高性能混凝土——建設工程的千年大計

　　人們都希望自己是長壽的，同時也希望自己居住的房屋、行走的道路、橋梁和看到的一切都是長久的。我們正在為此努力工作。

　　人們也許沒有感覺到，我們是生活在混凝土的世界里。觀察一下周圍，無論是道路、橋梁、大壩、港口，還是管道、房屋等，到處可以看到混凝土的身影，混凝土是用量最大的基本建筑材料之一。

　　可以說混凝土無處不在。全世界有多少混凝土建筑物和構筑物?我國有多少?可能沒有人說得清楚。然而，近年來我國新增的混凝土量是可以粗略統(tǒng)計的。我國每年投入兩萬億元用于基本建設。其中大部分是基礎設施建設。按照水泥產(chǎn)量推算．每年有約20億立方米的混凝土用于工程建設，任何一個轟轟烈烈的建設工地，混凝上都是主角。

　　看到如此多的混凝上建筑，人們也可能不會去想，這座建筑的壽命還有多少年?然而，作為混凝土工程技術研究人員，對與混凝上有關的信息反應是敏感的、迅速的，并且會深入思考、提出課題。特別是在承擔國家“九五”、“十五”科技攻關項目劃間，項目組的成員似乎生活在混凝土的世界里，看到墻上的裂縫就會問：“這是不是堿骨料反應?”看到混凝土罐車開過，就會想，車里裝的應該是高性能混凝土吧。三峽大壩高性能混凝土澆筑量一年就超過500萬立方米，使我們感到振奮；而一些橋梁倒塌、建筑物的破壞也使我們擔憂。聽說有重要工程啟動，我們馬上積極聯(lián)系，爭取參與其中，把研究成果應用進去。能夠聯(lián)系到工程應用單位，是我們最高興的事情，能到工地現(xiàn)場，是我們最開心的事情。我們的項目成果已在百余個工程中應用。

　　國際上高性能混凝土的研究始于20世紀90年代初。那時，國外發(fā)現(xiàn)大量建（構）筑工程因混凝土耐久性問題而喪失使用功能，造成巨額經(jīng)濟損失，全世界每年用于工程修復和重建的費用高達數(shù)千億美元。發(fā)達國家紛紛開始投巨資開展研究一種以“提高混凝土的耐久性能”為主要核心的高性能混凝土技術，即大幅度提高混凝土抵抗各種侵蝕性氣體和液體腐蝕的能力。

　　90年代后，國家有關部門通過調(diào)研，敏銳地覺察到，我國正處在高速發(fā)展時期，每年的混凝土用量不斷增加，一批重點工程正在興建相籌劃：如長江三峽水利樞紐工程、跨?？缃拇笮蜆蛄骸⒀该桶l(fā)展的高等級公路、國家高速鐵路網(wǎng)、大中型飛機場等，因此我國與發(fā)達國家一樣存在著提高混凝土耐久性的重要性和迫切性，應該未雨綢繆，果斷地投入資金，在國家層面上大力支持科研單位和高等院校在高性能混凝土領域進行研究工作和工程應用。

　　今日再回首，我們深深感到，這些研究項目雖然支持經(jīng)費有限，但對于引導高性能混凝土發(fā)展和應用具有得大和深遠的意義。特別是在“九五”和“十五”連續(xù)的國家重大科技攻關項目中，由中國建筑材料科學研究總院牽頭組織了國內(nèi)幾十個科研單位、高等院校的一大批專家進行聯(lián)合攻關。經(jīng)過10多年的艱苦努力，解決了許多技術難題，取得了大量具有國際先進水平的研究成果，形成具有我國自主知識產(chǎn)權的高性能混凝土技術，并在近百個工程中應用，至今仍在被大力推廣。項目取得的科技成果，在國內(nèi)外產(chǎn)生了較大影響，在指導我國重點和大型混凝土工程建設的同時，喚起了我國政府部門和工程界對混凝土耐久性問題的高度重視，統(tǒng)一了認識，使混凝土工程從“以強度設計”為主轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙阅途眯院蛷姸仍O計”為主，加快了混凝土耐久性設計規(guī)范化的進程。國家對這些科研項目的支持，也吸引和留住了一批科技人才致力于研究高性能混凝土技術。如今我國的高性能混凝土研究團隊已經(jīng)成為國際該領域中最為活躍和碩果累累的團隊。

　　回想1996年，當?shù)弥爸攸c混凝土安全性的研究”被列為國家“九五”科技攻關項目時，整個水泥混凝土行業(yè)都轟動了，這是混凝土領域第一個國家攻關項目，多少老混凝土科技工作者為之感慨，國家重視混凝土材料的研究了!承擔項目組織工作的中國建筑材料科學研究總院也感到了神圣的責任和壓力。

