劉俊卿

初冬的北京延慶，氣溫驟降，在興延高速建設(shè)現(xiàn)場，卻是一幅熱火朝天的忙碌景象。在2022年冬奧會(huì)重大交通保障項(xiàng)目，一系列創(chuàng)新科技成果將被應(yīng)用于這條高速公路。

在施工現(xiàn)場記者看到，一塊塊淺黑色的“方磚”被工人們鋪設(shè)在高速公路的隧道兩側(cè)。這些看似平淡無奇的“方磚”，卻堪稱混凝土材料領(lǐng)域的“黑科技”。

這些黑色“方磚”的研發(fā)、生產(chǎn)企業(yè)——北京惠誠基業(yè)工程技術(shù)有限責(zé)任公司（下稱“惠誠基業(yè)”）總經(jīng)理周之琪向《財(cái)經(jīng)國家周刊》記者介紹，這是由高性能活性粉末混凝土制成的電纜槽專用蓋板，抗壓強(qiáng)度可以達(dá)到普通混凝土的4倍以上，重量和體積卻只有不到二分之一。

除了高速公路領(lǐng)域，早在2009年，由活性粉末混凝土制作的蓋板就已經(jīng)開始普遍應(yīng)用于全國高鐵路基橋梁，實(shí)現(xiàn)了對傳統(tǒng)混凝土蓋板的部分替代，并已經(jīng)開始向公路、鐵路聲屏障和其他附屬設(shè)施等多個(gè)領(lǐng)域延伸。

新材料應(yīng)用突破口

近年來，隨著我國對新材料領(lǐng)域的重視和投入不斷加大，一大批新材料已經(jīng)開展應(yīng)用，具有超高性能的活性粉末混凝土就是典型案例。

活性粉末混凝土最早問世于20世紀(jì)90年代。2000年前后，惠誠基業(yè)和原鐵道部相關(guān)研究機(jī)構(gòu)開始在國內(nèi)嘗試研發(fā)，并率先在鐵路客運(yùn)專線路基橋梁電纜槽蓋板制造方面實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。

2007年，襄渝鐵路二線建成通車，全線橋梁均采用新型蓋板。這一項(xiàng)目成為活性粉末混凝土在國內(nèi)外鐵路領(lǐng)域的第一次規(guī)?；瘜?shí)際應(yīng)用，開創(chuàng)了活性粉末混凝土在鐵路應(yīng)用的先例。

4倍

高性能活性粉末混凝土的抗壓強(qiáng)度可以達(dá)到普通混凝土的4倍以上。

北京交通大學(xué)教授安明喆對《財(cái)經(jīng)國家周刊》記者表示，活性粉末混凝土所具備的高強(qiáng)度、高耐久性和纖巧輕薄的特點(diǎn)，能夠增加使用壽命，大幅度降低鐵路電纜槽蓋板的運(yùn)輸安裝成本以及運(yùn)營維護(hù)成本，同時(shí)提高運(yùn)營安全系數(shù)。

2009年3月4日，原鐵道部建設(shè)司下發(fā)規(guī)定，我國所有新建鐵路客運(yùn)專線路基橋梁蓋板應(yīng)全部采用活性粉末混凝土材料。2017年，中國鐵路總公司發(fā)布200公里以下時(shí)速客貨混跑鐵路橋梁通用圖集，使該技術(shù)的應(yīng)用范圍擴(kuò)展到我國全部鐵路線路橋梁。

惠誠基業(yè)提供的數(shù)據(jù)顯示，截至目前，采用活性粉末混凝土制造的鐵路電纜槽蓋板已經(jīng)覆蓋線路總里程超過2萬公里，總面積超過3000萬平方米，折合混凝土方量75萬立方米，積累了相當(dāng)豐富的工程經(jīng)驗(yàn)。

活性粉末混凝土在應(yīng)用于鐵路路基橋梁蓋板的同時(shí)，其質(zhì)量小、強(qiáng)度高等特點(diǎn)被廣泛熟知，一些新的應(yīng)用途徑已經(jīng)開展嘗試。據(jù)周之琪介紹，由于部分鐵路線路、高速公路靠近居民區(qū)、風(fēng)景區(qū)和野生動(dòng)物保護(hù)區(qū)，噪音治理需求十分緊迫，傳統(tǒng)混凝土聲屏障質(zhì)量大、強(qiáng)度低，亟待更新替代。

2015年，經(jīng)西南交通大學(xué)牽頭聯(lián)合惠誠基業(yè)組織的課題研究發(fā)現(xiàn)，如采用活性粉末混凝土材料制作聲屏障主體結(jié)構(gòu)與微孔陶瓷結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)良好消聲、吸聲功能并具有良好的構(gòu)件強(qiáng)度與耐久性。通過近三年的努力，2017年2月，這種以活性粉末混凝土為骨架材料的新型聲屏障技術(shù)已基本成熟，在大西客專、成綿樂客專、滬昆客專（貴州段）等高鐵干線上完成試驗(yàn)性應(yīng)用，并開始向高速公路領(lǐng)域進(jìn)行應(yīng)用延伸。

