【科技進步類】一等獎：超高性能混凝土的低成本制備和多場景應用技術研究及標準規范建立
時間：2023-07-06 來源：CCPA科技工作部 分享：
項目針對UHPC的生產和應用技術需求，采用偏高嶺土和礦渣粉取代硅灰，制備出120MPa級UHPC，使UHPC的生產成本降低10%以上；在極低水膠比（≤0.18）條件下，制備出28d收縮率小于150x10-6，體積穩定性良好的200MPa級UHPC。利用UHPC將裝配式橋面板的濕接縫寬度由傳統的（1-2）m降低至（0.2-0.3）m，并提高裝配式墩柱的抗震性能；
2022年度中國混凝土與水泥制品協會
混凝土科學技術獎?科技進步類
項目展示
2022年度中國混凝土與水泥制品協會混凝土科學技術獎工作于2022年5月啟動，至2023年1月圓滿完成。報名期間共收到有效申報項目44項。經過專家評審委員會的初評及終評，共計36個項目獲獎，包括一等獎1項、二等獎16項、三等獎19項，其中“科技進步類”22項、“技術革新類”14項。
超高性能混凝土的低成本制備和多場景應用技術研究及標準規范建立主要完成單位：同濟大學、上海市城市建設設計研究總院（集團）有限公司、上海建工建材科技集團股份有限公司、上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司、上海復培新材料科技有限公司、上海東大化學有限公司、上海城建預制構件有限公司主要完成人：孫振平、李雪峰、吳德龍、王巍、李飛、翟立杰、桂植樑、楊海靜、胡方健、龐敏、水亮亮、盧子臣、冀言亮、葛好升、張挺
超高性能混凝土（UHPC）具有超高抗壓強度、超高抗拉強度、超高韌性以及超高耐久性等優異性能，被認為是服務我國重大工程建設的理想先進土木工程材料之一，契合國家重大發展戰略需求。然而，為保證超高抗壓強度，UHPC的水泥和硅灰用量較大，不僅使UHPC的生產成本高昂，還易引發工作性不佳以及收縮開裂等問題，反而對其力學性能和耐久性產生不利影響。另外，UHPC的優異性能使其在預制構件、特殊結構以及加固等工程中具有顯著優勢，但目前仍未形成科學的配套設計方案，難以保證相關工程的質量可靠性和安全性。同時，UHPC的生產及應用較為粗放，在原材料選取、性能檢驗以及工程應用等方面缺乏統一的標準，極大地限制了UHPC的進一步推廣和應用。
項目針對UHPC的生產和應用技術需求，采用偏高嶺土和礦渣粉取代硅灰，制備出120MPa級UHPC，使UHPC的生產成本降低10%以上；在極低水膠比（≤0.18）條件下，制備出28d收縮率小于150x10-6，體積穩定性良好的200MPa級UHPC。利用UHPC將裝配式橋面板的濕接縫寬度由傳統的（1-2）m降低至（0.2-0.3）m，并提高裝配式墩柱的抗震性能；設計并實施了全預制輕型UHPC橋梁蓋梁、鋼筋/普通混凝土與UHPC的組合梁以及UHPC加固層。主導/參與制定了UHPC標準，規定了UHPC的原材料、分類、性能要求及試驗方法，指導并規范了UHPC在橋梁、公路以及加固等工程中的結構設計、施工及質量檢驗細則，使UHPC產品質量及施工質量控制有據可依。
（1）基于超細顆粒的填充效應、粒級的優化作用以及摻合料的活性效應，通過大量試驗研究，形成了利用偏高嶺土和礦渣粉取代硅灰制備120MPa級UHPC的技術，大幅降低了UHPC的原材料成本；在極低水膠比（≤0.18）條件下，基于顆粒最緊密堆積理論、多尺度原材料配伍、配套混凝土外加劑技術以及纖維復合技術，建立科學的UHPC制備技術，在保證工作性能和力學性能的前提下，實現UHPC的流變調控以及限制收縮開裂的目標，充分保障UHPC的耐久性。
