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中國超高性能混凝土 潮起湘江——專訪“中國混凝土與水泥制品行業(yè)杰出工程師團(tuán)隊(duì)”湖南大學(xué)超高性能混凝土材料與結(jié)構(gòu)創(chuàng)新應(yīng)用團(tuán)隊(duì)
時間:2024-08-28    來源:CCPA張紅 徐潔    分享:
7月22日,記者來到湖南大學(xué)土木工程學(xué)院,專程采訪前不久獲得行業(yè)內(nèi)第一個“中國混凝土與水泥制品行業(yè)杰出工程師團(tuán)隊(duì)”殊榮的湖南大學(xué)超高性能混凝土材料與結(jié)構(gòu)創(chuàng)新應(yīng)用團(tuán)隊(duì)。


記者手記


7月22日,記者來到湖南大學(xué)土木工程學(xué)院,專程采訪前不久獲得行業(yè)內(nèi)第一個“中國混凝土與水泥制品行業(yè)杰出工程師團(tuán)隊(duì)”殊榮的湖南大學(xué)超高性能混凝土材料與結(jié)構(gòu)創(chuàng)新應(yīng)用團(tuán)隊(duì)。

大美湖南,沃野千里,地靈人杰。坐落于長沙岳麓山腳下的千年學(xué)府岳麓書院是湖湘文化的源頭,也是實(shí)事求是思想路線的策源地。在湖南大學(xué)岳麓書院的庭院里,千年學(xué)府弦歌不斷,書香萬里,湖南根脈,源遠(yuǎn)流長。有著逾百年辦學(xué)歷史的土木工程學(xué)院,薪火相傳,人才輩出,那一位位在中國土木工程界如雷貫耳的杰出校友,那一項(xiàng)項(xiàng)在中國現(xiàn)代化建設(shè)中作出的成就和研發(fā)的成果,都令人肅然起敬。

記者在這里拜訪了湖南大學(xué)土木工程學(xué)院黨委書記劉文、副院長張超等領(lǐng)導(dǎo)和以黃政宇、邵旭東、方志為核心的湖南大學(xué)超高性能混凝土(U l t r a-h i g hPer for ma nce Concrete,簡稱“UHPC”)材料與結(jié)構(gòu)創(chuàng)新應(yīng)用團(tuán)隊(duì)。這支由資深專家教授、青年教師和博士后組成的老中青人才隊(duì)伍,不僅是中國最先走進(jìn)超高性能混凝土領(lǐng)域“吃螃蟹”的勇士,而且是在超高性能混凝土產(chǎn)業(yè)不斷創(chuàng)新、敢為人先、深耕細(xì)作、成果累累的團(tuán)隊(duì)。

他們是中國“UHPC”領(lǐng)域異軍突起、威震四方的“湘軍”。

看著這些肩負(fù)使命,心懷天下,談起超高性能混凝土與結(jié)構(gòu)便如數(shù)家珍的熱血學(xué)者和專家,記者的耳邊響起了“實(shí)事求是,敢為人先”的湖南大學(xué)校訓(xùn)以及“惟楚有材,于斯為盛”的千古名言。


UHPC

中國混凝土行業(yè)首個“杰出工程師團(tuán)隊(duì)”殊榮花落湖南大學(xué)


2024年6月,在中國混凝土與水泥制品協(xié)會主辦的“2024中國混凝土與水泥制品行業(yè)大會”上,湖南大學(xué)超高性能混凝土材料與結(jié)構(gòu)創(chuàng)新應(yīng)用團(tuán)隊(duì)被授予“中國混凝土與水泥制品行業(yè)杰出工程師團(tuán)隊(duì)”榮譽(yù)稱號,以表彰他們在超高性能混凝土關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)和工程應(yīng)用方面作出的突出貢獻(xiàn)和展現(xiàn)出的團(tuán)結(jié)協(xié)作精神。這是中國混凝土與水泥制品協(xié)會首次設(shè)立“杰出工程師團(tuán)隊(duì)”這一獎項(xiàng)。

