對準工程“難點”“痛點” 找到應(yīng)用UHPC的突破口——專訪湖南大學(xué)土木工程學(xué)院教授黃政宇
時間：2024-09-26 來源：CCPA張紅 徐潔 分享：
敢為人先的湖南大學(xué)擁有一個非常棒的UHPC團隊。2024年6月初，中國混凝土與水泥制品協(xié)會把行業(yè)內(nèi)第一個“杰出工程師團隊”的殊榮贈予了湖南大學(xué)土木工程學(xué)院“UHPC材料與結(jié)構(gòu)創(chuàng)新應(yīng)用團隊”。這份實至名歸的榮譽讓這個團隊受到廣泛的關(guān)注和期待。而這個團隊的靈魂人物就是黃政宇。
坐在岳麓山下湖南大學(xué)土木工程學(xué)院質(zhì)樸的辦公室里，黃政宇說道：“湖南大學(xué)的校訓(xùn)是‘實事求是 敢為人先’，校訓(xùn)影響著每一位湖大人的人生觀。我的興趣是做研究，從湖南大學(xué)碩士研究生畢業(yè)后，我經(jīng)常做的一件事情就是到圖書館查資料，在那里能看到美國等國家在無機非金屬材料研究方面最前沿的信息。而土木工程學(xué)院前輩們傳承給我們的理念就是高等學(xué)校要做最前沿的研究?！?/span>1991年，時任湖南大學(xué)土木工程學(xué)院系主任的沈蒲生從丹麥帶回來了超高性能混凝土的信息及樣品，他把樣品交給黃政宇，語重心長地囑托他去研究這個新材料。此時距超高性能混凝土（UHPC）這個近半個世紀來最先進的水泥基材料在歐洲發(fā)明僅僅過了十年。湖南大學(xué)的大開放機制，使黃政宇成為國內(nèi)最早進入這個領(lǐng)域的專家學(xué)者之一。三十多年來，他不僅首開先河地克服種種困難研究和優(yōu)化超高性能混凝土材料，而且鍥而不舍地在UHPC的應(yīng)用領(lǐng)域中深耕細作，如今他已是國內(nèi)UHPC工程應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)碩果累累的知名專家。
敢為人先的湖南大學(xué)擁有一個非常棒的UHPC團隊。2024年6月初，中國混凝土與水泥制品協(xié)會把行業(yè)內(nèi)第一個“杰出工程師團隊”的殊榮贈予了湖南大學(xué)土木工程學(xué)院“UHPC材料與結(jié)構(gòu)創(chuàng)新應(yīng)用團隊”。這份實至名歸的榮譽讓這個團隊受到廣泛的關(guān)注和期待。
1993年，黃政宇、沈蒲生等在國內(nèi)率先發(fā)表了研究超高性能混凝土的論文，使得湖南大學(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，黃政宇掌握了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。之后，土木工程學(xué)院又逐漸形成了以黃政宇、邵旭東和方志為核心的超高性能混凝土材料與結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)與工程應(yīng)用創(chuàng)新團隊。他們與合作企業(yè)一起先后在UHPC性能、橋梁新結(jié)構(gòu)、UHPC防護結(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，也為UHPC在土木結(jié)構(gòu)工程各個領(lǐng)域的應(yīng)用創(chuàng)新提供了技術(shù)支撐。這個團隊曾主持國內(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)計和建造技術(shù)支持。多年來，團隊成員在UHPC材料和高性能工程新結(jié)構(gòu)協(xié)同創(chuàng)新方面取得了突破，并在科技論文、規(guī)范、著作、獎勵、產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用等方面保持密切合作，共同產(chǎn)出了一批原創(chuàng)性特色成果，項目成果的產(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)濟和社會效益顯著。
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) 
湖南汝郴高速赤石特大橋（混凝土橋面板采用UHPC薄層加固）
