《科技创新与品牌》杂志社创新成果

“天衣”—建筑物渗漏的天敌

天衣集团董事长喻幼卿

  1999年4月,湖北小溪口水电站在试水一年后关闸进行项目验收,并当场发出“在面板混凝土上找到一条缝奖励1000元”的悬赏令。但是,直到验收结束,也没人拿走一笔奖金。在那场几乎汇聚了全国所有知名面板坝专家的验收会上,小溪口水电站面板混凝土的表现,堪称天衣无缝。
  2014年元旦前夕,新疆农业大学教授凤家骥一行前往小溪口调研,发现经历了15年的蓄水退水、烈日暴晒、洪水侵袭之后,当年的小溪口面板坝依然没有一丝一毫的裂缝。
  这绝对称得上是个奇迹。要知道,在我国,建筑物寿命可是存在“50年罕见、30年普遍”的怪象,而且还有“有坝就有裂缝”的戏称。
  但是,对于小溪口面板坝取得的傲人成绩,天衣集团董事长喻幼卿并没有表现出太多的激动,这对他而言早是成竹在胸的结果。从最初有人质疑“现在不裂,五年十年会不会裂”,到后来多个工程慕名寻求合作,喻幼卿始终确信,自己带领团队研制的成果,一定经得起时间的检验。

  防渗关键是抗裂

  让喻幼卿自信满满的“成果”,名叫WHDF混凝土抗裂减渗剂(简称WHDF),是武汉工程大学为完成国家“九五”重点攻关项目而研制的一种新型混凝土外加剂,也是喻幼卿目前所领导的武汉天衣集团旗下最具影响力和代表性的王牌产品。
  喻幼卿告诉记者,最初人们以为影响建筑物寿命的主要原因是钢筋质量,但其实建筑物渗漏也是影响建筑物寿命的重要因素之一,也一直是困扰业界的老大难问题。有关部门曾做过统计,60%左右的楼盘在3~5年之后均会出现不同程度的渗漏。经过研究,业界专家认为,混凝土开裂是导致建筑渗漏的关键原因。喻幼卿说:“一但开裂,混凝土就无密实而言,渗漏就会产生。同时,水和空气渗入缝隙中,会加速混凝土侵蚀和钢筋锈蚀,必然会对建筑物寿命造成严重影响。”
  为杜绝建筑物开裂渗漏,业界普遍的做法是在混凝土中加入一定比例的膨胀剂,同时再搭配外防水技术来达到混凝土抗裂、抗渗的目的。不过,专家们认为,膨胀剂膨胀时间与混凝土收缩时间并不同步,抗裂效果势必大打折扣。再加上近些年,一些不法厂家为了牟取暴利,不惜使用假冒伪劣材料生产膨胀剂,使膨胀剂质量得不到有效保障,进而严重影响混凝土抗裂和防水性能。而外防水材料大多是有机材料,存在着老化问题,也会随着时间的流失逐渐失去作用,两者都不是建筑物抗渗、抗裂的长久之计,这就是60%左右楼盘在3~5年后均出现不同程度渗漏的主要原因。

小溪口水电站

  在喻幼卿看来,提高建筑物结构混凝土抗裂和抗渗性能,让混凝土天衣无缝,是根治建筑物渗漏的关键。于是,早在1995年,在湖北清江水电工程建设项目中,武汉工程大学就已经开始进行混凝土裂缝成因及控制的相关研究,并成功研制了WHDF。
  据喻幼卿介绍,在混凝土中掺入WHDF混凝土外加剂,能够有效促进水泥水化程度,优化水化产物,同时还能激发混凝土中活性材料与氢氧化钙进行二次水化,从而提高混凝土中的凝胶量,降低孔隙率,改善水泥石与骨料界面结构,增强凝胶的粘接力,让混凝土具备良好的抗裂、密实、耐腐、抗压、抗拉等性能。
  据了解,普通混凝土中水泥熟料只能达到40%~50%的水化,而加入WHDF之后,水化程度能提高20%~30%。同时,WHDF还能使混凝土在抗压强度有所增长的前提下,使抗拉强度和极限拉伸值增长15%~20%,早期干缩值下降30%,有效提高了混凝土的抗裂和抗渗性能。
  喻幼卿将WHDF的作用效果形象地比喻为“天衣”,有了它的保护,建筑物就能摆脱开裂的“魔咒”。他表示,小溪口面板坝能够保持15年无裂痕的原因之一,正是使用了WHDF。

