对准工程“难点”“痛点” 找到应用UHPC的突破口——专访湖南大学土木工程学院教授黄政宇
时间：2024-09-26 来源：CCPA张红 徐洁 分享：
敢为人先的湖南大学拥有一个非常棒的UHPC团队。2024年6月初，
把行业内第一个“杰出工程师团队”的殊荣赠予了湖南大学土木工程学院“UHPC材料与结构创新应用团队”。这份实至名归的荣誉让这个团队受到广泛的关注和期待。而这个团队的灵魂人物就是黄政宇。
坐在岳麓山下湖南大学土木工程学院质朴的办公室里，黄政宇说道：“湖南大学的校训是‘实事求是 敢为人先’，校训影响着每一位湖大人的人生观。我的兴趣是做研究，从湖南大学硕士研究生毕业后，我经常做的一件事情就是到图书馆查资料，在那里能看到美国等国家在无机非金属材料研究方面最前沿的信息。而土木工程学院前辈们传承给我们的理念就是高等学校要做最前沿的研究。”1991年，时任湖南大学土木工程学院系主任的沈蒲生从丹麦带回来了超高性能混凝土的信息及样品，他把样品交给黄政宇，语重心长地嘱托他去研究这个新材料。此时距超高性能混凝土（UHPC）这个近半个世纪来最先进的水泥基材料在欧洲发明仅仅过了十年。湖南大学的大开放机制，使黄政宇成为国内最早进入这个领域的专家学者之一。三十多年来，他不仅首开先河地克服种种困难研究和优化超高性能混凝土材料，而且锲而不舍地在UHPC的应用领域中深耕细作，如今他已是国内UHPC工程应用领域内硕果累累的知名专家。
敢为人先的湖南大学拥有一个非常棒的UHPC团队。2024年6月初，
把行业内第一个“杰出工程师团队”的殊荣赠予了湖南大学土木工程学院“UHPC材料与结构创新应用团队”。这份实至名归的荣誉让这个团队受到广泛的关注和期待。
1993年，黄政宇、沈蒲生等在国内率先发表了研究超高性能混凝土的论文，使得湖南大学成为国内最早开展相关研究的单位之一。通过深入探索，黄政宇掌握了UHPC材料的性能和制备方法，并持续不断优化UHPC材料的性能。之后，土木工程学院又逐渐形成了以黄政宇、邵旭东和方志为核心的超高性能混凝土材料与结构、结构与工程应用创新团队。他们与合作企业一起先后在UHPC性能、桥梁新结构、UHPC防护结构体系、UHPC桥梁工程成套施工装备和施工工法等领域取得突破，为我国UHPC在土木工程领域的创新发展发挥了重要的示范引领作用，也为UHPC在土木结构工程各个领域的应用创新提供了技术支撑。这个团队曾主持国内首座全预制拼装超高性能混凝土桥梁（长沙北辰三角洲跨街天桥，主跨36.8m的预应力超高性能混凝土连续箱梁桥）和目前世界上单锚承载能力最大（抗拔承载能力4800kN，湖南矮寨特大桥）高性能岩锚体系（CFRP锚杆，超高性能混凝土锚固介质）的材料研发、结构研发、设计和建造技术支持。多年来，团队成员在UHPC材料和高性能工程新结构协同创新方面取得了突破，并在科技论文、规范、著作、奖励、产业化应用等方面保持密切合作，共同产出了一批原创性特色成果，项目成果的产业化引领了UHPC在整个土木行业的快速发展，经济和社会效益显著。
北辰三角洲横四路跨街天桥(国内首座全预制拼装预应力UHPC连续箱梁桥) 
湖南汝郴高速赤石特大桥（混凝土桥面板采用UHPC薄层加固）
如何找到应用UHPC的突破口？黄政宇的理念是对准传统工程的“难点”“痛点”，显示UHPC与众不同的高维优势。广东的马房特大桥是一个成功的例子。传统桥梁中钢桥面板易疲劳开裂、铺装层易破损是两大世界性“痛点”和“难点”。马房桥于1984年建成通车，由于桥面刚度小，交通量极大，重车多，导致桥面铺装频繁破损，桥面铺装平均每三年大修一次。2011年，在广东省交通厅主持下，采用不同的五种铺装方案同期施工，黄政宇和邵旭东团队对STC（超高韧性混凝土）钢桥面铺装技术的优异性能深信不疑，他们成功地把这种技术与材料运用于马房特大桥的第11跨。经过重载交通、夏季高温的双重考验，STC成为该桥至今唯一不开裂的方案，桥面仍然完好如初，未出现车辙、开裂、坑槽等任何异常。马房特大桥(首次采用UHPC改造钢桥面)
国内首次采用STC钢桥面铺装技术在马房特大桥的成功示范使黄政宇和团队看到了UHPC在桥梁领域的广阔应用前景。
