2024年中岩大地研究报告:三驾齐驱,岩土工程龙头迎历史机遇

1. 主业至暗时刻已过,新业务蓝海扬帆

1.1. 中岩大地:我国岩土工程行业领军者

岩土工程厂商迎来历史性机遇。公司成立于 2008 年,是我国岩土工程领军企业。成立 以来,公司承担了国家会议中心二期、全球最大跨径悬索桥张靖皋大桥、平陆运河等项 目,积累了丰富的工程经验。过去,公司的业务主要应用于房地产以及传统基建行业, 与中国建筑、中国中铁等优质客户建立了稳固的合作关系。一方面公司地产业务占比持 续降低,另一方面,在 2023 年报中公司明确积极拓展港口、核电、水利水电及跨江跨 海桥隧等关键领域的核心战略。2024 年 6 月,公司披露已中标核电工程前期项目,进军 新赛道已下关键一城。未来新领域三驾齐驱,公司有望迎来历史性机遇。

公司是行业标准、全国注册土木工程师教材的编制单位。截至 2023 年报,公司主编、 参编了 64 部国家规范及行业标准,包括作为第一主编发布的行业标准《软土固化剂》、 《桩基地热能利用技术标准》;并且,公司主编了住建部组织的全国注册土木工程师(岩 土)继续教育必修教材《岩土加固与处理工程技术新进展》,在我国岩土工程领域享有龙 头话语权。 岩土工程需结合多专业学科,公司拥有高度专业化的管理层团队。岩土工程结合了土力 学、岩体力学、工程地质学、弹塑性力学与结构力学、工程及水文地质分析等多专业学 科,对团队专业能力要求高。公司董事长王立建先生毕业于天津大学,核心管理层大多 毕业于清华大学、天津大学等高校,部分管理层具备国际领先建筑咨询公司、国内设计 院履历,拥有高度专业化的核心管理层团队。

股权结构集中合理,实控人及一致行动人持股 51.58%。公司前十大股东中有六位为核 心管理成员。其中,公司控股股东、实际控制人王立建及其一致行动人吴剑波、武思宇 合计持有股权占总股本 51.58%,股权结构集中。公司设有 9 家控股子公司,其中子公 司天津中岩大地材料科技为公司核心材料软土固化剂的研发、生产主体。此外,公司在 越南成立间接控股子公司指南针岩土工程技术有限公司,该公司 2022 年荣获越南胡志 明市工程建设施工(桩基)一级资质。

1.2. 主业至暗时刻已过,股权激励剑指高增长

主业已度过艰难时刻,2024 上半年扣非净利润同比增长 212-312%。2014-2021 年, 受益于下游需求以及行业份额持续提升,公司营收规模持续增长。2022 年,受宏观经济 与房地产新开工下滑影响,公司营收与利润规模大幅下滑,营业收入同比下滑 34.9%至 9.0 亿元,归母净利润亏损-1.44 亿元,其中信用减值损失与资产减值损失分别为-0.38 亿元、-0.18 亿元;2023 年以来,伴随结构调整,公司盈利能力回升。2023 年公司实现 营业收入 9.16 亿元,同比增长 2.2%,实现归母净利润 0.19 亿元,同比增长 113%,同 时资产减值与信用减值损失影响亦大幅减弱;2024 年上半年,公司预告实现归母净利润 0.17-0.22 亿元,同比增长 194.72%-283.14%;实现扣非净利润 0.16-0.21 亿元,同比 增长 212.43%-312.02%,主业至暗时刻已过。 地产订单占比大幅下降至 17%。根据公司招股说明书,2017-2019 年地产相关业务占 比分别为 67.27%、62.13%、63.35%。然而,受益于结构调整,2024Q1 公司新接订单 中地产占比大幅降低至 17%。

股权激励目标以 2023 年净利润为基数,剑指 2026 年五倍高增长。根据公司公告,2024 年 Q1 公司新接订单主要集中在核电、港口、水利、高速公路、地产等领域。伴随新业 务的持续拓展,公司也在 2024 年 5 月 22 日发布的股权激励草案中给出了归母净利润目 标,其中 2024-2025 年的激励触发值分别为较 2023 年基期增长 200%和 305%,目标 值则较基期增长 300%和 500%,体现了公司对未来业绩成长的充足信心。