中國混凝土與水泥制品協(xié)會榮譽(yù)會長徐永模為杰出工程師團(tuán)隊(duì)頒獎。大會為湖南大學(xué)團(tuán)隊(duì)撰寫的頒獎詞是:

     “人類歷史進(jìn)程常以材料斷代作為社會發(fā)展的標(biāo)志。工程結(jié)構(gòu)更是如此,一代材料一代工程。1824年硅酸鹽水泥在英國問世,發(fā)展了當(dāng)代水泥混凝土、鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土,開啟了人類社會城市化、現(xiàn)代化發(fā)展的歷程。但是,水泥混凝土材料的創(chuàng)新并沒有結(jié)束,也不能結(jié)束,因?yàn)檫€有許許多多的混凝土工程問題存在,難題未解、高峰未攀。20世紀(jì)70年代歐洲開始研發(fā)超高性能水泥混凝土,半個世紀(jì)過去,因材料成本居高不下,結(jié)構(gòu)工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)缺乏,發(fā)展緩慢。1993年湖南大學(xué)在國內(nèi)率先發(fā)表超高性能混凝土研究論文,形成了以黃政宇、邵旭東和方志為核心的超高性能混凝土材料與結(jié)構(gòu)及工程應(yīng)用創(chuàng)新團(tuán)隊(duì),先后在UHPC材料性能、橋梁新結(jié)構(gòu)、UHPC防護(hù)結(jié)構(gòu)體系、UHPC橋梁工程成套施工裝備和施工工法等領(lǐng)域取得突破,為我國UHPC在土木工程領(lǐng)域的創(chuàng)新發(fā)展發(fā)揮了重要的示范引領(lǐng)作用。他們的成果入選交通運(yùn)輸部重大科技創(chuàng)新成果項(xiàng)目,編制的交通部《公路橋涵超高性能混凝土應(yīng)用規(guī)范》《鋼-高韌性混凝土組合橋面設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》等政府技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),為UHPC在其他土木結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域的應(yīng)用創(chuàng)新提供了技術(shù)支撐。

迄今為止,湖南大學(xué)UHPC材料與結(jié)構(gòu)創(chuàng)新應(yīng)用團(tuán)隊(duì)的成果已推廣應(yīng)用于全國20余個省市及“一帶一路”沿線國家的200余座橋梁和多種國防工程。材料創(chuàng)新與工程化規(guī)?;瘧?yīng)用使得我國UHPC材料價格10年間降低約50%,橋梁結(jié)構(gòu)維護(hù)成本將減少數(shù)十億元。包括目前世界上單錨承載能力最大的高性能巖錨體系在內(nèi)的UHPC開發(fā)應(yīng)用成果,獲得授權(quán)發(fā)明專利53項(xiàng)、教育部技術(shù)發(fā)明一等獎、中國公路學(xué)會科技一等獎、世界UHPC大會最優(yōu)創(chuàng)新獎和榮譽(yù)獎等多項(xiàng)獎項(xiàng),達(dá)到國際認(rèn)可的領(lǐng)先水平。

一花引來百花開,百花爭艷春滿園。目前,全國UHPC工程應(yīng)用創(chuàng)新呈現(xiàn)爆發(fā)式增長。UHPC發(fā)端于國外,發(fā)展于中國,奉獻(xiàn)于世界。湖南大學(xué)UHPC材料與結(jié)構(gòu)創(chuàng)新應(yīng)用工程師團(tuán)隊(duì)是中國混凝土與水泥制品行業(yè)新時代創(chuàng)新發(fā)展的杰出代表。讓我們向他們致以崇高的敬意。”

湖南大學(xué)超高性能混凝土材料與結(jié)構(gòu)創(chuàng)新應(yīng)用團(tuán)隊(duì)獲“中國混凝土與水泥制品行業(yè)杰出工程師團(tuán)隊(duì)”榮譽(yù)稱號