如何找到應(yīng)用UHPC的突破口？黃政宇的理念是對準傳統(tǒng)工程的“難點”“痛點”，顯示UHPC與眾不同的高維優(yōu)勢。廣東的馬房特大橋是一個成功的例子。傳統(tǒng)橋梁中鋼橋面板易疲勞開裂、鋪裝層易破損是兩大世界性“痛點”和“難點”。馬房橋于1984年建成通車，由于橋面剛度小，交通量極大，重車多，導(dǎo)致橋面鋪裝頻繁破損，橋面鋪裝平均每三年大修一次。2011年，在廣東省交通廳主持下，采用不同的五種鋪裝方案同期施工，黃政宇和邵旭東團隊對STC（超高韌性混凝土）鋼橋面鋪裝技術(shù)的優(yōu)異性能深信不疑，他們成功地把這種技術(shù)與材料運用于馬房特大橋的第11跨。經(jīng)過重載交通、夏季高溫的雙重考驗，STC成為該橋至今唯一不開裂的方案，橋面仍然完好如初，未出現(xiàn)車轍、開裂、坑槽等任何異常。馬房特大橋(首次采用UHPC改造鋼橋面)
國內(nèi)首次采用STC鋼橋面鋪裝技術(shù)在馬房特大橋的成功示范使黃政宇和團隊看到了UHPC在橋梁領(lǐng)域的廣闊應(yīng)用前景。
迄今為止，湖南大學(xué)UHPC材料與結(jié)構(gòu)創(chuàng)新應(yīng)用團隊的成果已推廣應(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、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)新獎和榮譽獎等多項獎項，達到國際認可的領(lǐng)先水平。橋梁成為中國目前UHPC使用量最大且成功的工程應(yīng)用，UHPC作為最先進的土木結(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)展方向和未來橋梁設(shè)計的關(guān)鍵。黃政宇說：“通過新型鋼-UHPC結(jié)構(gòu)體系在工程中的應(yīng)用，可以顛覆甚至替代建筑與土木工程領(lǐng)域中的一些傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)以此得到進一步的推廣。因為這種新型橋面結(jié)構(gòu)能夠解決傳統(tǒng)鋼橋面的痛點，同時節(jié)約維修費用，延長其使用壽命?！?/span>在防護結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，黃政宇與方志聯(lián)手進行UHPC工程結(jié)構(gòu)的理論與創(chuàng)新應(yīng)用研究，并在UHPC結(jié)構(gòu)抗侵徹、抗爆等防護工程領(lǐng)域，取得了一系列研究成果和專利，提出了抵抗不同戰(zhàn)斗部侵徹作用的UHPC防護結(jié)構(gòu)體系，為重要工程結(jié)構(gòu)提供了有效保護措施。他們和合作企業(yè)在防護工程領(lǐng)域研究已申請了2項國防發(fā)明專利、1部人防圖集，其成果已在軍隊防護工程及人防工程中得到了應(yīng)用。
武六長江公路大橋（UHPC灌注的鋼-混結(jié)合段）
中馬友誼大橋
近年來，隨著社會對UHPC接受及認可度的提高，UHPC已經(jīng)成為工程界炙手可熱的新材料，并在土木工程及建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。作為我國最早開展超高性能混凝土材料性能研究并將其成功應(yīng)用于多項工程的知名學(xué)者，黃政宇表示，UHPC材料研發(fā)一定要以工程需求為導(dǎo)向，緊密地將材料與工程問題相結(jié)合，做好充分的科學(xué)研究以后，再進行市場化推廣應(yīng)用，才能真正將材料運用到實處。UHPC是一種具有高抗壓強度、高抗拉強度、高耐久性等顯著性能特點的新一代混凝土材料。該材料由于其優(yōu)良的力學(xué)性能、韌性和耐久性，使得工程結(jié)構(gòu)的使用壽命大幅度提高，符合可持續(xù)發(fā)展、節(jié)能減排的國家戰(zhàn)略發(fā)展要求。實踐證明，以往一些工程中的疑難問題都可以通過UHPC在工程結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用來解決，而UHPC也正是在攻克傳統(tǒng)工程“難點”與“痛點”中被廣泛認知和快速崛起的。