2. 我国具备孕育岩土工程巨头的土壤

2.1. 全球岩土工程市场规模 3700 亿元,是能诞生巨头的大赛道

全球岩土工程市场近 3700 亿元。岩土工程包括地基处理、桩基工程、坑基围护等,是 各种建设工程的前期和基础性工作。根据行业龙头 Keller Group 数据,2023 年全球岩土 工程市场规模约 395 亿英镑(约合 3674 亿人民币,以 9.3 汇率测算)。岩土工程具体包 括了地基处理、桩基工程等,可以应用在房地产、机场、高速公路、桥梁、水利水电、 核电、港口、矿山等领域。

岩土工程具有较强区域性,在欧美巨头市占率低的中国、日本等市场,具备孕育本土巨 头的土壤。岩土工程是与建筑工程紧密结合的环节,具有高度的区域性。全球岩土工程 龙头 Keller Group 将全球岩土市场划分为可触达市场(addressable market)及不可触达 市场(Non-addressable market),其中中国、日本、韩国、俄罗斯等国家被列为不可触 达市场。欧美岩土工程巨头在亚洲、中东等地区影响力有限,2022 年 BAUER Group 在 亚太地区营收占比仅 12%。基于岩土工程较强的区域属性,海外岩土工程龙头主要分为 全球化龙头、本土化龙头两类公司。全球化龙头的典型代表企业 Keller Group、BAUER Group 2022 年收入分别为 247、162 亿元。而本土化岩土工程龙头以日本企业 RAITO KOGYO 为代表,其收入主要位于日本本土。

日本岩土工程龙头 15 年股价上涨 20 余倍。岩土工程在日本已发展成为成熟产业体系, 核心为日本地基处理难度大且重要性强,主要体现在:1)日本地震频发,地基强度要求 高;2)日本国土面积小,发展城镇化及基础设施建设需提升土地利用效率;3)日本岛 国土质条件差。在日本岩土工程产业蒸蒸日上的历史进程中,诞生出多家专精型材料及 设备/工法解决商。 以RAITO KOGYO为例,该公司为日本岩土工程龙头,上世纪40年代进入岩土工程行业, 伴随隧道、水利等基础设施建设以及日本城镇化发展持续成长。2008 年 10 月其股价底 部 97.2 日元,截至 2024 年 7 月 4 日已上涨至 2167.0 日元,累计涨幅高达 21.3 倍。

RAITO KOGYO 营业收入近 60 亿元,97%业务位于日本。日系企业为本土化岩土工 程龙头的典型,包括了 RAITO 工业、日特建设等,2023 财年营收体量分别为 59.4、37.7 亿人民币,97%位于日本本土。目前我国岩土工程行业方兴未艾,仅在国内市场,对标 RAITO 工业有希望能诞生出大体量的岩土工程龙头。

2.2. 国内尚处集中度低的“战国时代”,行业霸主呼之欲出

目前,我国岩土工程行业集中度较低,根据中研网,我国大中型岩土工程类企业多达 500 家。我国岩土工程上市公司业务领域和优势各有偏重:

上海港湾:优势在软地基处理,在机场、港口等领域应用较多,海外业务占比高。 上海港湾的优势在于软地基处理,过去主要应用在机场、港口等领域,代表项目包 括上海浦东机场、新加坡樟宜机场、上海外高桥港区等。2023 年上海港湾境外收入 占比高达 74%,主要位于东南亚、中东等区域。2023 年中国大陆收入 3.27 亿元, 小于中岩大地(8.94 亿元)、中化岩土(25.11 亿元)。

中化岩土:优势在于强夯,主要适用石油石化领域。中化岩土的主营业务为强夯地 基处理(即强夯法)。强夯技术的优势是造价低、工期短,然而应用上有局限性: 首先,强夯技术不适于天然含水量较高的粘性土地基,这类土在反复夯击过程中, 容易出现土质的“液化现象”(土质结构会受到破坏);其次,当前由于装备限制, 国内强夯有效处理深度在 18 米以内。因此,强夯技术相对适用于石油石化领域的 基地处理,包括大型的炼油、化工、油库项目等。

城地香江:已转型 IDC 数据中心投资运营,岩土工程相关业务以桩基为主。城地 香江已并购转型为 IDC 数据中心投资运营企业,2023 年城地香江 IDC 业务占收入 85%,岩土工程相关业务桩基维护、桩基、岩土工程设计占收入比例分别为 12%、 3%、0.15%。