湖南大學(xué)超高性能混凝土材料與結(jié)構(gòu)創(chuàng)新應(yīng)用團(tuán)隊(duì)的獲獎不僅受到業(yè)內(nèi)外的廣泛關(guān)注和贊譽(yù),而且顯示出了團(tuán)隊(duì)在中國混凝土與水泥制品行業(yè)超高性能混凝土創(chuàng)新領(lǐng)域的深遠(yuǎn)影響力。

UHPC

中國UHPC行業(yè)“湘軍”崛起 “三劍客”

獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷

湖南大學(xué)以黃政宇領(lǐng)銜的團(tuán)隊(duì)在研究并推動超高性能混凝土應(yīng)用方面已有30多年,取得了國際領(lǐng)先的研究與應(yīng)用成果。

1993年,由湖南大學(xué)黃政宇和沈蒲生等撰寫的題為《200 MPa超高強(qiáng)鋼纖維混凝土試驗(yàn)研究》的論文發(fā)表在當(dāng)年的第五期《混凝土》雜志上。論文的結(jié)論是:“超高性能混凝土(UHPC)本質(zhì)上是纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料。在應(yīng)用領(lǐng)域方面,它與普通混凝土類似,其性能表現(xiàn)卻又優(yōu)于普通混凝土材料,可以作為土木工程領(lǐng)域中進(jìn)階版的‘萬能’材料,用于土木和建筑工程的各個領(lǐng)域?!?/span>
這是由中國專家學(xué)者撰寫的首篇以UHPC為主要內(nèi)容的研究成果,以此為標(biāo)志,UHPC進(jìn)入中國。30多年來,UHPC這個發(fā)端于歐洲的先進(jìn)水泥基新材料,在中國40多年波瀾壯闊的改革開放進(jìn)程和高歌猛進(jìn)的基礎(chǔ)建設(shè)大潮中,遇到了最適宜的成長沃土,并正在漸成氣候。而涌動中國UHPC這池春水的最初動力,正是來自湖南大學(xué)土木工程學(xué)院。可以說,如今正成燎原之勢的中國UHPC,潮起湘江。
黃政宇永遠(yuǎn)也不會忘記,20世紀(jì)90年代初,時任土木工程系主任的沈蒲生將從丹麥帶回的一種含有金屬纖維的新材料信息交給剛過而立之年的他,讓他做試驗(yàn)多研究,并告訴他,一定要站在全球科技前沿,研究最先進(jìn)的材料。
當(dāng)時改革開放大潮已經(jīng)洞開國門,銘記著湖南大學(xué)的校訓(xùn),血?dú)夥絼偟狞S政宇成為國內(nèi)最先研究UHPC的學(xué)者。當(dāng)時,尋找鋼纖維非常困難,申請經(jīng)費(fèi)也沒有響當(dāng)當(dāng)?shù)摹懊^”,但是湖南大學(xué)有個非常好的傳統(tǒng),即“有個好想法,也能得到支持”,由此黃政宇獲得了寶貴的1500元啟動資金。在沈蒲生的幫助下,一位校友得知他們的需求后,為他們制造了UHPC專用的鋼纖維。從試驗(yàn)、研究、思考,到第一篇論文問世,黃政宇從此與UHPC結(jié)下了一生的緣分。
1993年,黃政宇在國內(nèi)率先開展UHPC材料研究,使湖南大學(xué)成為國內(nèi)最早開展相關(guān)研究的單位之一,通過深入探索,他掌握了UHPC材料的性能和制備方法,并持續(xù)不斷優(yōu)化UHPC材料的性能。
2000年,邵旭東和方志先后從國內(nèi)外的文獻(xiàn)資料和留學(xué)訪問交流中,結(jié)識了UHPC,他們都從這個未來世界的新材料中看到了巨大的發(fā)展前景。之后,又陸續(xù)有年輕的人才進(jìn)入,圍繞UHPC,一個志同道合且團(tuán)結(jié)協(xié)作的團(tuán)隊(duì)由此誕生。
團(tuán)隊(duì)的靈魂人物是黃政宇、邵旭東、方志,團(tuán)隊(duì)成員還有李立峰、張陽、趙華、樊偉、曹君輝、楊劍、劉路明、鄧鵬、蔣正文、彭飛、蘇捷、周志敏等,他們在橋梁工程、加固工程、防護(hù)工程等領(lǐng)域保持長期密切合作。協(xié)助完成單位有湖南固力工程新材料有限責(zé)任公司、中南大學(xué)、廣東冠生土木工程技術(shù)股份有限公司、湖南中路華程橋梁科技股份有限公司等。