  终结有坝就有裂

  关于WHDF抗裂减渗剂的研究历程,还得从闻名于世的三峡工程说起。据喻幼卿回忆,1995年三峡工程开工不久,他与武汉工程大学(原武汉化工学院)课题组一行前往宜昌调研。此时,清江水布垭水电站面板混凝土抗裂正处于攻坚阶段,而面板坝混凝土极限拉伸值无法提高成了当时的主要难题。喻幼卿一行的到来,让清江公司攻关团队看到了一线希望。
  喻幼卿告诉记者,面板堆石坝是世界上最经济、建设周期最短的一种坝型,混凝土面板最厚的地方能达到1米,最薄之处却仅有30厘米。浪头冲击坝体会产生内应力,这就需要面板混凝土具有足够的弹伸性,也就是极限拉伸值要足够大,否则冲击引起的内应力导致面板的变形大于极限拉伸值时,坝体就会开裂。
  于是,武汉工程大学应邀加入了清江公司攻关团队,WHDF抗裂减渗剂相关研究正式启动。此后几年,喻幼卿团队与清江公司一起深入探索、潜心研究,终于迎来了WHDF抗裂减渗剂的成功问世。“最早面板混凝土设计要求的极限拉伸值是80微米,我们的抗裂剂却能达到100微米。在随后南京水科院和北京水科院的试验中,最高极限拉伸值甚至能够达到120微米,这可是前所未有的。”初步的试验数据大大超出了喻幼卿团队的预期。
  继1997年WHDF经过百般考验顺利应用于小溪口水电站面板坝工程之后,近年来,作为国家火炬计划项目,WHDF被广泛应用于京沪高铁、武汉城际铁路、武汉市徐东和理工大地下通道等近百个水电、交通及市政工程中,年产值高达5000万元。
  喻幼卿告诉记者,WHDF不仅能有效解决混凝土的抗裂和防水性能,改善施工性能,提高工程使用寿命,而且它的生产和使用过程安全环保,非常贴合当下绿色低碳的主题。更值得一提的是,在成本造价方面,WHDF抗裂减渗剂使用的综合成本也有所降低,每立方混凝土工程能够节约10元人民币左右,如果大面积推广,可以为国家节约相当一笔工程资金。
  也许在大众眼里,WHDF抗裂减渗剂只不过是一种小小的添加剂,但对喻幼卿和广大混凝土工程而言,它发挥的却是无可替代的作用,它终结了“有坝就有裂缝”的历史,它宛如一件无缝天衣,为众多混凝土工程和广大人民的安全撑起了一方保护伞。

  应用更比攻关难

  如今,喻幼卿每天都会接到无数从全国各地打来询问合作的电话,慕名上门洽谈的客户同样络绎不绝。他告诉记者,目前来看WHDF抗裂减渗剂的产业化推广算是步入了正轨。但当初为了能够尽快推广WHDF,喻幼卿和团队可没少费工夫。
  尽管WHDF在清江水布垭电站面板混凝土抗裂攻关中取得了非常了不起的试验效果,但当这项技术要真正应用于施工现场时,喻幼卿没想到“比在实验室里攻关还难!”“成果出来后,我们自然是希望能够尽快得到应用。但每当我们想找一个工程应用时,人家就问我们有没有通过鉴定。那会儿我们确实没有鉴定,只能如实回答。去找鉴定部门,人家又问是否经过了示范性工程的检验。”这种“死循环”几乎让喻幼卿崩溃。
  关键时刻,还是原武汉水电学院方坤和教授让喻幼卿看到了一线生机。“方教授参与过清江水布垭的试验,知道我们的材料虽然没有鉴定,但效果确实不错,所以他向小溪口水电站推荐了WHDF。”
  尽管有方教授的推荐,但也只是帮助喻幼卿团队敲开了业主紧闭的大门,最终能否应用,还得用试验数据说话。小溪口水电站业主方态度很明确:“先做配合比试验,行就用,不行就免谈。”最终,WHDF抗裂减渗剂以“混凝土极限拉伸值提高40%,抗渗标号提高50%左右”的优秀成绩征服了业主的心,他们同意在小溪口面板坝工程中使用WHDF抗裂减渗剂。
  然而,喻幼卿没有想到的是,通过业主的考验之后,到了施工环节,施工方又百般刁难。“像这种工程,施工方一般都有长期对口合作的材料,我们的东西他们没用过,所以拒绝验收,即便我们把抗裂剂运到了现场,他们态度依然很坚决。”最后,喻幼卿只能求助业主,施工方这才同意用WHDF进行混凝土试浇。
真金不怕火炼。前几次考验都顺利通过,对WHDF来说再多一次检验又何妨。果然,试浇之后,施工方领导亲自打电话告诉喻幼卿,“我们试浇了一块,黏结性非常好,而且混凝土不沾车,从车上倒下来干干净净的,你们把剩下的材料都拖来吧。”听到这番话,喻幼卿心里说不清是怎样的感觉,但他确定经过这一连串的考验,WHDF抗裂减渗剂总算迈出了第一步。
  1999年4月,小溪口面板坝顺利通过验收,同年12月,湖北省科技厅对WHDF进行成果鉴定,以中国工程院院士郑守仁为主任的委员会对WHDF抗裂减渗剂作出了高度评价,认为该项目是混凝土建筑工程的一项重大技术创新,研究目的明确,思路新颖,其技术和产品性能均达到了国际先进水平,填补了国内空白。不仅如此,WHDF抗裂减渗剂还获得了湖北省科技进步一等奖。随后,全国各地寻求合作的客户越来越多,喻幼卿知道,这一次WHDF真的火了。