中岩大地:优势在深层地基处理、桩基工程、软土固化。公司具备两大核心技术和 一特种材料,分别为深层地基处理(SJT 技术)与桩基工程(DMC 和 EMC 复合桩) 以及软土固化(软土固化剂)。过去,公司收入主要集中在房地产领域,地产领域 一般而言对于地基处理与桩基工程的深度、难度要求较低,竞争亦相对激烈。核电、 水利水电、港口桥梁领域对地基处理、桩基工程和软土固化要求大幅提升,能发挥 公司优势(如 SJT 旋喷可达 70 米深),是公司成为国内霸主的重要机遇。

3. 核电、水电、港口桥梁三驾齐驱,岩土工程迎重要机遇

在我国,过去岩土工程主要用于房地产等行业,随产业发展,未来高难度岩土工程在核 电、水利水电、港口桥梁等领域的应用加速成长,这将成为行业的重要机遇。由于岩土 工程与复杂多变的自然条件密切联系,随着施工地质条件越来越复杂,对于施工深度、 效率、定制化程度要求更高的高端岩土工程有望成为我国行业发展的主线。

3.1. 核电:加速扩张信号明确

日本福岛事故后行业扩张停滞,2019 年重启,目前加速扩张信号明确。2011 年日本福 岛核事故后我国暂停新增核电项目审批,直到 2012 年 12 月才核准江苏田湾核电二期工 程,2013-2014 年无新项目获批。2015 年核电审批重新放开,当年共核准 8 台核电机组, 此后的 2016-2018 审批再次中断,未有新项目过审。2019 年中国核电审批再次重启, 我国核电业务重新走上快速发展的轨道,2019-2020 年分别核准核电机组 6 台、4 台。 根据《“十四五”现代能源体系规划》和中国核能行业协会《双碳目标下中国核电发展研 究》的预测,预计 2025 年我国核电装机达到 70GW,2030 年达到 110GW、2035 年达 到 150GW。2021-2023 年,我国核电机组核准数分别为 5 台、10 台、10 台。

我国在建核电机组数量位列全球第一,资本开支连续上行。据中核智库,2023 年我国核 电发电量 4334 亿千瓦时位居全球第二,核电发电量占全国累计发电量 4.86%;商运核 电机组数量达 55 台,装机容量 5703 万千瓦位列全球第三;在建核电机组 26 台,总装 机容量 2975 万千瓦位列世界第一。根据核电机组建设进度,预计 2024 年我国在运核电 机组数量将超过法国达到世界第二位。截至 2023 年底,我国在运、在建、已核准待建 核电机组共有 93 台,总装机容量 10143.794 万千瓦,首次位居全球首位。

我国核电机组主要分布在沿海地区。随着核电站持续建设,优质地段愈加稀缺,地基处 理难度增加。我国核电机组分布在东部沿海 8 个省份 25 座核电站,8 个沿海省份自北向 南依次是辽宁、山东、江苏、浙江、福建、广东、广西、海南。其中漳州、惠州、霞浦、 三澳、徐大堡、廉江、金七门等 7 个核电站为新建核电站。过去秦山、大亚湾等核电站 选址地段优质(如建在海边岩石上),岩土工程项目难度较低。但随着优质地段逐步稀缺, 在工程中即使核岛能建在基岩上,常规岛和 BOP 也会放在海泥里。未来随优质地段越来 越稀缺,核电工程涉足软土(海泥)的部分或将持续增加。再加上,核电对于安全性要 求极高,这导致了基于软土的核电项目将会对岩土工程提出了非常高的要求,需要用到 大量的陆域形成、地基处理、桩基工程、基坑支护等岩土工程。根据公司预计,以每年 8-10 台核准机组测算,预计我国每年核电岩土工程市场达 150 亿元。

公司中标核电岩土工程项目,切入核电岩土工程赛道。根据 2024 年 6 月投资者交流公 告,公司成功中标某核电工程地基处理、陆域形成及基坑支护工程设计,并以联合体成 员身份中标某核电厂临建区地基处理 EPC 项目,目前项目正在继续推进中。核电单一项 目体量大,且岩土工程环节具有极强的封闭性,准入门槛高且下游客户集中,有望成为 公司切入核电赛道的关键一步。