他們默契地把主要研究方向放在UHPC材料、基于UHPC的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論和工程應(yīng)用技術(shù)上,包括但不限于UHPC高性能橋梁新結(jié)構(gòu)、UHPC結(jié)構(gòu)抗沖擊性能、UHPC防護(hù)結(jié)構(gòu)性能(抗侵徹、爆炸、侵爆一體)等,通過UHPC新材料和工程新結(jié)構(gòu)協(xié)同創(chuàng)新,以解決傳統(tǒng)工程的痛點(diǎn)和難點(diǎn)。

這個團(tuán)隊(duì)最寶貴的起飛點(diǎn),在于沒有拘泥于為研究而研究,而是不約而同地將突破方向放在了UHPC符合市場規(guī)律的工程應(yīng)用上。

方志和邵旭東先后與黃政宇建立合作,探索UHPC在橋梁工程領(lǐng)域、防護(hù)工程領(lǐng)域研究和應(yīng)用的可能性,通過多年的持續(xù)攻關(guān),在UHPC構(gòu)件性能、橋梁新結(jié)構(gòu)、UHPC防護(hù)結(jié)構(gòu)體系研發(fā)等領(lǐng)域取得了突破,編制了多部技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),并同施工單位合作,研制了UHPC橋梁成套施工裝備和施工工法,將研發(fā)的系列原創(chuàng)性UHPC高性能橋梁結(jié)構(gòu)推廣應(yīng)用于國內(nèi)外200余座實(shí)橋,為UHPC橋梁產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用提供支撐。他們曾主持國內(nèi)首座全預(yù)制拼裝超高性能混凝土橋梁(長沙北辰三角洲跨街天橋,主跨36.8m的預(yù)應(yīng)力超高性能混凝土連續(xù)箱梁橋)和目前世界上單錨承載能力最大(抗拔承載能力4800kN,湖南矮寨特大橋)高性能巖錨體系(CFRP錨桿,超高性能混凝土錨固介質(zhì))的材料研發(fā)、結(jié)構(gòu)研發(fā)、設(shè)計(jì)和建造技術(shù)支持;同時,他們在防護(hù)工程領(lǐng)域研究申請了2項(xiàng)國防發(fā)明專利、1部人防圖集,其成果已在多軍種防護(hù)工程及人防工程中得到了應(yīng)用。多年來,團(tuán)隊(duì)成員長期從事UHPC材料制備技術(shù)和基于UHPC材料的工程新結(jié)構(gòu)創(chuàng)新理論與應(yīng)用研究,在新型橋梁結(jié)構(gòu)、工程新結(jié)構(gòu)、加固工程、防護(hù)結(jié)構(gòu)體系研發(fā)和應(yīng)用等領(lǐng)域取得了重大突破,在科技論文、規(guī)范、著作、獎勵、產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用等方面共同產(chǎn)出了一批原創(chuàng)性特色成果,同時項(xiàng)目成果的產(chǎn)業(yè)化引領(lǐng)了UHPC在整個土木行業(yè)的快速發(fā)展,經(jīng)濟(jì)和社會效益顯著。

湖南汝郴高速赤石特大橋(混凝土橋面板采用UHPC薄層加固)