（2）針對UHPC在預制構件安裝工程、組合結構構件制造以及加固工程等領域的應用趨勢，綜合理論分析及數值仿真方法，提出了UHPC濕接縫、預制橋梁蓋梁、鋼筋/普通混凝土與UHPC的組合梁及UHPC加固層的設計與實施方案，并通過大比例模型試驗，驗證了設計依據的合理性，確保UHPC在多場景應用中的可靠性和安全性。（3）圍繞UHPC生產企業，主導制定了2部《超高性能混凝土》企業標準，規定了UHPC的原材料及試驗方法，使UHPC產品質量控制有據可依；進一步地，重點編制了協會標準《超高性能混凝土預混料》以及團體標準《超高性能混凝土（UHPC）技術要求》，完善了UHPC的分類、性能要求及檢驗規則等內容，確保UHPC順利交付；同時，項目組主編了《橋梁工程超高性能混凝土應用技術標準》以及《公路橋梁超高性能混凝土加固技術指南》等標準，指導并規范了UHPC在橋梁、公路、道路、機場、建筑以及加固等工程中的結構設計、施工及質量檢驗細則。通過從UHPC的生產端和應用端形成統一的技術標準規范文件，確保了UHPC工程安全可靠、適用耐久、技術先進且經濟合理。
課題獲得4項國家級項目和6項省部級項目支持，獲得授權國家發明專利及實用新型專利67項，成功向生產力轉移32項；發表高水平學術論文71篇（其中SCI收錄29篇，EI收錄42篇）；編制正式發布國家、行業和團體標準7項；形成4項研究成果，經鑒定均達到國際先進水平。
實用新型專利（部分）
所形成的UHPC制備技術在勝辛南路蕰藻浜大橋加固維修工程、崧澤高架西延伸工程、昆明繞城高速、崇明生態大道、蘇州市東環快速路、新疆烏市城北主干道、寧波機場快速路以及上海有軌電車T1線等十余個省、直轄市和自治區的重點工程中得到成功應用。完成單位利用本項目技術成果實現總年產值（2021年）超過20億，取得了良好的經濟效益和社會效益。
烏魯木齊市城北主干道機場高速互通立交工程PPP項目
寧波市機場快速路南延南段（繞城高速-岳林東路）工程施工Ⅴ、Ⅶ、IX 標段同濟大學材料科學與工程學院前身為材料界著名學者黃蘊元先生創立于1956年的建筑工藝系，是全國最早成立的建筑材料系科之一。學院設有土木工程材料、無機材料、高分子材料3個系，擁有材料科學與工程一級學科博士學位授權點和博士后流動站，設有2個本科專業， 4個碩士和博士研究生培養方向；擁有先進土木工程材料教育部重點實驗室、上海金屬功能材料開發應用重點實驗室以及上海市粉末冶金汽車材料工業技術工程中心，主辦有中文核心期刊《建筑材料學報》。學院在材料科學與工程學科的基礎、應用基礎和高新技術領域積極探索創新，承擔了包括973、863、國家重點研發計劃以及國家自然科學基金重點項目等國家級科研項目和國家重大工程建設項目；獲得了國家科技進步二等獎、技術發明二等獎以及省部級科技一等獎等科技獎勵，并向社會輸出了一批高科技成果。學院當前面向世界科技前沿和國家重大需求，重點開展新型能源材料、電子信息材料、生物醫用材料、碳基納米材料、低碳綠色建筑材料、特種功能磁性材料等方向的材料交叉科學研究，力爭打造成為材料領域高層次人才的匯聚地和高水平成果的發源地。
上海市城市建設設計研究總院（集團）有限公司成立于1963年，是從事基礎設施建設的勘察、設計、總承包為主的綜合性設計咨詢研究單位，具有國家工程設計綜合甲級、國家工程勘察綜合甲級、工程咨詢甲級綜合資信，為工程建設提供全行業、全過程服務。上海城建設計集團作為國內最早一批探索裝配式橋梁全套技術的設計研究單位，通過十多年的技術積累，在集團公司裝配式橋梁技術研發中心的基礎上，于2017年8月1日，由上海市科委批準牽頭成立了“上海工業化裝配化市政工程技術研究中心”。中心聚焦于裝配式市政工程技術和新材料的應用研究，承擔了上海市住房和城鄉建設管理委員會課題“UHPC在橋梁預制結構中的應用研究”等多項課題，主編上海市工程建設標準《橋梁工程超高性能混凝土應用技術標準》DG/TJ08-2401-2022中國公路學會標準《公路橋梁超高性能混凝土加固技術指南》T/CHTS10066-2022等多部超高性能混凝土相關標準，為推動超高性能混凝土在工程中的應用做出來貢獻。