3.2. 水电:我国储量全球第一,西部空间大

我国水能资源储量、水电装机量全球第一,投资趋势加速。根据中国电力报、能源新媒, 我国水能资源理论蕴藏量约 6.87 亿千瓦,经济可开发容量近 4 亿千瓦,居世界首位。新 中国成立时我国水电装机容量仅 36 万千瓦,通过数十年的开发,于 2004、2010、2014、 2022 年相继突破 1-4 亿千瓦大关。截止 2023 年末,我国共 有水电站 8600 余座,其中 2200 余座为大型水电站,总装机规模达 4.2154 亿千瓦,占 我国电力总装机的 14%,占技术可开发装机容量的比例超过 70%。其中常规水电装机 规模 3.71 亿千瓦,开发比例约 54%(排除抽水蓄能)。 我国水能主要分布于长江流域及西藏,西藏水能储量占我国 1/3。我国水能资源主要集 中在金沙江、怒江、澜沧江、长江上游、雅砻江、黄河上游、大渡河、乌江、红水河、 雅鲁藏布江等大江大河干流。西藏拥有世界上面积最大、海拔最高的高原,地形复杂多 样,平均海拔达 4000 米以上,境内有海拔 7000 米以上的山峰 50 余座、8000 米以上山 峰 11 座,被誉为“世界屋脊”和地球“第三极”。受益于特殊地理条件,西藏水能资源 丰富,储量约 2 亿千瓦,国内占比约三分之一。 待开发水能资源主要集中于西藏,以雅鲁藏布江为首,开发前景广阔。受经济发展和地 理位置等多种因素的制约,藏区及边境地区工程建设条件落实难度大,导致西藏水力资 源尚未完全开发。西藏自治区内水能资源量集中于雅鲁藏布江和东南部“三江”(怒江、 澜沧江、金沙江),占全国待装机容量比例 75%,其中雅鲁藏布江占比达 40%。雅鲁藏 布江干流的技术可开发装机量高达 5645 万千瓦,占全区/全国技术可开发总量的 51%/10%,其下游大拐弯区水流落差大、可开发水能装机量达 3800 万千瓦,被誉为“世 界水能富集之最”,开发潜力大。

雅鲁藏布江中下游水电开发已纳入“十四五”规划。西藏《“十四五”规划和 2035 年远 景目标纲要》指出将加快雅鲁藏布江中游、金沙江上游水电建设,研究推动雅鲁藏布江 下游、澜沧江上游水电开发并适时启动相关工程。根据电力工业部实地考察结果,雅鲁 藏布江水能开发以米林县派区到墨脱县希让村的 260 公里“大拐弯”峡谷段最优,河段 差约 2350 米。 雅江水电有望拉动万亿投资。全球装机容量 100 万千万瓦以上的水电站共有 187 座,位 于中国的共有 29 座,居世界之首,其中三峡大坝装机容量 2250 万千瓦位列世界第一。 据中国能源报,雅鲁藏布江下游水电装机规模空间约 6000 万千瓦,是三峡大坝的 2 倍 以上。按 1.72 万元单位千瓦投资额测算,预计雅江电站总投资额可达 10295 亿元,按 15 年工期对应年均投资额高达 686 亿元。

墨脱横跨五个气候带,地质条件复杂。岩土工程难度高,公司先进技术具有较好的工程 应用前景。墨脱位于喜马拉雅山脉南部,雅鲁藏布大峡谷南翼。其大峡谷区的部分,从 海拔 500 米的地域到海拔 7782 米的南迦巴瓦峰构成了明显的低山热带北缘湿润、山地 亚热带、亚高山温带湿润、高山亚寒带湿润、高山寒带冰雪五个主要气候带谱。根据西 藏自治区农牧科学院,西藏境内土壤主要以高山寒漠土、高山漠土、高山草原土为主, 具有质地轻、砾石含量高、粗屑性强等特点。墨脱地区地质条件复杂,岩土工程处理难 度大。根据投资者问答披露,公司具备多项创新型核心技术,如 SJT 智能感知超级旋喷 技术、多向差速强制搅拌技术、岩土固化剂等,在应对墨脱地区复杂地质环境具有较好 的工程应用前景。

3.3. 港口与桥梁:拉动高端岩土工程需求

港口码头:沿海淤泥力学性能较差,有望拉动深层固化、陆域形成需求。我国沿海、河 流中下游、湖泊附近地区地表下有深厚的第四纪松软覆盖层,主要成因包括三角洲相沉 积、滨海相沉积、湖相沉积、黄泛冲积沉积等。在不同成因形成的地层中,近地表部分有厚度不等的淤泥质软土。淤泥含有较多细颗粒及有机物腐殖质,天然含水量在 40%~70%,孔隙比>1.0,天然容重 15~18kN/m³,通常呈现流塑状态。由于沿海淤泥 力学性质表现为空隙比高、压缩性大、抗剪强度低、流动性大,因此处理难度较高,需 要应用高端岩土工程。

