【中國低碳混凝土在行動】低碳混凝土助中國高鐵領跑全球

在喜迎國慶74周年之際，中國混凝土與水泥制品協(xié)會推出《中國低碳混凝土在行動》系列報道。以高性能混凝土（UHPC）、生態(tài)混凝土、再生混凝土及混凝土行業(yè)消納大宗工業(yè)固廢和建筑垃圾等市場應用成果為重，綜述中國混凝土與水泥制品綠色低碳發(fā)展的成就，傳播中國混凝土與水泥制品行業(yè)在國家高質量發(fā)展進程中的巨大產(chǎn)業(yè)價值。

2008年的8月1日，我國自主建設的第一條最高時速350公里高速鐵路——京津城際開通運營，中國正式跨入高鐵時代。全國鐵路營業(yè)里程從2012年的9.8萬公里增長到2022年的15.5萬公里，其中高鐵從0.9萬公里增長到4.2萬公里，穩(wěn)居世界第一。十多年來，從渤海之濱到西部戈壁，從中部平原到西南群山，從東北雪原到江南水鄉(xiāng)，中國高鐵從零起步，串珠成線、連線成網(wǎng)，占全球高鐵運營總里程的三分之二，累計運送旅客超過70億人次。在“國民經(jīng)濟命脈”實現(xiàn)史無前例跨越式的發(fā)展中，有高性能混凝土澆筑的牢固基礎。

2023年，在各地持續(xù)推進重大項目建設中，多個高鐵工程建設取得新進展。

在內蒙古，隨著1號墩混凝土澆筑完畢，由中鐵十五局承建的包銀高鐵銀巴支線沙冬青特大橋下部結構順利完工，標志著大橋施工建設取得重大階段性成果。在陜西，西十高鐵天竺山一號隧道施工現(xiàn)場，中鐵十一局建設者在進行混凝土澆筑等作業(yè)，目前該隧道正洞掘進施工已突破2500米。在重慶，西渝高鐵康渝段高升1號隧道施工現(xiàn)場，隧道洞口標準化建設已完成，主體工程在有序推進中。

在湖北，襄荊高鐵沙港河水庫特大橋完成連續(xù)箱梁首次混凝土澆筑，為全線如期建成通車奠定堅實基礎。在浙江，杭臺高鐵溫嶺至玉環(huán)段(溫玉鐵路)首榀混凝土預制箱梁澆筑完成，意味著溫玉鐵路建設取得新突破。在福建，廈門北站全新亮相。據(jù)介紹，廈門北站是國內首條跨海高鐵福廈高鐵全線中施工難度最大的車站。

混凝土是高速鐵路建設中使用量最大、外部作用最復雜、服役年限要求最高的基礎性工程材料，其施工技術、產(chǎn)品性能是實現(xiàn)高鐵“高安全性、高平順性、高耐久性”運營服役目標的關鍵。與擁有高速鐵路的日本、德國、法國、韓國等國家相比，我國高速鐵路服役環(huán)境更復雜、軌道結構形式更多樣、線下基礎變形控制要求更高，這對混凝土的工作性能、力學性能與抗裂性能提出了更高的挑戰(zhàn)。

高性能土木工程材料國家重點實驗室與東南大學、中國鐵道科學研究院等高校、科研院所合作，歷經(jīng)20多年的理論和技術創(chuàng)新，在高速鐵路用混凝土流變性能調控、體積穩(wěn)定性控制及長期服役性能提升等方面開展系統(tǒng)研究，攻克了高鐵高性能混凝土設計理論、制備與應用關鍵技術瓶頸，形成了具有自主知識產(chǎn)權的高鐵高性能混凝土關鍵技術與工程應用系列創(chuàng)新成果。

(1)開發(fā)了有機高分子超早強技術，采用常規(guī)原材料和成型工藝制備出16h抗壓強度達54.1MPa、抗凍性>F300、電通量<600C的超早強高耐久性混凝土，實現(xiàn)了高鐵軌道板制品關鍵技術的國產(chǎn)化與低能耗生產(chǎn)，并在京滬、石武、京雄城際等高鐵工程中得到規(guī)模化應用。