團(tuán)隊(duì)保持了30余年的合作關(guān)系,且不斷有青年教師加入,科研實(shí)力雄厚。研究成果已規(guī)?;瘧?yīng)用于全國20余個省市及“一帶一路”沿線國家的重大工程和防護(hù)工程,其中,在橋梁工程領(lǐng)域方面,團(tuán)隊(duì)主編交通運(yùn)輸部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路橋涵超高性能混凝土應(yīng)用規(guī)范》《鋼-高韌性混凝土組合橋面設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》(均已提交報批稿)等10余部技術(shù)標(biāo)準(zhǔn);出版8部著作,相關(guān)論文入選“中國百篇最具影響國內(nèi)學(xué)術(shù)論文”;授權(quán)發(fā)明專利53項(xiàng),相關(guān)成果分獲國家科技進(jìn)步二等獎、教育部技術(shù)發(fā)明一等獎、世界UHPC大會最優(yōu)創(chuàng)新獎和榮譽(yù)獎、中國公路學(xué)會科技一等獎、中國交通運(yùn)輸協(xié)會一等獎,入選交通運(yùn)輸部重大科技創(chuàng)新項(xiàng)目。他們研發(fā)了一系列原創(chuàng)性UHPC橋梁新結(jié)構(gòu),配套更新UHPC攤鋪設(shè)備、施工工法及表面糙化工藝等,使UHPC高性能橋梁結(jié)構(gòu)具有輕質(zhì)高強(qiáng)、堅(jiān)固耐久等突出優(yōu)點(diǎn),解決了我國傳統(tǒng)橋梁自重大、抗裂性差、節(jié)點(diǎn)薄弱等共性難題,鋼橋面疲勞開裂和運(yùn)維成本高、大跨組合梁混凝土板自重大易開裂的難題,并為解決裝配式橋梁的諸多難題找到了有效途徑,助力我國橋梁的高質(zhì)量發(fā)展。
他們鍥而不舍地努力,帶來了亮眼的社會效益。2011年以前,我國UHPC橋梁應(yīng)用總數(shù)只有3座,現(xiàn)在,200余座UHPC橋梁的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用使我國土木工程領(lǐng)域UHPC的材料價格10年間降低約50%,節(jié)約橋梁結(jié)構(gòu)的全壽命維護(hù)成本超過80億元。
圍繞UHPC,湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建立了科技創(chuàng)新平臺及重點(diǎn)學(xué)科,擁有典型專利,如含抗剪構(gòu)造的鋼-超高性能混凝土組合橋面結(jié)構(gòu)及其施工方法(專利號:2012105216681)、一種基于UHPC的帶地錨束的風(fēng)電塔架(專利號:2023211966937)等100多個;主編或參編了DBJ 43/T 325—2017《活性粉末混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》、GB/T 31387—2015《活性粉末混凝土》、T/CECS 1057—2022《活性粉末混凝土加固鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》和《公路橋涵超高性能混凝土應(yīng)用規(guī)范》(正在制定中)等10余部國家、行業(yè)、團(tuán)和地方標(biāo)準(zhǔn);出版發(fā)行了《InnovativeBridge Structures Based on Ultra-High Per formanceConcrete (UHPC)》《基于超高性能混凝土(UHPC)的橋梁新結(jié)構(gòu)—理論、試驗(yàn)與應(yīng)用》《橋梁設(shè)計(jì)百問》《混凝土結(jié)構(gòu)智能化施工技術(shù)》《鋼纖維摻量對UHPC軸拉性能的影響》等10余本著作和600余篇論文。
湖南大學(xué)土木工程學(xué)院用30年的時間,從UHPC及工程結(jié)構(gòu)的理論到UHPC的市場應(yīng)用,全方位地影響和引領(lǐng)我國UHPC的進(jìn)步與發(fā)展。黃政宇、邵旭東、方志是中國UHPC界的“三劍客”,他們在材料與結(jié)構(gòu)的細(xì)分賽道中各懷絕技且獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷。

