活性粉末混凝土在中國鐵路的全球首次大規(guī)模推廣應(yīng)用

  （原標(biāo)題：中國新水泥是怎樣煉成的）

  依托高鐵建設(shè)工程形成的活性粉末混凝土材料研發(fā)和應(yīng)用，中國已經(jīng)走在世界前列。

  2017年10月，中國鐵路總公司發(fā)布《時(shí)速160公里、200公里客貨共線鐵路簡支T梁系列通用圖》（修訂版）。按照新圖集規(guī)定，全國所有新建普通鐵路橋梁蓋板將全部采用RPC（下稱“活性粉末混凝土”）材料。至此，中國鐵路使用了六十多年的普通混凝土（水泥）蓋板退出歷史舞臺(tái)。

  作為這一重大技術(shù)進(jìn)步的主要推動(dòng)者，北京惠誠基業(yè)工程技術(shù)有限責(zé)任公司（下稱“惠誠基業(yè)”）起到了關(guān)鍵作用?；菡\基業(yè)總經(jīng)理周之琪介紹說，活性粉末混凝土的抗壓強(qiáng)度可達(dá)到140～200兆帕，是普通混凝土的3～4倍，此外，其抗拉強(qiáng)度，斷裂韌性都遠(yuǎn)超普通混凝土。

  換句話說，這是一種新型超高性能水泥基復(fù)合材料?；钚苑勰┗炷猎谥袊F路的全球首次大規(guī)模推廣應(yīng)用，堪稱混凝土技術(shù)領(lǐng)域的一項(xiàng)重大突破。

  與此同時(shí)，周之琪說，活性粉末混凝土技術(shù)在地鐵建設(shè)、公路建設(shè)和國防戰(zhàn)備工程中的應(yīng)用研究開發(fā)也在進(jìn)行之中。中國在該領(lǐng)域已經(jīng)走在世界前列。

  建筑材料革命

  活性粉末混凝土是法國布依格實(shí)驗(yàn)室20世紀(jì)90年代初研發(fā)的一種超高強(qiáng)度建筑材料。1999年，周之琪在歐洲考察時(shí)與法國方面交流，首次接觸到這種應(yīng)用于核電項(xiàng)目的新型材料。

  周之琪認(rèn)為，這種材料如果能夠在國內(nèi)研發(fā)成功，一定有著廣闊的市場空間。為研發(fā)這種新型材料，他和同事組建團(tuán)隊(duì)，會(huì)同北方交通大學(xué)、鐵道部專業(yè)設(shè)計(jì)院等各方專業(yè)研究人員，先后從技術(shù)、設(shè)備、材料等多個(gè)領(lǐng)域開展調(diào)查。

  在調(diào)查過程中他們發(fā)現(xiàn)，生產(chǎn)活性粉末混凝土用的水泥、石英砂等基礎(chǔ)材料國內(nèi)基本具備，但達(dá)到普通混凝土三倍以上抗壓強(qiáng)度的關(guān)鍵——材料配比，沒有現(xiàn)成數(shù)據(jù)。另外，國內(nèi)沒有適合生產(chǎn)這類材料的高強(qiáng)度攪拌機(jī)，活性粉末混凝土專用的一種高強(qiáng)度鍍銅鋼纖維，國內(nèi)也無法量產(chǎn)，價(jià)格極其昂貴。

  為此，周之琪從法國購買了專用新型攪拌機(jī)進(jìn)行零件拆解，同時(shí)積極組織材料方面的調(diào)研，尋找鋼纖維的替代品。經(jīng)過近三年的努力，2003年底，周之琪團(tuán)隊(duì)的活性粉末混凝土研究取得突破，在實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證，抗壓強(qiáng)度超過普通混凝土的兩倍，達(dá)到140兆帕。

  周之琪團(tuán)隊(duì)的研究工作受到了原鐵道部的關(guān)注，這讓周之琪看到了市場的前景。2004年，他和團(tuán)隊(duì)在北京注冊(cè)了北京惠誠基業(yè)工程技術(shù)有限公司，開始活性粉末混凝土的商業(yè)化應(yīng)用嘗試。

  2005年，正值青藏鐵路建設(shè)的關(guān)鍵時(shí)期，為驗(yàn)證活性粉末混凝土的性能，建設(shè)單位決定將活性粉末混凝土生產(chǎn)的蓋板率先在這條世界上海拔最高、凍土路程最長的高原鐵路上試用。雖然試用里程僅僅數(shù)公里，但卻讓周之琪團(tuán)隊(duì)興奮得徹夜難眠。周之琪說，這證明我們五年的辛苦和努力沒有白費(fèi)。

  降成本擴(kuò)大市場

  活性粉末混凝土真正規(guī)模化應(yīng)用始于2007年。當(dāng)年，襄渝鐵路二線建成通車，全線采用了惠誠基業(yè)生產(chǎn)的高強(qiáng)度活性粉末混凝土蓋板。

  這是周之琪拿到的第一個(gè)批量生產(chǎn)的商業(yè)項(xiàng)目。周之琪說，“這也是活性粉末混凝土在國內(nèi)外的第一次成規(guī)模實(shí)際應(yīng)用，開創(chuàng)了在中國鐵路應(yīng)用的先例，在這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展歷史上具有里程碑式的意義?！?

