。高铁、地铁轨道现在采用预先浇筑的构件，对强度、耐久性、稳定性都提出了越来越高的要求。超高性能砼构件主要技术性能指标比原有的高性能混凝土一举提高了数十倍，在实际应用中为我国高强度混凝土领域所带来的技术进步是革命性的。
明湘科技生产的超高性能砼材料构件已经用于长沙地铁，从实际数据来看，不仅各性能远远超过原有混凝土，考虑到其所具有的高强度和高耐久性，在整个产品寿命周期内，预计超高性能砼构件的使用总成本将远远低于普通混凝土构件，它在正常使用状况下几乎没有任何维修费用发生，使用成本和维护工作量大幅度降低，显示出极其优异的性能价格比。
值得一提的是，清华大学的一份研究报告显示，目前超高性能砼材料呈爆发式增长，其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。而且，随着近年来对超高性能砼材料特性认识的不断深入，超高性能砼逐步量产，其工程造价还在逐步降低。
产业发展亟待新的推动力
目前，我国超高性能砼材料研究与市场应用均站在了世界前沿，然而，作为一种新型材料，超高性能砼尚未引起足够的重视。多年来，以湖南大学等学术机构牵头、明湘科技等诸多企业参与，我国已经在超高性能砼基础研发、生产技术、工艺装备和产品质量等多个方面取得重大突破，在产业应用上也取得了一些可喜的成果，我国超高性能砼材料正处于产业化发展的引爆点前夕。
据公开资料，迄今为止，我国暂时还没有政府性的超高性能砼专项投资，即便身为超高性能砼领域的龙头企业，明湘科技近亿元的投资让其抢得产业先机，但因其尚处于起步阶段，后期投入压力较大。
因其“长相”貌似普通混凝土，超高性能砼也难以获得高端专业研发人才的青睐。如何在现有基础上，进一步强化我国在超高性能砼的技术优势，无疑构建新的机制来吸引更多的研发机构、高端人才投身其中。
此外，作为一种新兴材料，让吴罗明颇为困扰的是，“直到现在我们还没有给超高性能砼一个更通俗易懂的名称，让大众更容易理解和接受它”。在行业内，超高性能砼的定义、性能、浇筑方法等技术核心问题上尚未形成共识，标准尚需进一步规范。陈政清院士说，行业规范与标准正在起草制定中，但尚需等到有关部门的认可，“2016年将是超高性能砼产业化发展的元年，超高性能砼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砼研发、生产、应用的全产业链。”