(2)開發(fā)了基于孔隙負壓控制的早期智能養(yǎng)護系統(tǒng)。該研究成果應用于蘭新高鐵，解決了西北地區(qū)極端干燥條件下高性能混凝土容易開裂的技術難題。

(3)開發(fā)了水泥瀝青砂漿(CA砂漿)制備關鍵技術，實現(xiàn)了核心原材料專用乳化瀝青及乳化劑的完全自主化制備與生產(chǎn)，被廣泛應用于京滬、滬昆等高速鐵路工程。

(4)研發(fā)了具有高減水率、高抗離析性、保持流動性能強和抗凍抗?jié)B耐久性優(yōu)良的自密實混凝土專用外加劑，解決了低粉體材料用量條件下實現(xiàn)自密實性的關鍵技術難題，攻克了高速鐵路無砟軌道結構充填層均勻充填密實成型的難題。高鐵軌道建設中，非常重要的材料有無砟軌道。鐵路軌道結構分為有砟和無砟軌道，無砟軌道的軌枕本身是混凝土澆灌而成，而路基也不用碎石，可減少維護、降低粉塵、美化環(huán)境。無砟軌道具有平順性好，穩(wěn)定性強，使用壽命長，耐久性好，維護工作少，避免了道砟飛濺等優(yōu)點，且列車時速可達300km以上。無砟軌道是當前和今后世界鐵路建設發(fā)展的趨勢和方向。充填層是板式無砟軌道的核心部件，CRTS I和II型板式無砟軌道的充填層采用新拌水泥乳化瀝青砂漿灌注而成；CRTS III型板式軌道的充填層用自密實混凝土灌注而成。

一個高鐵強國正如一輪蓬勃的朝陽，在世界東方冉冉升起。隨著高鐵的快速發(fā)展，如今北京到廣州屬于7小時圈，到武漢屬于6小時圈，到濟南屬于3小時圈。舒適、快速的高鐵成為大家首選出行方式。截至目前，中國鐵路已經(jīng)掌握了設計、制造適應各種運行需求的不同速度等級的高速動車組列車成套技術，具備極強的系統(tǒng)集成、適應修改、綜合解決并完成本土化的自主創(chuàng)新能力，最終形成自主技術標準與設計，完成從“中國制造”向“中國創(chuàng)造”的轉身，中國高鐵技術已經(jīng)處于世界先進前列，并開始角逐全球高鐵市場承建了世界高鐵網(wǎng)絡中的60%，中國高鐵正在大步走向世界?？梢院翢o愧色地說，中國高鐵混凝土發(fā)展也走在了世界前列。

高鐵混凝土是混凝土中的貴族，采用近乎苛刻的原材料，執(zhí)行最嚴格的標準，采用最新的科技，將混凝土技術推向了一個新高度。高鐵建設中應用的混凝土配合比設計主要依據(jù)為建筑物的使用年限、環(huán)境類別及其作用等級和混凝土耐久性指標。高鐵混凝土耐久性指標主要為護筋性、抗裂性、耐磨性、抗堿-骨料反應、抗凍性、耐蝕性、抗?jié)B性等多種嚴格的性能要求。

我國混凝土及混凝土裝備企業(yè)在助力中國高鐵發(fā)展中持續(xù)發(fā)力，成果顯著。如由中建西部建設西南有限公司主要完成的《中國標準體系下印尼雅萬高鐵項目混凝土關鍵技術研究與應用》獲得2021年度中國混凝土與水泥制品協(xié)會混凝土科學技術獎的二等獎。

