活性粉末混凝土在中國(guó)鐵路的全球首次大規(guī)模推廣應(yīng)用

財(cái)經(jīng)國(guó)家周刊 · 2017-12-09 08:54 留言

  (原標(biāo)題:中國(guó)新水泥是怎樣煉成的)

  依托高鐵建設(shè)工程形成的活性粉末混凝土材料研發(fā)和應(yīng)用,中國(guó)已經(jīng)走在世界前列。

  2017年10月,中國(guó)鐵路總公司發(fā)布《時(shí)速160公里、200公里客貨共線鐵路簡(jiǎn)支T梁系列通用圖》(修訂版)。按照新圖集規(guī)定,全國(guó)所有新建普通鐵路橋梁蓋板將全部采用RPC(下稱“活性粉末混凝土”)材料。至此,中國(guó)鐵路使用了六十多年的普通混凝土(水泥)蓋板退出歷史舞臺(tái)。

  作為這一重大技術(shù)進(jìn)步的主要推動(dòng)者,北京惠誠(chéng)基業(yè)工程技術(shù)有限責(zé)任公司(下稱“惠誠(chéng)基業(yè)”)起到了關(guān)鍵作用?;菡\(chéng)基業(yè)總經(jīng)理周之琪介紹說,活性粉末混凝土的抗壓強(qiáng)度可達(dá)到140~200兆帕,是普通混凝土的3~4倍,此外,其抗拉強(qiáng)度,斷裂韌性都遠(yuǎn)超普通混凝土。

  換句話說,這是一種新型超高性能水泥基復(fù)合材料?;钚苑勰┗炷猎谥袊?guó)鐵路的全球首次大規(guī)模推廣應(yīng)用,堪稱混凝土技術(shù)領(lǐng)域的一項(xiàng)重大突破。

  與此同時(shí),周之琪說,活性粉末混凝土技術(shù)在地鐵建設(shè)、公路建設(shè)和國(guó)防戰(zhàn)備工程中的應(yīng)用研究開發(fā)也在進(jìn)行之中。中國(guó)在該領(lǐng)域已經(jīng)走在世界前列。

  建筑材料革命

  活性粉末混凝土是法國(guó)布依格實(shí)驗(yàn)室20世紀(jì)90年代初研發(fā)的一種超高強(qiáng)度建筑材料。1999年,周之琪在歐洲考察時(shí)與法國(guó)方面交流,首次接觸到這種應(yīng)用于核電項(xiàng)目的新型材料。

  周之琪認(rèn)為,這種材料如果能夠在國(guó)內(nèi)研發(fā)成功,一定有著廣闊的市場(chǎng)空間。為研發(fā)這種新型材料,他和同事組建團(tuán)隊(duì),會(huì)同北方交通大學(xué)、鐵道部專業(yè)設(shè)計(jì)院等各方專業(yè)研究人員,先后從技術(shù)、設(shè)備、材料等多個(gè)領(lǐng)域開展調(diào)查。

  在調(diào)查過程中他們發(fā)現(xiàn),生產(chǎn)活性粉末混凝土用的水泥、石英砂等基礎(chǔ)材料國(guó)內(nèi)基本具備,但達(dá)到普通混凝土三倍以上抗壓強(qiáng)度的關(guān)鍵——材料配比,沒有現(xiàn)成數(shù)據(jù)。另外,國(guó)內(nèi)沒有適合生產(chǎn)這類材料的高強(qiáng)度攪拌機(jī),活性粉末混凝土專用的一種高強(qiáng)度鍍銅鋼纖維,國(guó)內(nèi)也無(wú)法量產(chǎn),價(jià)格極其昂貴。

  為此,周之琪從法國(guó)購(gòu)買了專用新型攪拌機(jī)進(jìn)行零件拆解,同時(shí)積極組織材料方面的調(diào)研,尋找鋼纖維的替代品。經(jīng)過近三年的努力,2003年底,周之琪團(tuán)隊(duì)的活性粉末混凝土研究取得突破,在實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證,抗壓強(qiáng)度超過普通混凝土的兩倍,達(dá)到140兆帕。

  周之琪團(tuán)隊(duì)的研究工作受到了原鐵道部的關(guān)注,這讓周之琪看到了市場(chǎng)的前景。2004年,他和團(tuán)隊(duì)在北京注冊(cè)了北京惠誠(chéng)基業(yè)工程技術(shù)有限公司,開始活性粉末混凝土的商業(yè)化應(yīng)用嘗試。

  2005年,正值青藏鐵路建設(shè)的關(guān)鍵時(shí)期,為驗(yàn)證活性粉末混凝土的性能,建設(shè)單位決定將活性粉末混凝土生產(chǎn)的蓋板率先在這條世界上海拔最高、凍土路程最長(zhǎng)的高原鐵路上試用。雖然試用里程僅僅數(shù)公里,但卻讓周之琪團(tuán)隊(duì)興奮得徹夜難眠。周之琪說,這證明我們五年的辛苦和努力沒有白費(fèi)。

  降成本擴(kuò)大市場(chǎng)

  活性粉末混凝土真正規(guī)?;瘧?yīng)用始于2007年。當(dāng)年,襄渝鐵路二線建成通車,全線采用了惠誠(chéng)基業(yè)生產(chǎn)的高強(qiáng)度活性粉末混凝土蓋板。

  這是周之琪拿到的第一個(gè)批量生產(chǎn)的商業(yè)項(xiàng)目。周之琪說,“這也是活性粉末混凝土在國(guó)內(nèi)外的第一次成規(guī)模實(shí)際應(yīng)用,開創(chuàng)了在中國(guó)鐵路應(yīng)用的先例,在這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展歷史上具有里程碑式的意義?!?

