近年来,随着社会对超高性能混凝土材料(UHPC)接受及认可度提高,UHPC已经成为过去十年里土木工程界炙手可热的新材料,并在土木工程及建筑结构领域中得到了广泛应用。作为最早在中国开展研究超高性能混凝土材料并成功应用于多项工程的学者之一,湖南大学土木工程学院教授黄政宇在近日接受中国建材报记者采访时表示,UHPC材料研发要以工程需求为导向,紧密地将材料与工程问题相结合,做好充分的科学研究以后,再进行市场化推广应用,才能真正将材料运用到实处。
▲长沙北辰虹桥 世界首座全预制拼装超高性能混凝土车行桥梁湖南固力工程新材料有限责任公司供图
谈到UHPC现在这么火爆现状,黄政宇表示,UHPC是超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete)的英文缩写,属于第三代混凝土,是一种具有高抗压强度、高抗拉强度、高耐久性等显著性能特点的新一代混凝土材料。该材料由于其优良的力学性能、韧性和耐久性,使得工程结构的使用寿命大幅度提高,符合可持续发展、节能减排的国家战略发展要求。以往一些工程中的疑难问题可以通过UHPC在工程结构上的应用来解决,随着科研领域及业界对UHPC材料的重视,人们看到了UHPC优异的性能特点。因此,各工程领域都希望利用这种材料来解决传统材料在工程中遇到的技术难题。
“UHPC作为一种新的水泥基复合材料,通过新型钢—UHPC结构体系在工程中的应用,可以颠覆、甚至替代建筑与土木领域中的一些传统结构,以此得到进一步的推广。”黄政宇指出,在土木工程的桥梁领域,如湖南大学邵旭东教授团队研发的钢—STC桥面结构体系,相较于传统的钢结构桥面,更具社会经济效益,这种新型桥面结构能够解决传统钢桥面的痛点,同时节约维修费用,延长其使用寿命。在建筑领域,如风电行业,针对我国特殊地质环境的复杂要求,风电塔塔高限制、塔身与基座的建造与运输等问题,使用UHPC材料进行合理的钢—UHPC结构设计,能有效降低建造及运输成本。
简言之,在建筑、土木等工程领域的应用,只要针对工程的痛点、难点问题进行合理应用,UHPC材料是有良好的性价比及广阔的应用前景。
针对UHPC材料应用研究目前遇到的难点,黄政宇认为,随着大众对UHPC材料的认识,越来越多人了解到这种材料。然而作为第三代混凝土材料,其属性及知识普及度还远远不够。目前UHPC材料应用研究的难点主要是如何利用UHPC性能特点创新结构形式、制定相关的设计与施工规范、搭建从材料到结构到装备再到工业化的一套体系,从而为大规模推广与应用提供基础。
首先,作为替代传统材料来解决工程上痛点、难点问题的一种新型土木工程材料,UHPC在结构中的性能研究以及设计规范是推广应用的前提。在实际应用过程中,如何将材料合理的运用到结构设计中、各类标准与施工规范如何编制与修订是当前UHPC材料需要解决和完善的工作。 其次,完善与UHPC材料相关的工业设备、工艺装备、施工工艺的配套是急需开展研究的难点问题。UHPC材料的成功应用只有在材料、结构、施工、装备等多学科全链条化的协同合作的情况下,才能在实际工程应用中真正发挥出其价值。此外,当前特定的社会经济环境下,部分企业以低价、低品质扰乱市场,导致社会大众对UHPC材料价格与质量存在争议,在一定程度上限制了UHPC的应用。
总的来说,唯有以工程需求为导向研发材料,紧密地将材料与工程问题相结合,做好充分的科学研究以后,再进行市场化推广应用,才能真正将材料运用到实处。
黄政宇认为,要把一个好的研究成果运用到工程实际中,不能单靠简单的实验室的实验结果,而是要通过工程实践,把优秀的科研成果与生产实践相结合,做到产学研用协同发展。其中,湖南固力工程新材料是他从事科研应用及推广土木工程材料,尤其是UHPC材料的一个企业平台。借助这个平台,可以将一些好的研究结果真正的应用到工程实践,解决企业及工程行业的材料和结构难题,推动整个工程领域的创新和可持续发展。
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