中國超高性能混凝土 潮起湘江——專訪“中國混凝土與水泥制品行業杰出工程師團隊”湖南大學超高性能混凝土材料與結構創新應用團隊
時間：2024-08-28 來源：CCPA張紅 徐潔 分享：
7月22日，記者來到湖南大學土木工程學院，專程采訪前不久獲得行業內第一個“中國混凝土與水泥制品行業杰出工程師團隊”殊榮的湖南大學超高性能混凝土材料與結構創新應用團隊。
7月22日，記者來到湖南大學土木工程學院，專程采訪前不久獲得行業內第一個“中國混凝土與水泥制品行業杰出工程師團隊”殊榮的湖南大學超高性能混凝土材料與結構創新應用團隊。
大美湖南，沃野千里，地靈人杰。坐落于長沙岳麓山腳下的千年學府岳麓書院是湖湘文化的源頭，也是實事求是思想路線的策源地。在湖南大學岳麓書院的庭院里，千年學府弦歌不斷，書香萬里，湖南根脈，源遠流長。有著逾百年辦學歷史的土木工程學院，薪火相傳，人才輩出，那一位位在中國土木工程界如雷貫耳的杰出校友，那一項項在中國現代化建設中作出的成就和研發的成果，都令人肅然起敬。
記者在這里拜訪了湖南大學土木工程學院黨委書記劉文、副院長張超等領導和以黃政宇、邵旭東、方志為核心的湖南大學超高性能混凝土（U l t r a-h i g hPer for ma nce Concrete，簡稱“UHPC”）材料與結構創新應用團隊。這支由資深專家教授、青年教師和博士后組成的老中青人才隊伍，不僅是中國最先走進超高性能混凝土領域“吃螃蟹”的勇士，而且是在超高性能混凝土產業不斷創新、敢為人先、深耕細作、成果累累的團隊。
他們是中國“UHPC”領域異軍突起、威震四方的“湘軍”。
看著這些肩負使命，心懷天下，談起超高性能混凝土與結構便如數家珍的熱血學者和專家，記者的耳邊響起了“實事求是，敢為人先”的湖南大學校訓以及“惟楚有材，于斯為盛”的千古名言。
中國混凝土行業首個“杰出工程師團隊”殊榮花落湖南大學
2024年6月，在中國混凝土與水泥制品協會主辦的“2024中國混凝土與水泥制品行業大會”上，湖南大學超高性能混凝土材料與結構創新應用團隊被授予“中國混凝土與水泥制品行業杰出工程師團隊”榮譽稱號，以表彰他們在超高性能混凝土關鍵核心技術攻關和工程應用方面作出的突出貢獻和展現出的團結協作精神。這是中國混凝土與水泥制品協會首次設立“杰出工程師團隊”這一獎項。中國混凝土與水泥制品協會榮譽會長徐永模為杰出工程師團隊頒獎。大會為湖南大學團隊撰寫的頒獎詞是：
“人類歷史進程常以材料斷代作為社會發展的標志。工程結構更是如此，一代材料一代工程。1824年硅酸鹽水泥在英國問世，發展了當代水泥混凝土、鋼筋混凝土、預應力混凝土，開啟了人類社會城市化、現代化發展的歷程。但是，水泥混凝土材料的創新并沒有結束，也不能結束，因為還有許許多多的混凝土工程問題存在，難題未解、高峰未攀。20世紀70年代歐洲開始研發超高性能水泥混凝土，半個世紀過去，因材料成本居高不下，結構工程應用經驗缺乏，發展緩慢。1993年湖南大學在國內率先發表超高性能混凝土研究論文，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構及工程應用創新團隊，先后在UHPC材料性能、橋梁新結構、UHPC防護結構體系、UHPC橋梁工程成套施工裝備和施工工法等領域取得突破，為我國UHPC在土木工程領域的創新發展發揮了重要的示范引領作用。他們的成果入選交通運輸部重大科技創新成果項目，編制的交通部《公路橋涵超高性能混凝土應用規范》《鋼-高韌性混凝土組合橋面設計與施工規范》等政府技術標準，為UHPC在其他土木結構工程領域的應用創新提供了技術支撐。
迄今為止，湖南大學UHPC材料與結構創新應用團隊的成果已推廣應用于全國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。材料創新與工程化規模化應用使得我國UHPC材料價格10年間降低約50%，橋梁結構維護成本將減少數十億元。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的UHPC開發應用成果，獲得授權發明專利53項、教育部技術發明一等獎、中國公路學會科技一等獎、世界UHPC大會最優創新獎和榮譽獎等多項獎項，達到國際認可的領先水平。