  襄渝鐵路二線這一總價(jià)值3500萬元的訂單只是讓成立三年的惠誠基業(yè)實(shí)現(xiàn)盈虧平衡。依靠鐵路項(xiàng)目，企業(yè)活下來了，更為迫切的是，如何降低成本。彼時(shí)，普通混凝土蓋板每平方米250元，而活性粉末混凝土蓋板的價(jià)格達(dá)到了每平方米350元，造價(jià)增加了40%，應(yīng)用極大受限。

  為此，周之琪率領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開始將研發(fā)的目標(biāo)轉(zhuǎn)為優(yōu)化技術(shù)、降低成本。高強(qiáng)度鍍銅鋼纖維是活性粉末混凝土的主要材料之一，在制造成本中占據(jù)最大份額。然而由于需求量低，對(duì)原材料生產(chǎn)廠的議價(jià)能力低，價(jià)格一直居高不下。分析現(xiàn)狀后，周之琪廣泛尋找替代渠道，自行研制生產(chǎn)加工設(shè)備，并通過原材料替代，使鋼纖維的價(jià)格迅速降低。

  2009年以后，這一戰(zhàn)略舉措很快顯示出效果，隨著活性粉末混凝土在我國高鐵建設(shè)領(lǐng)域的推廣，其工藝日趨成熟，成本不斷降低，為大規(guī)模應(yīng)用創(chuàng)造了良好先決條件。當(dāng)前在鐵路工程建設(shè)領(lǐng)域所使用的活性粉末混凝土蓋板，其出廠價(jià)格和普通混凝土基本持平或略低，但運(yùn)輸和安裝成本極大降低，在材料抗壓抗折強(qiáng)度數(shù)倍提升的同時(shí)，其使用壽命期內(nèi)的綜合成本顯著下降，顯示出極其優(yōu)異的性能價(jià)格比。

  成本的降低讓市場機(jī)會(huì)迅速來臨。2009年3月原鐵道部決定在全國高鐵新建項(xiàng)目全面推廣該技術(shù)以后，在充分總結(jié)成功經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，2017年中國鐵路總公司進(jìn)一步?jīng)Q定，我國鐵路全部普通客貨混跑線路也開始應(yīng)用活性粉末混凝土電纜槽蓋板。

  新材料的巨大想象力

  活性粉末混凝土以鐵路附屬設(shè)施的形式進(jìn)入了市場，周之琪團(tuán)隊(duì)讓這種源自于歐洲的新型混凝土材料走出實(shí)驗(yàn)室，在工程實(shí)踐中有了用武之地。然而，在他看來這僅僅是一個(gè)開端。

  2009年，隨著鐵道部電報(bào)命令的落實(shí)執(zhí)行，周之琪率領(lǐng)他的團(tuán)隊(duì)將生產(chǎn)工藝向全國各鐵路客運(yùn)專線推廣，在中鐵工程總公司和中鐵建設(shè)總公司的二十多個(gè)集團(tuán)中，培養(yǎng)出以中鐵三局、中鐵四局為主要代表的活性粉末混凝土專業(yè)制造商，將這一技術(shù)成功應(yīng)用于以京滬高鐵線為代表的1.6萬公里高速鐵路。

  在支持全國高鐵施工單位掌握蓋板生產(chǎn)技術(shù)的同時(shí)，周之琪團(tuán)隊(duì)又開始了活性粉末混凝土新應(yīng)用場景的研究開發(fā)。

  隨著全國高鐵建設(shè)里程的不斷增加，對(duì)路基橋梁聲屏障需求與日俱增，使用量已經(jīng)達(dá)到全球第一，卻始終沒有形成獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

  周之琪團(tuán)隊(duì)通過與西南交通大學(xué)研發(fā)團(tuán)隊(duì)緊密合作，歷經(jīng)三年時(shí)間的艱苦努力，研發(fā)出了活性粉末混凝土生產(chǎn)的聲屏障。2017年2月，這種新型聲屏障已經(jīng)具備量產(chǎn)應(yīng)用條件和上道使用資質(zhì)。周之琪預(yù)計(jì)，鐵路新型聲屏障的市場空間預(yù)計(jì)將能夠達(dá)到每年60億～80億元并在今后處于持續(xù)增長之中。

  聲屏障的成功只是眾多應(yīng)用場景中的一個(gè)，活性粉末混凝土在更大范圍的應(yīng)用也已經(jīng)開始。在海洋工程和島礁建設(shè)工程、工業(yè)與民用建筑、市政工程、公路建設(shè)以及軌道交通等領(lǐng)域，活性粉末混凝土都展現(xiàn)出相當(dāng)廣闊的應(yīng)用前景。

  周之琪認(rèn)為，歷經(jīng)十三年研發(fā)與八年來的推廣，依托高鐵建設(shè)工程形成的中國活性粉末混凝土材料技術(shù)體系，經(jīng)歷了大批量生產(chǎn)應(yīng)用的考驗(yàn)，活性粉末混凝土實(shí)現(xiàn)了完全的國產(chǎn)化，積累了在全世界領(lǐng)先的生產(chǎn)管理經(jīng)驗(yàn)，達(dá)到了與普通混凝土相近的成本水平，打造成型完整自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)體系。