迄今为止，湖南大学UHPC材料与结构创新应用团队的成果已推广应用于全国20余个省市及“一带一路”沿线国家的200余座桥梁和多种国防工程。材料创新与工程化规模化应用使得我国UHPC材料价格10年间降低约50%，桥梁结构维护成本将减少数十亿元，包括目前世界上单锚承载能力最大的高性能岩锚体系在内的UHPC开发应用成果，获得授权发明专利53项、教育部技术发明一等奖、中国公路学会科技一等奖、世界UHPC大会最优创新奖和荣誉奖等多项奖项，达到国际认可的领先水平。桥梁成为中国目前UHPC使用量最大且成功的工程应用，UHPC作为最先进的土木结构材料之一，将成为未来桥梁、结构及建筑的主要发展方向和未来桥梁设计的关键。黄政宇说：“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工程领域中的一些传统结构以此得到进一步的推广。因为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。”在防护结构领域，黄政宇与方志联手进行UHPC工程结构的理论与创新应用研究，并在UHPC结构抗侵彻、抗爆等防护工程领域，取得了一系列研究成果和专利，提出了抵抗不同战斗部侵彻作用的UHPC防护结构体系，为重要工程结构提供了有效保护措施。他们和合作企业在防护工程领域研究已申请了2项国防发明专利、1部人防图集，其成果已在军队防护工程及人防工程中得到了应用。
中马友谊大桥
近年来，随着社会对UHPC接受及认可度的提高，UHPC已经成为工程界炙手可热的新材料，并在土木工程及建筑结构领域得到广泛应用。作为我国最早开展超高性能混凝土材料性能研究并将其成功应用于多项工程的知名学者，黄政宇表示，UHPC材料研发一定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。UHPC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。实践证明，以往一些工程中的疑难问题都可以通过UHPC在工程结构上的应用来解决，而UHPC也正是在攻克传统工程“难点”与“痛点”中被广泛认知和快速崛起的。
是在工程的各个领域寻找
高性价比和解决关键问题的UHPC应用
现阶段UHPC的推广应用工作主要是在桥梁工程、防护工程和地下工程三个领域。如今，他的梦想已经实现了前两个。他已把继续研究UHPC的注意力专注应用于大型结构工程、城市更新、高铁及PCCP管道等领域。面对未来，结合国家重大战略和高质量工程发展需求，在水利水电工程、深地及隧道工程、军事防护工程、海洋工程、新能源配套设施等基础上，团队将如何不断研究并开发出超高性能混凝土的创新应用，黄政宇和他的团队都有深刻的思考。
创新的路曲折而崎岖，需要做大量艰苦而细致的基础工作。几十年来，黄政宇与他的团队留下了坚实脚印。在专利方面，他们发明的重要专利有：含抗剪构造的钢-超高性能混凝土组合桥面结构及其施工方法，一种基于UHPC的带地锚束的风电塔架，钢内芯-混凝土组合梁的节段连接系统，一种轻型装配式钢-UHPC组合梁，一种定向配筋混凝土抗侵彻结构，一种装配式UHPC风机塔架，桥梁的组合桥面结构和桥梁结构，一种型钢-UHPC组合板的纵桥向接缝连接构造，一种型钢-薄钢板-UHPC组合板及桥面板，型钢、型钢-UHPC组合板、桥面板及钢-UHPC组合梁桥，一种UHPCNC混合箱梁和大跨刚构桥，一种空腹式箱形-岩锚组合式轻型地锚桥台及其施工工艺，一种基于纤维增强塑料筋锚杆与超高性能水泥基粘结锚固介质的岩锚体系的制备方法，一种预制桥墩与预制承台的连接构造及其对接式施工方法，一种超高韧性混凝土及其制备方法，一种摊铺机构及其摊铺机等。
团队合照
在制定标准和规程方面，他们所参加编制的重要标准和制定的规程有：DBJ 43/T 325—2017《活性粉末混凝土结构技术规程》、GB/T 31387—2015《活性粉末混凝土》、T/CECS 1057—2022《活性粉末混凝土加固钢结构技术规程》、中国工程建设标准化协会团体标准《超高性能混凝土结构技术规程》（报批稿）、T/CBMF 96—2020/ T/CCPA 20—2020《超高性能混凝土预混料》、交通运输部行业标准《公路桥涵超高性能混凝土应用技术规范》《钢- 高韧性混凝土组合桥面设计与施工规范》（均已提交报批稿）、T/CCES 27—2021《超高性能混凝土梁式桥技术规程》、T/CHTS10036—2021《高韧性混凝土组合桥面结构技术指南》、中国工程建设标准化协会标准《公路钢- 超高性能混凝土组合桥梁技术规程》（总校稿已通过审查）、T/CECA 20049—2024《超高性能混凝土桥梁技术规程》、DB 43/T 1173—2016《钢- 超高韧性混凝土轻型组合结构桥面技术规范》、DBJ/T 15-244—2022《装配式超高性能混凝土市政桥梁结构技术规程》等。