一花引來百花開，百花爭艷春滿園。目前，全國UHPC工程應用創新呈現爆發式增長。UHPC發端于國外，發展于中國，奉獻于世界。湖南大學UHPC材料與結構創新應用工程師團隊是中國混凝土與水泥制品行業新時代創新發展的杰出代表。讓我們向他們致以崇高的敬意。”
湖南大學超高性能混凝土材料與結構創新應用團隊獲“中國混凝土與水泥制品行業杰出工程師團隊”榮譽稱號
湖南大學超高性能混凝土材料與結構創新應用團隊的獲獎不僅受到業內外的廣泛關注和贊譽，而且顯示出了團隊在中國混凝土與水泥制品行業超高性能混凝土創新領域的深遠影響力。
湖南大學以黃政宇領銜的團隊在研究并推動超高性能混凝土應用方面已有30多年，取得了國際領先的研究與應用成果。
1993年，由湖南大學黃政宇和沈蒲生等撰寫的題為《200 MPa超高強鋼纖維混凝土試驗研究》的論文發表在當年的第五期《混凝土》雜志上。論文的結論是：“超高性能混凝土（UHPC）本質上是纖維增強水泥基復合材料。在應用領域方面，它與普通混凝土類似，其性能表現卻又優于普通混凝土材料，可以作為土木工程領域中進階版的‘萬能’材料，用于土木和建筑工程的各個領域。”這是由中國專家學者撰寫的首篇以UHPC為主要內容的研究成果，以此為標志，UHPC進入中國。30多年來，UHPC這個發端于歐洲的先進水泥基新材料，在中國40多年波瀾壯闊的改革開放進程和高歌猛進的基礎建設大潮中，遇到了最適宜的成長沃土，并正在漸成氣候。而涌動中國UHPC這池春水的最初動力，正是來自湖南大學土木工程學院。可以說，如今正成燎原之勢的中國UHPC，潮起湘江。黃政宇永遠也不會忘記，20世紀90年代初，時任土木工程系主任的沈蒲生將從丹麥帶回的一種含有金屬纖維的新材料信息交給剛過而立之年的他，讓他做試驗多研究，并告訴他，一定要站在全球科技前沿，研究最先進的材料。當時改革開放大潮已經洞開國門，銘記著湖南大學的校訓，血氣方剛的黃政宇成為國內最先研究UHPC的學者。當時，尋找鋼纖維非常困難，申請經費也沒有響當當的“名頭”，但是湖南大學有個非常好的傳統，即“有個好想法，也能得到支持”，由此黃政宇獲得了寶貴的1500元啟動資金。在沈蒲生的幫助下，一位校友得知他們的需求后，為他們制造了UHPC專用的鋼纖維。從試驗、研究、思考，到第一篇論文問世，黃政宇從此與UHPC結下了一生的緣分。1993年，黃政宇在國內率先開展UHPC材料研究，使湖南大學成為國內最早開展相關研究的單位之一，通過深入探索，他掌握了UHPC材料的性能和制備方法，并持續不斷優化UHPC材料的性能。2000年，邵旭東和方志先后從國內外的文獻資料和留學訪問交流中，結識了UHPC，他們都從這個未來世界的新材料中看到了巨大的發展前景。之后，又陸續有年輕的人才進入，圍繞UHPC，一個志同道合且團結協作的團隊由此誕生。團隊的靈魂人物是黃政宇、邵旭東、方志，團隊成員還有李立峰、張陽、趙華、樊偉、曹君輝、楊劍、劉路明、鄧鵬、蔣正文、彭飛、蘇捷、周志敏等，他們在橋梁工程、加固工程、防護工程等領域保持長期密切合作。協助完成單位有湖南固力工程新材料有限責任公司、中南大學、廣東冠生土木工程技術股份有限公司、湖南中路華程橋梁科技股份有限公司等。他們默契地把主要研究方向放在UHPC材料、基于UHPC的結構設計理論和工程應用技術上，包括但不限于UHPC高性能橋梁新結構、UHPC結構抗沖擊性能、UHPC防護結構性能（抗侵徹、爆炸、侵爆一體）等，通過UHPC新材料和工程新結構協同創新，以解決傳統工程的痛點和難點。
這個團隊最寶貴的起飛點，在于沒有拘泥于為研究而研究，而是不約而同地將突破方向放在了UHPC符合市場規律的工程應用上。