黃政宇,1984年11月畢業(yè)于湖南大學(xué)土木工程系,獲得建筑材料碩士學(xué)位;現(xiàn)任湖南大學(xué)土木工程學(xué)院教授,全國混凝土標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會高級顧問,中國混凝土與水泥制品協(xié)會超高性能混凝土(UHPC)全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同創(chuàng)新工作委員會常務(wù)副理事長,中國土木工程學(xué)會混凝土與預(yù)應(yīng)力混凝土分會理事,建設(shè)部、工信部高性能混凝土推廣應(yīng)用技術(shù)指導(dǎo)組成員;長期從事UHPC和UHPC材料研究,對HPC和UHPC等水泥基材料的研究造詣高深;研究成果曾獲國家科技進(jìn)步二等獎1項(xiàng),省、部級科技進(jìn)步獎共10項(xiàng)。

團(tuán)隊(duì)工作照片

邵旭東,湖南大學(xué)土木工程學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師,現(xiàn)任湖南大學(xué)橋梁工程研究所所長,長期致力于大跨與高性能橋梁結(jié)構(gòu)研究,在中國率先以UHPC新結(jié)構(gòu)解決傳統(tǒng)橋梁中的痛點(diǎn)和難點(diǎn)。邵旭東及團(tuán)隊(duì)的系列原創(chuàng)研究成果已應(yīng)用于全國200余座實(shí)橋,包括滬蘇通長江大橋、杭瑞高速洞庭湖大橋、海文跨海大橋、宜昌長江公路大橋等大型橋梁工程;主持國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金原創(chuàng)項(xiàng)目、湖南省重大專項(xiàng)等大型科研項(xiàng)目10 0 余項(xiàng),授權(quán)發(fā)明專利50余項(xiàng),編寫技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)10余部;研發(fā)成果獲教育部技術(shù)發(fā)明一等獎1次,省科技進(jìn)步一等獎2次,中國公路學(xué)會科學(xué)技術(shù)一等獎2次,中國交通運(yùn)輸協(xié)會科學(xué)技術(shù)一等獎1次;成果入選交通運(yùn)輸部“重大科技創(chuàng)新項(xiàng)目”,經(jīng)權(quán)威專家鑒定,研究成果均達(dá)到國際領(lǐng)先水平。十年磨一劍,邵旭東憑借原創(chuàng)成果“鋼-UHPC輕型組合橋面新體系”,攻克鋼橋面的世界性難題,榮獲“2024年李國豪原創(chuàng)橋梁技術(shù)獎”。

北辰三角洲橫四路跨街天橋

(國內(nèi)首座全預(yù)制拼裝預(yù)應(yīng)力UHPC連續(xù)箱梁橋)


滬蘇通長江大橋

方志,湖南大學(xué)土木工程學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師、中國土木工程學(xué)會超高性能混凝土材料與結(jié)構(gòu)學(xué)術(shù)委員會和中國建筑學(xué)會新材料結(jié)構(gòu)委員會副主任委員。他主持國家、省(部)級等科研項(xiàng)目研究70余項(xiàng),其中,國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目8項(xiàng)、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題1項(xiàng);發(fā)表學(xué)術(shù)論文350余篇,授權(quán)發(fā)明專利10余項(xiàng),獲國家、?。ú浚┘壙萍歼M(jìn)步獎12項(xiàng);主編了國內(nèi)首部超高性能混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程DBJ 43/T 325—2017《活性粉末混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》,與史才軍教授合作主編了《超高性能混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(已提交報批稿)和亞洲混凝土聯(lián)合會(ACF)設(shè)計(jì)指南《Guidelines for UHPC StructuralDesign》(ACF-120001-2021);主持了包括6座長江公路大橋在內(nèi)的10余座橋梁和2棟大型工業(yè)廠房中UHPC應(yīng)用的結(jié)構(gòu)研發(fā)和建造技術(shù)支持;領(lǐng)銜開發(fā)的新型“CFRPUHPC”高性能巖錨體系,在湖南矮寨大橋和湖北丹江口水庫等特大橋梁工程中得到成功應(yīng)用,解決了傳統(tǒng)預(yù)應(yīng)力巖錨體系地下埋深大和耐久性不足的問題。
UHPC