  襄渝鐵路二線這一總價(jià)值3500萬(wàn)元的訂單只是讓成立三年的惠誠(chéng)基業(yè)實(shí)現(xiàn)盈虧平衡。依靠鐵路項(xiàng)目,企業(yè)活下來(lái)了,更為迫切的是,如何降低成本。彼時(shí),普通混凝土蓋板每平方米250元,而活性粉末混凝土蓋板的價(jià)格達(dá)到了每平方米350元,造價(jià)增加了40%,應(yīng)用極大受限。

  為此,周之琪率領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開始將研發(fā)的目標(biāo)轉(zhuǎn)為優(yōu)化技術(shù)、降低成本。高強(qiáng)度鍍銅鋼纖維是活性粉末混凝土的主要材料之一,在制造成本中占據(jù)最大份額。然而由于需求量低,對(duì)原材料生產(chǎn)廠的議價(jià)能力低,價(jià)格一直居高不下。分析現(xiàn)狀后,周之琪廣泛尋找替代渠道,自行研制生產(chǎn)加工設(shè)備,并通過原材料替代,使鋼纖維的價(jià)格迅速降低。

  2009年以后,這一戰(zhàn)略舉措很快顯示出效果,隨著活性粉末混凝土在我國(guó)高鐵建設(shè)領(lǐng)域的推廣,其工藝日趨成熟,成本不斷降低,為大規(guī)模應(yīng)用創(chuàng)造了良好先決條件。當(dāng)前在鐵路工程建設(shè)領(lǐng)域所使用的活性粉末混凝土蓋板,其出廠價(jià)格和普通混凝土基本持平或略低,但運(yùn)輸和安裝成本極大降低,在材料抗壓抗折強(qiáng)度數(shù)倍提升的同時(shí),其使用壽命期內(nèi)的綜合成本顯著下降,顯示出極其優(yōu)異的性能價(jià)格比。

  成本的降低讓市場(chǎng)機(jī)會(huì)迅速來(lái)臨。2009年3月原鐵道部決定在全國(guó)高鐵新建項(xiàng)目全面推廣該技術(shù)以后,在充分總結(jié)成功經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,2017年中國(guó)鐵路總公司進(jìn)一步?jīng)Q定,我國(guó)鐵路全部普通客貨混跑線路也開始應(yīng)用活性粉末混凝土電纜槽蓋板。

  新材料的巨大想象力

  活性粉末混凝土以鐵路附屬設(shè)施的形式進(jìn)入了市場(chǎng),周之琪團(tuán)隊(duì)讓這種源自于歐洲的新型混凝土材料走出實(shí)驗(yàn)室,在工程實(shí)踐中有了用武之地。然而,在他看來(lái)這僅僅是一個(gè)開端。

  2009年,隨著鐵道部電報(bào)命令的落實(shí)執(zhí)行,周之琪率領(lǐng)他的團(tuán)隊(duì)將生產(chǎn)工藝向全國(guó)各鐵路客運(yùn)專線推廣,在中鐵工程總公司和中鐵建設(shè)總公司的二十多個(gè)集團(tuán)中,培養(yǎng)出以中鐵三局、中鐵四局為主要代表的活性粉末混凝土專業(yè)制造商,將這一技術(shù)成功應(yīng)用于以京滬高鐵線為代表的1.6萬(wàn)公里高速鐵路。

  在支持全國(guó)高鐵施工單位掌握蓋板生產(chǎn)技術(shù)的同時(shí),周之琪團(tuán)隊(duì)又開始了活性粉末混凝土新應(yīng)用場(chǎng)景的研究開發(fā)。

  隨著全國(guó)高鐵建設(shè)里程的不斷增加,對(duì)路基橋梁聲屏障需求與日俱增,使用量已經(jīng)達(dá)到全球第一,卻始終沒有形成獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

  周之琪團(tuán)隊(duì)通過與西南交通大學(xué)研發(fā)團(tuán)隊(duì)緊密合作,歷經(jīng)三年時(shí)間的艱苦努力,研發(fā)出了活性粉末混凝土生產(chǎn)的聲屏障。2017年2月,這種新型聲屏障已經(jīng)具備量產(chǎn)應(yīng)用條件和上道使用資質(zhì)。周之琪預(yù)計(jì),鐵路新型聲屏障的市場(chǎng)空間預(yù)計(jì)將能夠達(dá)到每年60億~80億元并在今后處于持續(xù)增長(zhǎng)之中。

  聲屏障的成功只是眾多應(yīng)用場(chǎng)景中的一個(gè),活性粉末混凝土在更大范圍的應(yīng)用也已經(jīng)開始。在海洋工程和島礁建設(shè)工程、工業(yè)與民用建筑、市政工程、公路建設(shè)以及軌道交通等領(lǐng)域,活性粉末混凝土都展現(xiàn)出相當(dāng)廣闊的應(yīng)用前景。

  周之琪認(rèn)為,歷經(jīng)十三年研發(fā)與八年來(lái)的推廣,依托高鐵建設(shè)工程形成的中國(guó)活性粉末混凝土材料技術(shù)體系,經(jīng)歷了大批量生產(chǎn)應(yīng)用的考驗(yàn),活性粉末混凝土實(shí)現(xiàn)了完全的國(guó)產(chǎn)化,積累了在全世界領(lǐng)先的生產(chǎn)管理經(jīng)驗(yàn),達(dá)到了與普通混凝土相近的成本水平,打造成型完整自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)體系。

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