是在工程的各個領(lǐng)域?qū)ふ?/span>
高性價比和解決關(guān)鍵問題的UHPC應(yīng)用
現(xiàn)階段UHPC的推廣應(yīng)用工作主要是在橋梁工程、防護工程和地下工程三個領(lǐng)域。如今，他的夢想已經(jīng)實現(xiàn)了前兩個。他已把繼續(xù)研究UHPC的注意力專注應(yīng)用于大型結(jié)構(gòu)工程、城市更新、高鐵及PCCP管道等領(lǐng)域。面對未來，結(jié)合國家重大戰(zhàn)略和高質(zhì)量工程發(fā)展需求，在水利水電工程、深地及隧道工程、軍事防護工程、海洋工程、新能源配套設(shè)施等基礎(chǔ)上，團隊將如何不斷研究并開發(fā)出超高性能混凝土的創(chuàng)新應(yīng)用，黃政宇和他的團隊都有深刻的思考。
創(chuàng)新的路曲折而崎嶇，需要做大量艱苦而細致的基礎(chǔ)工作。幾十年來，黃政宇與他的團隊留下了堅實腳印。在專利方面，他們發(fā)明的重要專利有：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，一種基于UHPC的帶地錨束的風(fēng)電塔架，鋼內(nèi)芯-混凝土組合梁的節(jié)段連接系統(tǒng)，一種輕型裝配式鋼-UHPC組合梁，一種定向配筋混凝土抗侵徹結(jié)構(gòu)，一種裝配式UHPC風(fēng)機塔架，橋梁的組合橋面結(jié)構(gòu)和橋梁結(jié)構(gòu)，一種型鋼-UHPC組合板的縱橋向接縫連接構(gòu)造，一種型鋼-薄鋼板-UHPC組合板及橋面板，型鋼、型鋼-UHPC組合板、橋面板及鋼-UHPC組合梁橋，一種UHPCNC混合箱梁和大跨剛構(gòu)橋，一種空腹式箱形-巖錨組合式輕型地錨橋臺及其施工工藝，一種基于纖維增強塑料筋錨桿與超高性能水泥基粘結(jié)錨固介質(zhì)的巖錨體系的制備方法，一種預(yù)制橋墩與預(yù)制承臺的連接構(gòu)造及其對接式施工方法，一種超高韌性混凝土及其制備方法，一種攤鋪機構(gòu)及其攤鋪機等。
團隊合照
在制定標準和規(guī)程方面，他們所參加編制的重要標準和制定的規(guī)程有：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》、中國工程建設(shè)標準化協(xié)會團體標準《超高性能混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（報批稿）、T/CBMF 96—2020/ T/CCPA 20—2020《超高性能混凝土預(yù)混料》、交通運輸部行業(yè)標準《公路橋涵超高性能混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》《鋼- 高韌性混凝土組合橋面設(shè)計與施工規(guī)范》（均已提交報批稿）、T/CCES 27—2021《超高性能混凝土梁式橋技術(shù)規(guī)程》、T/CHTS10036—2021《高韌性混凝土組合橋面結(jié)構(gòu)技術(shù)指南》、中國工程建設(shè)標準化協(xié)會標準《公路鋼- 超高性能混凝土組合橋梁技術(shù)規(guī)程》（總校稿已通過審查）、T/CECA 20049—2024《超高性能混凝土橋梁技術(shù)規(guī)程》、DB 43/T 1173—2016《鋼- 超高韌性混凝土輕型組合結(jié)構(gòu)橋面技術(shù)規(guī)范》、DBJ/T 15-244—2022《裝配式超高性能混凝土市政橋梁結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》等。在發(fā)表論文和出版著作方面，他們撰寫的著作有：《土木工程材料》第二版（高校土木工程專業(yè)指導(dǎo)委員會規(guī)劃推薦教材、“十二五”普通高等教育本科國家級規(guī)劃教材，黃政宇主編，中國建筑工業(yè)出版社，2011年）、《土木工程材料》（第二版，黃政宇主編，高等教育出版社2013年）、《Innovative Bridge Structures Based on Ultra-High Performance Concrete(UHPC)》（邵旭東主編，Elsevier，2024年）、《基于超高性能混凝土（UHPC）的橋梁新結(jié)構(gòu)—理論、試驗與應(yīng)用》（邵旭東、曹君輝、張陽、李盼盼等著，人民交通出版社，2023年）、《鋼-STC 