　　在隨后的5年里，在國家有關部門的領導下。中國建筑材料科學研究總院牽頭組織南京化工大學、中國水利水電科學研究院、武漢理工大學、北京科技大學、中國建筑科學研究院、同濟大學、蘇州混凝土水泥制品研究院、清華大學等國內(nèi)相關科研院所和大學，開展跨部門、跨行業(yè)的聯(lián)合攻關。圍繞高性能混凝土技術進行了全面、系統(tǒng)、深入的研究，彌補我國在這方面的不足，解決了確?；炷敛牧习踩缘囊幌盗嘘P鍵科學技術問題，推動了我國水泥混凝土材料學科技術水平的發(fā)展。

“十五”期間，混凝土耐久性的研究工作再次得到國家科技部的高度重視，設立了國家科技攻關項目“新型高性能混凝土及其耐久件的研究”，由中國建筑材料科學研究總院再次組織相關單位聯(lián)合攻關，在完善已有成果的基礎上，基于材料科學技術的最新發(fā)展和工程建設需要，針對新型高性能混凝土、高性能輕骨料混凝土集中力量開展研究。

　　在10多年的時間里，有上百人參加了這兩個項目的研究。項目的研究過程是艱難的?；炷聊途眯詫嶒灤蠖际窃诟邷?、高濕、化學腐蝕等特殊嚴酷實驗條件下進行的，混凝土工程施工現(xiàn)場的生活條件和工作條件很艱苦。為了保證研究設計的混凝土配制技術路線在工程中得以正確應用．科研人員都深入到工程一線，確保了多個國家重點重大工程的質(zhì)量。那時，由于高性能混凝土還沒有普遍推廣，有的課題組為找一個實施點要聯(lián)系很多個工程，要做大量的說服工作。在困難面前大家沒有氣餒，而是堅韌不拔，團結合作，勇敢向前。

　　一位工程師為尋找典型的活性骨料做對比實驗，翻山越嶺，走破了幾雙鞋；

　　一位教授為了完成防止鋼筋銹蝕的工程實施，在直不起腰的橋下連續(xù)工作幾個小時；

　　一位研究生去青藏鐵路取樣品，被風雪困在唐古拉山，當他在一個小站吃到一碗熱面時，他說：“這是我吃過的最好吃的面!”；

　　一位老教授不顧年長，帶領自己的團隊，冒著黑龍江深冬的冰雪嚴寒，在同三高等級公路上進行混凝土路面的鹽凍實驗；

　　幾位工程技術人員用研制的修補劑為損壞的軍港碼頭做修補，險些被漲起的潮水困住，但當看到潮水退去，剛修補過的地方修補劑依然還在時，他們露出了笑容；

　　一次次艱苦的實驗，一場場激烈的研討，一夜夜燈下奮筆，一個個大型工程的應用……至今都是大家難忘而美好的回憶。

　　功夫不負有心人。經(jīng)過10多年的辛勤積累，上百名科技工作者的汗水和智慧結晶出了我國自主知識產(chǎn)權的高性能混凝土技術，形成了大量高水平的技術和產(chǎn)品，我國在新型膠凝材料研制、中等強度等級高性能混凝土配制、新型混凝土外加劑生產(chǎn)技術、應力狀態(tài)下混凝土耐久性能的研究等方面都居于國際先進水平。通過系統(tǒng)的科研工作，我們閘明了高性能混凝土原材料選擇的依據(jù)，提出了許多新的實驗方法，研發(fā)了系列新材料，還建立了一批科學實驗的研究基地和穩(wěn)定的原料基地，很好地滿足了我國各行業(yè)對高性能混凝土的需要。項目研究成果使原來無從控制的混凝土耐久性有了明確的技術要求和控制措施，有力地推動了我國混凝土技術的進步。

　　汗水耕耘，終有所獲。2004年，“混凝土耐久性關鍵技術研究及工程應用”獲得國家科技進步二等獎，高性能混凝土技術也成為原建設部建筑新技術促進應用辦公室向全國建筑業(yè)推廣的10項新技術之一。

　　對高性能混凝土技術的系統(tǒng)研究，為我國重點工程提供了一批新理論、新技術、新成果，同時，還參考研究成果制定了多個標準、規(guī)范、方法和技術條件。在科研項目的研究過程中和項目完成后，我們堅持既重視理論研究，又重視加快成果轉(zhuǎn)化的原則，在完成國家科技項目的基礎上，為三峽工程、青藏鐵路、南水北調(diào)、田灣核電站、首都機場新航站樓、向家壩水電站、三門核電丁程、南京地下鐵道工程、渝懷鐵路重慶嘉陵大橋、武漢長江一橋、武漢長江二橋等100多個工程的建設提供了強有力的技術支持。項目的直接經(jīng)濟效益達兩億元，間接經(jīng)濟效益達數(shù)百億元。僅舉兩例： 