“黑科技”的新難題

活性粉末混凝土在鐵路、公路領(lǐng)域取得上述一系列應(yīng)用突破的同時(shí)，業(yè)內(nèi)也有一些聲音認(rèn)為它“大材小用”?；钚苑勰┗炷猎诜▏谎邪l(fā)出來后，最早應(yīng)用于安全要求極高的核電領(lǐng)域。

2018年9月5日，北京興延高速公路主體工程完工，惠誠基業(yè)研發(fā)生產(chǎn)的高性能活性粉末混凝土電纜槽專用蓋板被應(yīng)用于這條高速公路。

一個(gè)更加直觀強(qiáng)烈的對比是，雖然同稱為“混凝土”，一般工業(yè)與民用建筑所采用混凝土的強(qiáng)度約30～50兆帕、高層建筑所用混凝土強(qiáng)度約50～60兆帕，但應(yīng)用于鐵路的活性粉末混凝土已經(jīng)達(dá)到120兆帕。

當(dāng)前惠誠基業(yè)所承擔(dān)研究開發(fā)的國內(nèi)軍用級活性粉末混凝土的抗壓強(qiáng)度已超過200兆帕，并有望進(jìn)一步提升至接近鋼材的強(qiáng)度。

除此之外，活性粉末混凝土還是一種具有節(jié)能環(huán)保效應(yīng)的新材料。北京新時(shí)代華信公司總經(jīng)理陳欣對《財(cái)經(jīng)國家周刊》介紹，活性粉末混凝土大范圍應(yīng)用的另一層重要意義在于能夠大量減少鋼材和水泥用量，進(jìn)而減少能源消耗、降低二氧化碳排放。

超高強(qiáng)度的性能加之環(huán)保的屬性，使得活性粉末混凝土在鐵路、公路、工業(yè)與民用建筑、城市軌道交通、市政工程、國防工程等眾多領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景，理應(yīng)發(fā)揮核心作用，然而現(xiàn)實(shí)卻不容樂觀。究其原因，活性粉末混凝土作為新型材料，在許多應(yīng)用領(lǐng)域還缺乏對應(yīng)的設(shè)計(jì)理論，對其性能的檢測評價(jià)只是參照普通混凝土的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

清華大學(xué)土木水利學(xué)院教授閻培渝對《財(cái)經(jīng)國家周刊》記者表示，活性粉末混凝土大規(guī)模投入工程使用，需要有更加完備的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系對其進(jìn)行質(zhì)量、施工、驗(yàn)收方面的控制與監(jiān)督。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)缺失、結(jié)構(gòu)性能實(shí)驗(yàn)滯后已經(jīng)成為其在更大范圍內(nèi)應(yīng)用的重要制約因素。

期待應(yīng)用“破冰”

“從2007年超高性能混凝土開始在高鐵的首次規(guī)?；瘧?yīng)用，到2017年我國鐵路建設(shè)工程領(lǐng)域全面應(yīng)用，是廣大鐵路科研人員和工程技術(shù)人員持續(xù)研究開發(fā)、不斷取得突破并最終形成標(biāo)準(zhǔn)后的結(jié)果，未來更大范圍應(yīng)用，依然需要強(qiáng)化基礎(chǔ)研究、獲取關(guān)鍵數(shù)據(jù)、完善設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)”。周之琪說。

為了推動(dòng)活性粉末混凝土應(yīng)用范圍的拓展，2015年起，惠誠基業(yè)與我國軍方科研機(jī)構(gòu)合作，在國內(nèi)外首次完成了活性粉末混凝土應(yīng)用于軍工領(lǐng)域的相關(guān)檢測與實(shí)驗(yàn)，積累了全部科研數(shù)據(jù)，為在國防戰(zhàn)備工程領(lǐng)域的應(yīng)用作準(zhǔn)備。

在閻培渝看來，作為具有高強(qiáng)度、高韌性和高耐久性的活性粉末混凝土，最大的用武之地應(yīng)該是橋梁、風(fēng)電塔柱等需要很好抗彎能力的結(jié)構(gòu)。但是這些結(jié)構(gòu)物都要求上百年的安全使用壽命，對材料的物理力學(xué)性能要求很高。如果應(yīng)用活性粉末混凝土還需要做大量的構(gòu)件實(shí)驗(yàn)，而這些實(shí)驗(yàn)需要投入大量的資金和時(shí)間。

他認(rèn)為，國家主管部門應(yīng)該通過重大專項(xiàng)等手段，加大對活性粉末混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)的支持力度，支持高校、科研機(jī)構(gòu)開展長周期研究，以透徹把握高性能材料的應(yīng)用規(guī)律與特點(diǎn)。

發(fā)展新型混凝土材料技術(shù)，既可促進(jìn)我國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的形成與發(fā)展，又能夠帶動(dòng)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和支柱產(chǎn)業(yè)的技術(shù)提升和產(chǎn)品的更新?lián)Q代。周之琪表示，主管部門和業(yè)內(nèi)企業(yè)應(yīng)以戰(zhàn)略眼光看待推動(dòng)活性粉末混凝土等新材料工程化應(yīng)用的重大意義，盡快完善相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，為產(chǎn)業(yè)今后的發(fā)展提速創(chuàng)造條件。