喻幼卿指导学生进行科研活动

  产学研是出路

  WHDF抗裂减渗剂在成果转化过程中经历的种种挑战和磨难,让喻幼卿清楚地意识到,产品要想打入市场,得到更好发展,就必须走产学研结合的道路。于是,2005年1月,武汉工程大学为更好地转化科研成果,注册成立了武汉天衣化工有限责任公司(现为武汉天衣集团有限公司),由喻幼卿出任集团董事长。
  作为一家集产、学、研于一体的股份制企业,成立至今,天衣集团一直致力于做出优质的抗裂剂,让混凝土不再有裂缝,达到天衣无缝般的效果。秉承着这样的追求和理念,2007年8月,为进一步提高研发能力,完成WHDF抗裂减渗剂系列产品的研发,天衣集团又与武汉工程大学联合成立混凝土外加剂技术研发中心,旨在凝聚一批资深望重的业内专家教授,构建一支强有力的研发队伍,及时解决现有产品在生产和应用过程中出现的技术难题,不断开发适应市场需求的新技术和产品,推动我国混凝土外加剂的发展。
  近年来,天衣集团在完善WHDF抗裂减渗剂相关研究的同时,又与铁道科学研究院等科研院所携手开展研究工作,顺利攻关“高铁型板自密实混凝土施工研究”等国家重大课题,研发出WHDF自密实混凝土粘度改性剂,并成功应用于武汉三条城际铁路工程中。之后,伴随着WHDF混凝土抗裂减渗剂、WHDF混凝土减水减渗抗裂剂等系列产品的推出,天衣集团的产品种类不断丰富,不仅有效提升了集团经营规模,增强了企业发展后劲,也提高了学校研发水平和成果转化能力,为校企合作创造了成功典范。
  WHDF市场的开拓和稳固给了天衣集团极大的鼓舞和自信,喻幼卿决定一鼓作气开拓更广大的市场,在继续改进和完善WHDF系列产品的同时,又将目光瞄准生物科技领域,成功研发醉克解酒系列生物产品。
  成立9年来,天衣集团在历练中不断发展壮大,现已成为一家拥有员工近100人,拥有1600平方米的办公场地,5000多平方米的标准厂房,可实现年产50000吨生产规模的企业,销售额也从2006年的50万元,一跃为2013年的5000万元。
  作为一家校企合作企业的代表,喻幼卿知道,没有武汉工程大学的帮助和支持,不会有天衣集团的今天。所以这些年来,天衣集团一直不遗余力地回馈学校—不仅出资购置设备,与学校共同成立混凝土外加剂实验室,还连续为学校相关专业学生提供实习机会,成立“天衣化工奖助学金”资助有需要的学生。
  天衣集团的一系列举措不仅充分展现了企业产学研的综合价值,还帮助企业赢得了良好口碑,得到湖北省委高度肯定,受邀参加“湖北省高校产学研合作暨规范发展科技产业现场经验交流会”,得以向更多同仁展示天衣集团的成功经验。
  在喻幼卿看来,走产学研结合之路是校企双赢的必然选择,它既是高效成果转化的有效途径,也是企业生存发展的唯一途径,天衣集团的成功就是最好的佐证。如今“天衣”所诠释的内涵已不仅仅是指抗裂系列产品,它更是天衣集团企业文化的凝聚和象征。喻幼卿说:“无论是产品质量、售后服务,还是为人处事,天衣集团都追求精益求精,尽善尽美,力求做到天衣无缝。”
  关于未来,喻幼卿充满了期待和自信。在他看来,混凝土作为建筑工程的主要材料,市场对其需求量只会有增无减。而根据相关统计,我国每年用于水利水电、交通、市政等领域的混凝土总放量超过了50亿立方米,约占1/3的混凝土需要掺用抗裂减渗剂,如果按照10%的市场占有率估算,WHDF的年用量约为112万吨,可实现112亿元的年销售额。

WHDF应用于武汉城际铁路


  这足以说明,WHDF系列产品的市场前景非常广阔,再加上人们对建筑防漏要求的不断提高,也为WHDF的市场增添了更多的份额。天衣集团打算从今年开始,招商加盟,打造WHDF代理营销体系。同时,天衣集团还将充分发挥自身优势,创造出更多优质产品,为建筑物编织更完美的无缝天衣。