在发表论文和出版著作方面，他们撰写的著作有：《土木工程材料》第二版（高校土木工程专业指导委员会规划推荐教材、“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材，黄政宇主编，中国建筑工业出版社，2011年）、《土木工程材料》（第二版，黄政宇主编，高等教育出版社2013年）、《Innovative Bridge Structures Based on Ultra-High Performance Concrete(UHPC)》（邵旭东主编，Elsevier，2024年）、《基于超高性能混凝土（UHPC）的桥梁新结构—理论、试验与应用》（邵旭东、曹君辉、张阳、李盼盼等著，人民交通出版社，2023年）、《钢-STC 轻型组合桥面—设计原理与工程实例》（邵旭东、曹君辉、李嘉著，科学出版社，2021年）、《钢- 超高性能混凝土轻型组合桥梁结构》（邵旭东，胡建华著，人民交通出版社，2015年）、《半整体式无缝桥梁新体系》（邵旭东著，人民交通出版社，2014年）、《桥梁设计与计算》（第二版，邵旭东、程翔云、李立峰编著，人民交通出版社，2012 年）、《桥梁设计百问》（第三版，邵旭东编著，人民交通出版社，2017 年）、《桥梁工程》（第六版，高等学校交通运输与工程类专业教材建设委员会规划教材、教育部高等学校道路运输与工程教学指导分委员会“十三五”规划教材，邵旭东主编，人民交通出版社，2023年）、《混凝土结构智能化施工技术》（杨剑、陈康军著，人民交通出版社，2017年）等。撰写的经典论文有：《200MPa超高强钢纤维混凝土试验研究》（黄政宇、沈蒲生、蔡松柏，《混凝土》1993年）、《200～300MPa 活性粉末混凝土（RPC）的配制技术研究》（何峰、黄政宇，《混凝土与水泥制品》2000 年）、《热养护过程中超高性能混凝土的收缩性能研究》（黄政宇、胡功球，《材料导报》2016 年）、《不同温度下超高性能混凝土的弯拉性能》（方志、刘绍琨、黄政宇、陈俊廷，《硅酸盐学报》2020年）、《超高性能混凝土在结构中的应用》（邵旭东、樊伟、黄政宇，《土木工程学报》2021年）、《超高性能混凝土受拉性能试验研究》（方志、周腾、刘路明、胡锐、黄政宇，《铁道学报》2022年）、《超高性能混凝土气体渗透性能的试验研究》（胡志豪、黄政宇、刘路明，《铁道科学与工程学报》2022年）、《超高性能混凝土抗氯离子渗透性能的试验研究》（黄政宇、单欣，《公路工程》2021年）、《混凝土三轴受压试验研究综述》（苏捷、莫衍、黄政宇，《公路工程》2020年）、《膨胀剂与内养剂对超高性能混凝土性能的影响》（刘路明、方志、黄政宇、裴炳志、吴玉友，《硅酸盐学报》2020年）、《应用SHPB试验对超高性能重混凝土动态性能的研究》（黄政宇、王若丁，《铁道科学与工程学报》2020 年）等。三十余年，从1500元的经费起步，从做井盖等小水泥制品入手，黄政宇和他的团队躬身拉纤锲而不舍地朝着做强做大中国UHPC的目标出发。在中国做UHPC的团队中，黄政宇和他的团队坚持两个底线，一是做高质量高性价比的产品，推动产品走向市场；二是坚定地针对传统工程项目中的“难点”“痛点”对症下药，让UHPC在攻坚克难中充分展现其巨大的优势和魅力。超高性能混凝土最具吸引力的性能特点是优异的耐久性。在严酷环境中应用时，结构的耐久性高，维护费用少，能解决工程疑难问题。良好的成型性能是超高性能混凝土又一个重要特点。由于超高性能混凝土的骨料最大粒径小，流动性高，易于制作成型，加上超高的强度和韧性以及优异的耐久性，使得超高性能混凝土应用时，设计和建造的自由度大。因此，也特别适用于“老、病结构”的维修加固，能有效解决特殊复杂结构的维修加固问题，同时可减少工程造价，节约资金。黄政宇坚信，采用超高性能混凝土的工程结构应用才刚刚拉开序幕，更多高性价比、低耗能耗材、长寿命的工程应用，还有待进一步开发。相信随着超高性能混凝土材料和结构的理论研究的发展，有关工程应用的深入进行，超高性能混凝土将在中国迎来一个蓬勃发展的时期。机会只青睐有准备的人，期待黄政宇和他的团队在广阔的UHPC市场中传来更多的佳音与捷报。
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