方志和邵旭東先后與黃政宇建立合作，探索UHPC在橋梁工程領域、防護工程領域研究和應用的可能性，通過多年的持續攻關，在UHPC構件性能、橋梁新結構、UHPC防護結構體系研發等領域取得了突破，編制了多部技術標準，并同施工單位合作，研制了UHPC橋梁成套施工裝備和施工工法，將研發的系列原創性UHPC高性能橋梁結構推廣應用于國內外200余座實橋，為UHPC橋梁產業化應用提供支撐。他們曾主持國內首座全預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的預應力超高性能混凝土連續箱梁橋）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）的材料研發、結構研發、設計和建造技術支持；同時，他們在防護工程領域研究申請了2項國防發明專利、1部人防圖集，其成果已在多軍種防護工程及人防工程中得到了應用。多年來，團隊成員長期從事UHPC材料制備技術和基于UHPC材料的工程新結構創新理論與應用研究，在新型橋梁結構、工程新結構、加固工程、防護結構體系研發和應用等領域取得了重大突破，在科技論文、規范、著作、獎勵、產業化應用等方面共同產出了一批原創性特色成果，同時項目成果的產業化引領了UHPC在整個土木行業的快速發展，經濟和社會效益顯著。
湖南汝郴高速赤石特大橋（混凝土橋面板采用UHPC薄層加固）
團隊保持了30余年的合作關系，且不斷有青年教師加入，科研實力雄厚。研究成果已規模化應用于全國20余個省市及“一帶一路”沿線國家的重大工程和防護工程，其中，在橋梁工程領域方面，團隊主編交通運輸部行業標準《公路橋涵超高性能混凝土應用規范》《鋼-高韌性混凝土組合橋面設計與施工規范》（均已提交報批稿）等10余部技術標準；出版8部著作，相關論文入選“中國百篇最具影響國內學術論文”；授權發明專利53項，相關成果分獲國家科技進步二等獎、教育部技術發明一等獎、世界UHPC大會最優創新獎和榮譽獎、中國公路學會科技一等獎、中國交通運輸協會一等獎，入選交通運輸部重大科技創新項目。他們研發了一系列原創性UHPC橋梁新結構，配套更新UHPC攤鋪設備、施工工法及表面糙化工藝等，使UHPC高性能橋梁結構具有輕質高強、堅固耐久等突出優點，解決了我國傳統橋梁自重大、抗裂性差、節點薄弱等共性難題，鋼橋面疲勞開裂和運維成本高、大跨組合梁混凝土板自重大易開裂的難題，并為解決裝配式橋梁的諸多難題找到了有效途徑，助力我國橋梁的高質量發展。他們鍥而不舍地努力，帶來了亮眼的社會效益。2011年以前，我國UHPC橋梁應用總數只有3座，現在，200余座UHPC橋梁的產業化應用使我國土木工程領域UHPC的材料價格10年間降低約50%，節約橋梁結構的全壽命維護成本超過80億元。圍繞UHPC，湖南大學土木工程學院建立了科技創新平臺及重點學科，擁有典型專利，如含抗剪構造的鋼－超高性能混凝土組合橋面結構及其施工方法（專利號：2012105216681）、一種基于UHPC的帶地錨束的風電塔架（專利號：2023211966937）等100多個；主編或參編了DBJ 43/T 325—2017《活性粉末混凝土結構技術規程》、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構技術規程》和《公路橋涵超高性能混凝土應用規范》（正在制定中）等10余部國家、行業、團和地方標準；出版發行了《InnovativeBridge Structures Based on Ultra-High Per formanceConcrete (UHPC)》《基于超高性能混凝土（UHPC）的橋梁新結構—理論、試驗與應用》《橋梁設計百問》《混凝土結構智能化施工技術》《鋼纖維摻量對UHPC軸拉性能的影響》等10余本著作和600余篇論文。湖南大學土木工程學院用30年的時間，從UHPC及工程結構的理論到UHPC的市場應用，全方位地影響和引領我國UHPC的進步與發展。