　　1．高性能混凝土技術解決了青藏鐵路工程混凝土堿—骨料反應安全性難題。

　　青藏鐵路工程在施工沿線選用砂、石，不可避免地使用了某些存在潛在堿活性的骨料，工程采取了一些抑制堿一骨料反應措施，如：限制混凝土的堿含量、摻加抑制堿—骨料反應作用的專用外加劑等。但是，如果該抑制措施無效，就可能發(fā)生混凝土“癌癥”，引起整個混凝土結構的破壞。因此，準確鑒別已經(jīng)使用的砂、石骨料的堿活性程度，并準確判斷采取抑制措施的可靠程度成為整個工程驗收前必須闡明的問題。

　　這兩個問題都是世界性難題，沒有確定的實驗方法和標準。受青藏鐵路總指揮部的委托，中國建筑材料科學研究總院、南京工業(yè)大學的技術人員利用“九五”和“十五”攻關取得的堿—骨料反應方面豐碩的研究成果，為青藏鐵路指揮部解決了這個難題。技術人員首先在高原缺氧、嚴寒和強烈紫外線的惡劣環(huán)境下，采集了從格爾木到拉薩青藏鐵路建設使用的全部79個骨料樣本，采用骨料堿活性綜合判定法，經(jīng)過大量試驗和分析，準確完成了青藏鐵路骨料堿活性普查工作，證實青藏鐵路所用骨料中沒有蛋白石等高活性成分，只有少量的次活性成分玉髓、微晶質(zhì)至隱晶質(zhì)石英、波狀消光石英等組分。隨后，又利用攻關項目取得的國際先進成果，完成了《青藏鐵路混凝土摻合料抑制堿一硅酸反應效能評估方法》。該方法按實際工程配合比，進行小混凝土柱的快速實驗。用這種方法評估后證實，青藏鐵路工程采取的摻合料抑制堿—骨料反應的措施是有效的，工程發(fā)生高活性堿—骨料反應破壞的可能性基本沒有，總體堿—骨料反應安全性是可以放心的。

　　2．高早強抗裂高性能混凝土技術不斷延伸特殊鑿井的深度。

　　凍結法是煤炭行業(yè)特殊鑿井的一種主要施工技術，凍結深度是凍結法鑿井難易程度的一個重要標志。根據(jù)凍結段井壁結構和施工特點，深井必須選用高強度等級混凝土，以減小井壁厚度，增強外層井壁抵抗凍結壓力和井壁整體抵抗外力的能力。煤炭行業(yè)混凝土施工的傳統(tǒng)方法水泥用量大，混凝土易收縮開裂，且價格較高，限制了煤礦建井深度。中國建筑材料科學研究總院通過大量實踐，研發(fā)了J85l早強減水劑(外層井壁用)和JQ防裂密實劑(內(nèi)層井壁選用)兩種新型混凝土外加劑，推出了深井井壁高性能混凝土技術。這種新技術降低了溫度應力引起的開裂，提高了工程壽命；混凝土的流動性好，施工速度大大加快；混凝土的單方成本下降一半以上，這些優(yōu)點使礦井的安全使用年限有了技術保證，得到了煤礦行業(yè)的認可。從2000年開始，采用高性能混凝土新技術建設了10口深井．最深的井達到了600米以上，混凝土強度達到C100。依靠我們團隊的艱苦努力，不斷刷新凍結法鑿井井深的世界紀錄，創(chuàng)造著世界建井史上的一個個奇跡。

 

　　“九五”、“十五”科技攻關項目的完成，得到了行業(yè)的院士、老專家的指導和支持，我們的機遇也讓他們羨慕。有位老混凝土專家感慨地說：“你們這批科技工作者生活在一個好的年代——國家大規(guī)?；窘ㄔO要持續(xù)20年，你們可以大有作為。

　　20年后大量建筑物又要維修和重建，你們又可以大干20年。前者，我們感到天地廣闊，責任重大，但后者如果成為現(xiàn)實，我們會羞愧無比。我們要讓我們親手建設的工程壽命達到百年、千年，成為支撐國民經(jīng)濟發(fā)展的基礎。

　　今天，高性能混凝土已經(jīng)在大城市的建筑領域廣泛應用，這與我們在20世紀90年代率先開始進行的高性能混凝土理論研究和工程實踐是密不可分的。目前，我們一方面密切關注高性能混凝土的發(fā)展和國家重大工程的需求，繼續(xù)深入研究混凝土耐久性的新技術和新材料。另一方面，高性能混凝土的科研成果也在公路、鐵路、水工和核電等行業(yè)大力推廣。為工程的“長壽”提供了技術支持，一直關注高性能混凝土技術研究進展的中國工程院院士唐明述教授寄語我們：“我希望年輕一代的科技人員繼續(xù)創(chuàng)新，帶動高性能混凝土的深入研究和廣泛應用，把我國重點工程壽命延長到百年以上，造福子孫后代?！?/DIV>