印度尼西亞是“一帶一路”沿線重要的支點國家，雅萬高鐵項目是在“一帶一路”倡議下中國與印度尼西亞合作的重要成果，也是“環(huán)球高鐵”建設的重要一環(huán)。雅萬高鐵項目地處高烈度帶，地質條件特殊，混凝土原材料具有一定的差異性，對混凝土設計與質量控制提出了更高的要求。中建西部建設西南有限公司根據(jù)印尼地區(qū)環(huán)境及雅萬高鐵工程混凝土性能的質量要求，以高溫環(huán)境溫升控制為目標，開展低熱混凝土、水下不分散混凝土和高吸水骨料應用等關鍵技術的研究，并結合中國鐵路混凝土標準與環(huán)境特征，總結形成了中國鐵路標準印尼屬地化混凝土制備及質量控制技術方案。本項目成果有效保障了雅萬高鐵項目的混凝土質量，確保了印尼雅萬高鐵項目的順利實施。

其主要創(chuàng)新點有：1.中國鐵路混凝土標準印尼屬地化應用，實現(xiàn)了雅萬高鐵項目實施過程中有規(guī)可循，形成了首部用于海外鐵路混凝土質量原則和質量控制關鍵點。2.形成了高溫潮濕環(huán)境服役的低熱混凝土設計制備及應用技術，保障了大體積混凝土施工質量。3.形成了復雜服役水環(huán)境不分散混凝土配合比設計及制備應用技術。4.開發(fā)了高吸水骨料專用外加劑，并總結形成了高吸水率骨料制備預拌混凝土綜合控制關鍵技術。

再如山推建友助力國內首條穿山跨海福廈高鐵建設。福廈高鐵先后跨越湄洲灣、泉州灣、安海灣三個海灣，沿線三座跨海大橋，都是超級工程。隨著智能動車組試運行的成功，福廈高鐵試運行進入智能化的關鍵一步。眾所周知，高鐵運行速度比較快，為了安全保障，高鐵建設使用的混凝土質量要求較高，是行業(yè)內的高標準。從2017年福廈高鐵建設以來，眾多優(yōu)秀企業(yè)提供了優(yōu)質的材料、技術、設備及服務。其中山推建友機械股份有限公司多套混凝土攪拌站特別是R系列混凝土攪拌站被應用到高鐵站、鐵路路基、跨海大橋等基礎建設之中，服務福廈高鐵相關項目建設。為保障使用效果，山推建友為其量身打造了適合野外施工作業(yè)的R系列混凝土攪拌站。此款產(chǎn)品集高效、高質、環(huán)保于一身，具有模塊安裝快、計量精度高、攪拌效果好、節(jié)能環(huán)保優(yōu)等特點，能夠很好地滿足各種工況的施工應用。

一批低碳混凝土也在創(chuàng)新中服務高鐵工程建設。前不久，京雄城際鐵路雄安站站房工程清水混凝土結構已全部施工完成?！皟葘嵧饷馈钡那逅炷劣瓉碇醒腚娨暸_財經(jīng)頻道、國際頻道經(jīng)濟日報、人民網(wǎng)、河北衛(wèi)視、河北日報、中國鐵路等重磅媒體的聚焦報道。清水混凝土即一次成型，不做任何裝飾的混凝土，是以混凝土本身的自然質感與精心設計的明縫、禪縫和對拉螺栓孔組合形成的自然狀態(tài)作為裝飾面的建筑表現(xiàn)形式。

十多年來，低碳混凝土助中國高鐵領跑全球。若要問高鐵建設對水泥混凝土的需要量到底是多少？據(jù)中國鐵道科學研究院有關專家分析測算，通常情況下高速鐵路每公里約消耗水泥1.2萬噸左右，但我國高速鐵路建設中，橋梁占線路總長超過50%，典型的如京津城際鐵路橋梁占線路長度的88%，廣珠城際鐵路橋梁比例為94%，京滬高速鐵路橋梁占線路總長的80%。

因此這部分高鐵的修建過程中，水泥用量也比普通鐵路要多。以京滬高鐵為例，京滬高鐵總投資約2209億元，全長1318公里，初步計算水泥用量為2700萬噸，即平均每公里高鐵建設大體需要消耗1.6萬-2萬噸水泥。這意味著，目前我國4.2萬公里的高鐵約消耗了8億噸水泥制成的混凝土和水泥制品。