黃政宇、邵旭東、方志是中國UHPC界的“三劍客”，他們在材料與結構的細分賽道中各懷絕技且獨領風騷。黃政宇，1984年11月畢業于湖南大學土木工程系，獲得建筑材料碩士學位；現任湖南大學土木工程學院教授，全國混凝土標準化技術委員會高級顧問，中國混凝土與水泥制品協會超高性能混凝土（UHPC）全產業鏈協同創新工作委員會常務副理事長，中國土木工程學會混凝土與預應力混凝土分會理事，建設部、工信部高性能混凝土推廣應用技術指導組成員；長期從事UHPC和UHPC材料研究，對HPC和UHPC等水泥基材料的研究造詣高深；研究成果曾獲國家科技進步二等獎1項，省、部級科技進步獎共10項。
團隊工作照片
邵旭東，湖南大學土木工程學院教授、博士生導師，現任湖南大學橋梁工程研究所所長，長期致力于大跨與高性能橋梁結構研究，在中國率先以UHPC新結構解決傳統橋梁中的痛點和難點。邵旭東及團隊的系列原創研究成果已應用于全國200余座實橋，包括滬蘇通長江大橋、杭瑞高速洞庭湖大橋、海文跨海大橋、宜昌長江公路大橋等大型橋梁工程；主持國家自然科學基金重點項目、國家自然科學基金原創項目、湖南省重大專項等大型科研項目10 0 余項，授權發明專利50余項，編寫技術標準10余部；研發成果獲教育部技術發明一等獎1次，省科技進步一等獎2次，中國公路學會科學技術一等獎2次，中國交通運輸協會科學技術一等獎1次；成果入選交通運輸部“重大科技創新項目”，經權威專家鑒定，研究成果均達到國際領先水平。十年磨一劍，邵旭東憑借原創成果“鋼-UHPC輕型組合橋面新體系”，攻克鋼橋面的世界性難題，榮獲“2024年李國豪原創橋梁技術獎”。
北辰三角洲橫四路跨街天橋
（國內首座全預制拼裝預應力UHPC連續箱梁橋）
滬蘇通長江大橋
方志，湖南大學土木工程學院教授、博士生導師、中國土木工程學會超高性能混凝土材料與結構學術委員會和中國建筑學會新材料結構委員會副主任委員。他主持國家、省（部）級等科研項目研究70余項，其中，國家自然科學基金項目8項、國家重點研發計劃課題1項；發表學術論文350余篇，授權發明專利10余項，獲國家、省（部）級科技進步獎12項；主編了國內首部超高性能混凝土結構技術規程DBJ 43/T 325—2017《活性粉末混凝土結構技術規程》，與史才軍教授合作主編了《超高性能混凝土結構技術規程》（已提交報批稿）和亞洲混凝土聯合會（ACF）設計指南《Guidelines for UHPC StructuralDesign》（ACF-120001-2021）；主持了包括6座長江公路大橋在內的10余座橋梁和2棟大型工業廠房中UHPC應用的結構研發和建造技術支持；領銜開發的新型“CFRPUHPC”高性能巖錨體系，在湖南矮寨大橋和湖北丹江口水庫等特大橋梁工程中得到成功應用，解決了傳統預應力巖錨體系地下埋深大和耐久性不足的問題。在團隊的多項優異成果中，有2項成果足以記載于中國超高性能混凝土的史冊。
一是廣東馬房大橋。馬房橋位于肇慶四會市大沙鎮，于1984年建成通車。由于橋面剛度小，交通量大，重車多，導致橋面鋪裝頻繁破損，橋面鋪裝平均每3年大修一次。2011年，在廣東省交通廳主持下，采用了5種鋪裝方案同期施工，鋼-STC（超高韌性混凝土）輕型組合橋面結構技術成功地運用于馬房大橋的第11跨，經過重載交通、夏季高溫的雙重考驗，STC在同期施工的5種鋪裝方案中脫穎而出，成為該橋至今唯一不開裂的方案。
廣東馬房大橋（首次采用UHPC改造鋼橋面）
何為STC？從2008年起，邵旭東和團隊開始探索如何破解鋼橋面疲勞開裂和鋪裝層頻繁破損的世界性難題。他和團隊通過系列研究，發現了解決難題的關鍵在于：如何在不增加橋面自重的前提下，顯著提高橋面剛度。他們以湖南大學土木工程學院對UHPC多年的研究積累為基礎，研發了強化UHPC抗拉和收縮性能的鋼橋面專用超高韌性混凝土STC，并首創性地提出了鋼-STC輕型組合橋面結構。研究表明，STC可提高鋼橋面局部剛度超30倍，降低車載作用下鋼橋面應力達50%，從而為解決傳統橋梁中鋼橋面兩大世界性難題提供了有效途徑。2023年，邵旭東、黃政宇及其團隊前往廣東，對國內首次采用STC鋼橋面鋪裝技術的馬房大橋進行了回訪，其中，第11跨的STC鋪裝層至今已服役超過12年，仍然完好如初。