上海建工建材科技集團股份有限公司是上海建工集團股份有限公司的全資子公司，是上海地區預拌混凝土、預制構件生產銷售的龍頭企業。公司擁有完善的科技研發三級體系，技術和產品廣泛應用于超高層建筑、地鐵隧道、市政建設、公共建筑、工業建筑和民用建筑等領域，擁有全國建筑業科技進步與技術創新先進企業證書和上海科委頒發的“高新技術企業”證書，一批小眾精品混凝土引領行業技術新風尚。公司先后榮獲“全國五一勞動獎狀”、“上海市重點工程實事立功競賽金杯公司”、連續32次獲得“上海市重點工程實事立功競賽優秀公司”，被特色命名為“建設先行官”。所參建的工程多次獲得國家科技進步獎、中國土木工程詹天佑獎、國家魯班獎和上海市白玉蘭獎。上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司（簡稱上海市政總院）成立于1954年，從事規劃、工程設計和咨詢、工程建設總承包及項目管理全過程服務。上海市政總院堅持科技創新，累計獲得國家、省部級科技進步獎200余項次，中國土木工程詹天佑大獎20項，專利申請量達3000余項。被評為國家知識產權示范企業和上海市優秀高新技術企業，形成22項核心技術，并付諸工程實踐。擁有4個國家級科技創新平臺、6個市級技術研究中心，主編國家、行業和上海市地方標準規范（標準設計）90余項。上海復培新材料科技有限公司成立于2016年，主要致力于固體廢棄物資源再利用技術的研發，以及新型綠色環保節能建材的研發、生產、銷售、推廣及工程應用。公司相繼與同濟大學、上海大學、南京大學、上海市政設計研究總院、上海市建科院等科研院所聯合建立了“超高性能混凝土（UHPC）產學研基地”、“資源綜合利用及新型建材產學研用合作基地”等，研究地方性原材料---鋼渣、脫硫石膏、粉煤灰等固廢的資源再利用技術，并以此為原料制備綠色環保節能建材。公司現已成功研制生產“超高性能混凝土（UHPC）”、“反射隔熱涂料組合脫硫石膏輕集料砂漿保溫系統”等綠色節能產品，并廣泛應用于上海、安徽、浙江、新疆、江蘇等工程項目中。公司擁有發明專利17項，制定企業標準4項，參編團體標準5項，擁有企業自主商標24項，并榮獲上海市高新技術企業、上海市專精特新中小企業、上海市科技小巨人培育企業等多項榮譽。上海東大化學有限公司成立于2010年6月，公司產業定位于EO/PO下游衍生物的研發、生產和銷售，擁有聚羧酸減水劑聚醚、非離子表面活性劑、特種聚醚、防水與密封材料四大系列產品。業務范圍涵蓋日化洗滌、電器節能、綠色建材、高速鐵路、地鐵隧道等諸多領域。2017年，“東大化學”表面活性劑獲得上海市名牌稱號，上海市企業技術中心等；2019年高分子量PEG產品及其催化劑技術開發獲得上海市科學技術發明三等獎。上海城建預制構件有限公司隸屬于隧道股份市政集團旗下，公司從產品制造端出發，通過深化設計、新材料應用、信息化建設、生產配套設施研發、技術咨詢服務以及投資運營等層面，形成“產、學、研、營”為一體的預制裝配式全產業鏈推進平臺，全面推進建筑工業化發展。50多年來，構件公司完成了管涵、管片類產品生產500多公里，房建PC構件設計生產施工60多萬平方米。自2016年介入市政PC生產板塊以來，先后參與了S26入城段高架快速路、濟陽路快速化改建、A30沿江通道、兩港大道高架快速路、軍工路快速路新建、崇明建設公路改擴建等諸多市政建設工程項目。獲得專利發明百余項，參與地方與國家規范標準編撰，獲得預制裝配式優秀企業等榮譽，并于2020年榮獲上海市裝配式建筑產業基地稱號，2022年獲評“國家高新技術企業”。
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