輕型組合橋面—設(shè)計原理與工程實例》（邵旭東、曹君輝、李嘉著，科學(xué)出版社，2021年）、《鋼- 超高性能混凝土輕型組合橋梁結(jié)構(gòu)》（邵旭東，胡建華著，人民交通出版社，2015年）、《半整體式無縫橋梁新體系》（邵旭東著，人民交通出版社，2014年）、《橋梁設(shè)計與計算》（第二版，邵旭東、程翔云、李立峰編著，人民交通出版社，2012 年）、《橋梁設(shè)計百問》（第三版，邵旭東編著，人民交通出版社，2017 年）、《橋梁工程》（第六版，高等學(xué)校交通運輸與工程類專業(yè)教材建設(shè)委員會規(guī)劃教材、教育部高等學(xué)校道路運輸與工程教學(xué)指導(dǎo)分委員會“十三五”規(guī)劃教材，邵旭東主編，人民交通出版社，2023年）、《混凝土結(jié)構(gòu)智能化施工技術(shù)》（楊劍、陳康軍著，人民交通出版社，2017年）等。撰寫的經(jīng)典論文有：《200MPa超高強鋼纖維混凝土試驗研究》（黃政宇、沈蒲生、蔡松柏，《混凝土》1993年）、《200～300MPa 活性粉末混凝土（RPC）的配制技術(shù)研究》（何峰、黃政宇，《混凝土與水泥制品》2000 年）、《熱養(yǎng)護過程中超高性能混凝土的收縮性能研究》（黃政宇、胡功球，《材料導(dǎo)報》2016 年）、《不同溫度下超高性能混凝土的彎拉性能》（方志、劉紹琨、黃政宇、陳俊廷，《硅酸鹽學(xué)報》2020年）、《超高性能混凝土在結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用》（邵旭東、樊偉、黃政宇，《土木工程學(xué)報》2021年）、《超高性能混凝土受拉性能試驗研究》（方志、周騰、劉路明、胡銳、黃政宇，《鐵道學(xué)報》2022年）、《超高性能混凝土氣體滲透性能的試驗研究》（胡志豪、黃政宇、劉路明，《鐵道科學(xué)與工程學(xué)報》2022年）、《超高性能混凝土抗氯離子滲透性能的試驗研究》（黃政宇、單欣，《公路工程》2021年）、《混凝土三軸受壓試驗研究綜述》（蘇捷、莫衍、黃政宇，《公路工程》2020年）、《膨脹劑與內(nèi)養(yǎng)劑對超高性能混凝土性能的影響》（劉路明、方志、黃政宇、裴炳志、吳玉友，《硅酸鹽學(xué)報》2020年）、《應(yīng)用SHPB試驗對超高性能重混凝土動態(tài)性能的研究》（黃政宇、王若丁，《鐵道科學(xué)與工程學(xué)報》2020 年）等。三十余年，從1500元的經(jīng)費起步，從做井蓋等小水泥制品入手，黃政宇和他的團隊躬身拉纖鍥而不舍地朝著做強做大中國UHPC的目標出發(fā)。在中國做UHPC的團隊中，黃政宇和他的團隊堅持兩個底線，一是做高質(zhì)量高性價比的產(chǎn)品，推動產(chǎn)品走向市場；二是堅定地針對傳統(tǒng)工程項目中的“難點”“痛點”對癥下藥，讓UHPC在攻堅克難中充分展現(xiàn)其巨大的優(yōu)勢和魅力。超高性能混凝土最具吸引力的性能特點是優(yōu)異的耐久性。在嚴酷環(huán)境中應(yīng)用時，結(jié)構(gòu)的耐久性高，維護費用少，能解決工程疑難問題。良好的成型性能是超高性能混凝土又一個重要特點。由于超高性能混凝土的骨料最大粒徑小，流動性高，易于制作成型，加上超高的強度和韌性以及優(yōu)異的耐久性，使得超高性能混凝土應(yīng)用時，設(shè)計和建造的自由度大。因此，也特別適用于“老、病結(jié)構(gòu)”的維修加固，能有效解決特殊復(fù)雜結(jié)構(gòu)的維修加固問題，同時可減少工程造價，節(jié)約資金。黃政宇堅信，采用超高性能混凝土的工程結(jié)構(gòu)應(yīng)用才剛剛拉開序幕，更多高性價比、低耗能耗材、長壽命的工程應(yīng)用，還有待進一步開發(fā)。相信隨著超高性能混凝土材料和結(jié)構(gòu)的理論研究的發(fā)展，有關(guān)工程應(yīng)用的深入進行，超高性能混凝土將在中國迎來一個蓬勃發(fā)展的時期。機會只青睞有準備的人，期待黃政宇和他的團隊在廣闊的UHPC市場中傳來更多的佳音與捷報。
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