風(fēng)起湘水的星星之火正在神州成燎原之勢

團(tuán)隊(duì)的多項(xiàng)優(yōu)異成果中,有2項(xiàng)成果足以記載于中國超高性能混凝土的史冊。

一是廣東馬房大橋。馬房橋位于肇慶四會市大沙鎮(zhèn),于1984年建成通車。由于橋面剛度小,交通量大,重車多,導(dǎo)致橋面鋪裝頻繁破損,橋面鋪裝平均每3年大修一次。2011年,在廣東省交通廳主持下,采用了5種鋪裝方案同期施工,鋼-STC(超高韌性混凝土)輕型組合橋面結(jié)構(gòu)技術(shù)成功地運(yùn)用于馬房大橋的第11跨,經(jīng)過重載交通、夏季高溫的雙重考驗(yàn),STC在同期施工的5種鋪裝方案中脫穎而出,成為該橋至今唯一不開裂的方案。

廣東馬房大橋(首次采用UHPC改造鋼橋面)

何為STC?從2008年起,邵旭東和團(tuán)隊(duì)開始探索如何破解鋼橋面疲勞開裂和鋪裝層頻繁破損的世界性難題。他和團(tuán)隊(duì)通過系列研究,發(fā)現(xiàn)了解決難題的關(guān)鍵在于:如何在不增加橋面自重的前提下,顯著提高橋面剛度。他們以湖南大學(xué)土木工程學(xué)院對UHPC多年的研究積累為基礎(chǔ),研發(fā)了強(qiáng)化UHPC抗拉和收縮性能的鋼橋面專用超高韌性混凝土STC,并首創(chuàng)性地提出了鋼-STC輕型組合橋面結(jié)構(gòu)。研究表明,STC可提高鋼橋面局部剛度超30倍,降低車載作用下鋼橋面應(yīng)力達(dá)50%,從而為解決傳統(tǒng)橋梁中鋼橋面兩大世界性難題提供了有效途徑。2023年,邵旭東、黃政宇及其團(tuán)隊(duì)前往廣東,對國內(nèi)首次采用STC鋼橋面鋪裝技術(shù)的馬房大橋進(jìn)行了回訪,其中,第11跨的STC鋪裝層至今已服役超過12年,仍然完好如初。

目前,STC鋪裝橋面在我國已用于200余座橋梁,應(yīng)用的橋面面積超過了百萬平方米,成為中國繼鐵路電纜溝蓋板之后,目前UHPC使用量最大且成功的工程應(yīng)用。UHPC作為最先進(jìn)的土木結(jié)構(gòu)材料之一,將成為未來橋梁、結(jié)構(gòu)及建筑的主要發(fā)展方向和橋梁設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

二是矮寨大橋。湖南矮寨大橋,被美國國家廣播公司推薦為“十大非去不可的世界新地標(biāo)”,工程背后凝聚著湖大土木人的突出貢獻(xiàn)。助力矮寨大橋的原始創(chuàng)新性成果之一,正是方志發(fā)明的基于UHPC粘結(jié)介質(zhì)的新型巖錨體系。矮寨大橋地質(zhì)復(fù)雜,若采用普通巖錨體系,其錨桿的埋深均大于20 m,導(dǎo)致60%以上的錨桿需要穿越地下溶洞后進(jìn)行錨固,處理極為困難且耗費(fèi)巨大。方志和課題組發(fā)明了一種由碳纖維復(fù)合材料(CFRP)為錨桿、超高性能混凝土(UHPC)為錨固介質(zhì)的新型高性能巖錨體系,耐久性可提高2倍以上,UHPC與巖錨結(jié)合面間的粘結(jié)強(qiáng)度可達(dá)普通水泥砂漿的3倍以上;據(jù)此可大幅減小地下錨固深度,使大橋所有錨桿均在溶洞頂面以上得以可靠錨固,避免了復(fù)雜的地質(zhì)處理,解決了傳統(tǒng)預(yù)應(yīng)力巖錨體系地下埋深大和耐久性不足的問題。

矮寨大橋(巖錨體系CFRP筋為錨桿,UHPC為巖錨粘結(jié)介質(zhì))