桥梁:长江干线过江通道加速布局。长江干线自云南水富至长江入海口,全长 2838 公 里,途经云南、四川、重庆、湖北、湖南、江西、安徽、江苏、上海等七省二市,连接 长江三角洲、长江中游、成渝三大城市群,是目前世界上运量最大、运输最繁忙的内河 水运通道。根据《长江干线过江通道布局规划》,到 2035 年规划布局长江干线过江通道 276 座,其中四川省 45 座、重庆市 75 座、湖北省 69 座、安徽省 32 座、江苏省 41 座、 上海市 3 座、滇川界 1 座、鄂湘界 2 座、鄂赣界 6 座、赣皖界 2 座。 大跨度桥梁工程有望拉动深层地基处理、桩基工程需求。以世界最大跨度悬索桥——张 靖皋长江大桥为例,高端桥梁工程对于基础基底摩擦系数、地基承载力等要求较高,需 要采用较为复杂的岩土工程基地处理与桩基工程能力,拉动高端岩土工程需求。

4. 基于三大核心竞争力,公司有望把握机遇大展拳脚

对于水电、核电等高难度类型岩土工程而言,施工方需要满足深层地基处理、定制化工 程设计等一系列严苛要求,凭借着 SJT、复合桩、软土固化等核心技术,公司有望迎来 大展拳脚的关键机遇期。公司拥有自研设备能力和高难度工艺操作能力,同时拥有软土 固化剂的定制化生产能力,是业内罕见同时具备工艺、设备、材料能力的厂商,并基于 此发展出了两大核心技术(智能装备)——超级旋喷技术(SJT)、高速深层搅拌复合桩 (DMC)以及特种材料——软土固化剂。基于三大核心竞争力,公司有望把握行业机遇。

4.1. 地基处理技术:超级旋喷技术(SJT)

超级旋喷技术(SJT)是公司最具竞争力的岩土工程技术,可用于深层地基处理。公司 自主研发制造的高性能 SJT 旋喷钻机可实现高效加接、拆卸钻杆,单节钻杆最长为 24m, 减少了钻杆加接、拆卸时间,大幅度提高施工效率。并且通过建立超高压旋喷桩智能管 理系统,实现了施工全周期内的信息监测和实时反馈,使施工过程更加精细化,为深层 地基加固提供了高质量保障。

公司 SJT 技术旋喷深度可达 70 米。公司 SJT 设备具有自主研发的高压喷射系统,最大 注浆压力 45-60MPa,流量 200-600L/min,在北方硬土地层旋喷直径达 2.5m,在典型粘 性土及砂层旋喷深度可达 70m,可有效解决超大埋深、超大直径、超高精度的地基加固。

公司 SJT 工艺成功应用于全球最大跨径悬索桥——张靖皋大桥建设。张靖皋大桥南航道 桥主跨 2300 米,是目前在建世界最大跨度悬索桥。其中北航道桥北锚碇为沉井结构, 其余均为复合地连墙结构,是世界首创超大规模支护转结构复合地连墙锚碇基础。为增 加锚碇基础基底摩擦系数,提高地基承载力,该项目采用了超高压旋喷桩工艺进行基底 加固,成桩直径达到 2.2 米,最大成桩深度可达 70 米。中岩大地完成了张靖皋长江大桥 A1 南锚碇和 A2 北锚碇两个标段总计 3108 根的超高压旋喷桩施工。

4.2. 桩基工程技术:DMC 与 EMC 复合桩

公司拥有 DMC、EMC 两类自研复合桩设备工艺。复合桩起源于日本,是一种新型组合 桩基础形式。复合桩将外芯固化土桩与内芯预制桩两种桩体结合起来,充分利用外芯固 化土桩较大的接触面积来提供阻力,同时充分发挥较高强度的预制芯桩承担竖向荷载, 改善桩基荷载传递途径与深度,并使两种材料的优势得到充分发挥。中岩大地具备自研 的两类复合桩技术-高速高压搅喷复合桩(DMC 桩)、异位搅拌植入复合桩(EMC 桩)的 设备与工艺能力。 DMC复合桩主要适用软土地基。DMC桩采用DMC搅拌钻机辅以固化材料、新型减阻剂, 快速钻进搅拌原位土体形成稳定、均匀的固化土桩后,同心植入预制芯桩,是一种预制 芯桩与固化土桩协同抵抗上部结构荷载的高性能新型组合桩。DMC 桩是在水泥土复合管 桩基础上的进一步升级与突破,属于非取土植桩。该工法结合了高速搅拌固化土桩的高 效稳定、高摩擦阻力及预制芯桩自身所具备的预制化、高强度特点,是一种针对中软土 地区较为理想的形式。DMC 桩可应用于竖向抗压、抗拔以及抗水平力等工况桩基工程, 适用于淤泥质土、填土、黏性土、粉土、砂土、强风化软质基岩等地层。