目前，STC鋪裝橋面在我國已用于200余座橋梁，應用的橋面面積超過了百萬平方米，成為中國繼鐵路電纜溝蓋板之后，目前UHPC使用量最大且成功的工程應用。UHPC作為最先進的土木結構材料之一，將成為未來橋梁、結構及建筑的主要發展方向和橋梁設計的關鍵。
二是矮寨大橋。湖南矮寨大橋，被美國國家廣播公司推薦為“十大非去不可的世界新地標”，工程背后凝聚著湖大土木人的突出貢獻。助力矮寨大橋的原始創新性成果之一，正是方志發明的基于UHPC粘結介質的新型巖錨體系。矮寨大橋地質復雜，若采用普通巖錨體系，其錨桿的埋深均大于20 m，導致60%以上的錨桿需要穿越地下溶洞后進行錨固，處理極為困難且耗費巨大。方志和課題組發明了一種由碳纖維復合材料（CFRP）為錨桿、超高性能混凝土（UHPC）為錨固介質的新型高性能巖錨體系，耐久性可提高2倍以上，UHPC與巖錨結合面間的粘結強度可達普通水泥砂漿的3倍以上；據此可大幅減小地下錨固深度，使大橋所有錨桿均在溶洞頂面以上得以可靠錨固，避免了復雜的地質處理，解決了傳統預應力巖錨體系地下埋深大和耐久性不足的問題。
矮寨大橋（巖錨體系CFRP筋為錨桿，UHPC為巖錨粘結介質）
武六長江公路大橋（UHPC灌注的鋼-混結合段）
三湘四水展芳華，芙蓉國里盡朝暉。在今日的湖南大學向世界發出一張張耀眼的名片中，土木工程學院的超高性能混凝土材料與結構創新應用團隊是其中奪目的存在。UHPC通過提高組織成分的細度與活性，使材料內部的孔隙與微裂縫減到最少，從而獲得超高強度與耐久性，是過去30年中最具創新性的水泥基工程材料。那么，UHPC未來會有怎樣的發展？在美國UHPC2023國際研討會上，加拿大V.H.Perry先生使用喬布斯書中提供的突破性技術市場發展基本規律—S形發展曲線，預測UHPC市場發展，他認為：“到2040年，全球對UHPC材料的需求估計每年為1000億美元；基于UHPC的工程建設，整體行業規模可達每年1萬億美元 。”美國混凝土學會主席Thomas Vert評價UHPC是混凝土行業未來的代表性材料；德國不來梅大學教授Karl-Heinz Reineck稱UHPC是人類工程學的一次革命；瑞士建筑師Patrik Schumacher說UHPC具有超強的抗壓、抗拉和抗彎強度，可用于修建具有極高要求的建筑和設施。目前，世界很多國家已將UHPC材料作為主要建筑材料應用于工程中，應用的主要形式有接縫類、薄層加固類、裝飾類、主體結構類等。2023年，中國UHPC用量超過14萬m3，主要工程應用為鋼-UHPC復合橋面、橋梁構件連接（濕接縫）、預制UHPC橋面板和橋梁構件及伸縮縫安裝、建筑幕墻和構件、市政工程構件，以及維修加固。盡管UHPC在全球范圍內的研究和開發歷程超過四分之一個世紀，但與傳統混凝土相比，它仍然是一種相對較新的材料，具有十分廣闊的發展前景。團隊合照——馬房大橋回訪
目前UHPC在中國各類工程上的應用還只是開始，一旦UHPC的性能和優勢被認識，將很快形成UHPC的開發和應用高潮。毫無疑問，近百年中，UHPC最大的市場在中國。為此，湖南大學土木工程學院的創新步伐一如既往地堅定和豪邁，邵旭東領導的UHPC橋梁團隊陸續開發了10余種新型橋梁結構，具有造價低、自重輕、施工便利、耐久性優等多重優點，應用于我國多座實橋示范性工程；此外，目前團隊還在積極研發UHPC超高風電塔架新結構，力爭以UHPC的優異性能助力我國風電塔架技術的發展。UHPC作為我國混凝土行業最具“新質生產力”秉賦與特質的新材料，前景可期。湖南大學黃政宇、邵旭東、方志帶領的中國超高性能混凝土“湘軍”，任重道遠，每一步都堅實有力，令人對UHPC的未來充滿期待。
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