武六長江公路大橋(UHPC灌注的鋼-混結(jié)合段)

三湘四水展芳華,芙蓉國里盡朝暉。在今日的湖南大學(xué)向世界發(fā)出一張張耀眼的名片中,土木工程學(xué)院的超高性能混凝土材料與結(jié)構(gòu)創(chuàng)新應(yīng)用團(tuán)隊(duì)是其中奪目的存在。
UHPC通過提高組織成分的細(xì)度與活性,使材料內(nèi)部的孔隙與微裂縫減到最少,從而獲得超高強(qiáng)度與耐久性,是過去30年中最具創(chuàng)新性的水泥基工程材料。那么,UHPC未來會有怎樣的發(fā)展?在美國UHPC2023國際研討會上,加拿大V.H.Perry先生使用喬布斯書中提供的突破性技術(shù)市場發(fā)展基本規(guī)律—S形發(fā)展曲線,預(yù)測UHPC市場發(fā)展,他認(rèn)為:“到2040年,全球?qū)HPC材料的需求估計(jì)每年為1000億美元;基于UHPC的工程建設(shè),整體行業(yè)規(guī)模可達(dá)每年1萬億美元 ?!?/span>
美國混凝土學(xué)會主席Thomas Vert評價UHPC是混凝土行業(yè)未來的代表性材料;德國不來梅大學(xué)教授Karl-Heinz Reineck稱UHPC是人類工程學(xué)的一次革命;瑞士建筑師Patrik Schumacher說UHPC具有超強(qiáng)的抗壓、抗拉和抗彎強(qiáng)度,可用于修建具有極高要求的建筑和設(shè)施。
目前,世界很多國家已將UHPC材料作為主要建筑材料應(yīng)用于工程中,應(yīng)用的主要形式有接縫類、薄層加固類、裝飾類、主體結(jié)構(gòu)類等。2023年,中國UHPC用量超過14萬m3,主要工程應(yīng)用為鋼-UHPC復(fù)合橋面、橋梁構(gòu)件連接(濕接縫)、預(yù)制UHPC橋面板和橋梁構(gòu)件及伸縮縫安裝、建筑幕墻和構(gòu)件、市政工程構(gòu)件,以及維修加固。盡管UHPC在全球范圍內(nèi)的研究和開發(fā)歷程超過四分之一個世紀(jì),但與傳統(tǒng)混凝土相比,它仍然是一種相對較新的材料,具有十分廣闊的發(fā)展前景。

團(tuán)隊(duì)合照——馬房大橋回訪

目前UHPC在中國各類工程上的應(yīng)用還只是開始,一旦UHPC的性能和優(yōu)勢被認(rèn)識,將很快形成UHPC的開發(fā)和應(yīng)用高潮。毫無疑問,近百年中,UHPC最大的市場在中國。為此,湖南大學(xué)土木工程學(xué)院的創(chuàng)新步伐一如既往地堅(jiān)定和豪邁,邵旭東領(lǐng)導(dǎo)的UHPC橋梁團(tuán)隊(duì)陸續(xù)開發(fā)了10余種新型橋梁結(jié)構(gòu),具有造價低、自重輕、施工便利、耐久性優(yōu)等多重優(yōu)點(diǎn),應(yīng)用于我國多座實(shí)橋示范性工程;此外,目前團(tuán)隊(duì)還在積極研發(fā)UHPC超高風(fēng)電塔架新結(jié)構(gòu),力爭以UHPC的優(yōu)異性能助力我國風(fēng)電塔架技術(shù)的發(fā)展。
UHPC作為我國混凝土行業(yè)最具“新質(zhì)生產(chǎn)力”秉賦與特質(zhì)的新材料,前景可期。湖南大學(xué)黃政宇、邵旭東、方志帶領(lǐng)的中國超高性能混凝土“湘軍”,任重道遠(yuǎn),每一步都堅(jiān)實(shí)有力,令人對UHPC的未來充滿期待。


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