DMC 复合桩优势主要体现在: 高质环保:与灌注桩相比,DMC 桩施工效率提高 50%以上;高强预制芯桩,质量 可控;水泥浆与土体原位搅拌现场无泥浆排放,无振动、无污染,绿色环保; 经济性好:与灌注桩相比,直径增大,侧阻力及端阻力特征值提高,承载力显著提 升,可进一步优化桩数与桩长,从而降低造价; 高效减阻:搅拌过程添加自主研发的新型减阻材料,同工况搅拌阻力与沉桩阻力减 小 30-50%,设备尺寸小,能耗低,转场灵活; 适用性广:解决中密-密实砂层预制桩沉桩难的问题,最大限度地发挥桩与土材料承 载强度,扩大了预制桩的适用范围; 设备先进:采用新型高速搅拌钻机,最快搅拌速度可达 60r/min,主动下压,成桩 快,最快下钻速度达 2.0m/min;高速复搅,混合均匀,任一位置搅拌次数不低于 300 次。

EMC 复合桩主要适用于硬土地基。异位搅拌植入复合桩(EMC 桩)采用 EMC 钻机等设 备引孔取土至设计孔深,将取出土在施工现场通过专用筛土混合机设备在异位搅拌为固 化土,再通过钻杆芯管将固化土回灌压送至孔底。压送固化土边提钻直至桩顶标高,形 成稳定、均匀固化土桩后,同心植入预制芯桩,形成一种预制芯桩与固化土协同工作承受上部结构荷载的新型组合桩。EMC 桩相比传统取土植桩最大优势为无需泥浆护壁无泥 皮无沉渣,充分利用原状土体,减少外运渣土,是一种针对中硬土地区较为理想的地基 基础形式。EMC 可应用于竖向抗压、抗拔以及抗水平力等工况桩基工程,适用于填土、 黏性土、密实粉土、密实砂土、圆砾、卵石、强风化基岩等地质条件。

公司 DMC、EMC 复合桩应用的典型项目包括: 雄安体育中心项目(DMC 桩):通过优化设计,一场两馆三个单体建筑桩基部分全 面采用 DMC 桩技术,相比灌注桩节约工期 20%,节省造价 10%; 北京工人体育场项目(EMC 桩):通过优化设计,相比灌注减少桩长约 1/3,工程 量大幅减少。实现引孔植桩流水化施工,工效高于灌注桩施工工艺,同等设备数量 的情况下节约工期 25%。充分利用原状土,不受原材料的运输、供应和加工周期等 外部因素对工期造成的影响。本项目科技成果《密实砂卵石层水泥土复合管桩研究 与应用》通过北京市住房和城乡建设委员会组织的科技成果鉴定,达到国际先进水 平。

4.3. 材料:软土固化剂空间广阔

软土固化剂是一种新型土体加固材料,由多种工业固废及激发剂构成。软土固化剂以水 泥、矿粉、石灰、石膏、脱硫灰等工业固废为主要原料,激发剂为改性辅料,经过主料 之间的物理化学叠加效应和激发效应辅料的促进和改性效应,形成一种与土体合作效果 更好的无机复合型材料。 软土固化剂相比传统水泥固化具有全方位优势。软土固化剂可显著降低软土的含水率, 同时提升粘聚力、内摩擦角、地基承载力、抗压强度,相比于传统水泥固化具有吸水效 果好、固化时间短、固化强度高、耐水性能好、成本低、能耗污染低等优势。

软土固化剂的原理是通过淤泥、固化材料之间发生一系列的水解和水化反应,产生胶结 土颗粒的胶凝物质、结晶物质等,并激发土壤颗粒本身的活性,使淤泥具备一定的结构 强度并在较长时间内使强度稳定增长。具体来看,固化机制主要包括三个环节:

胶凝固结:固化剂与水发生反应产生水化硅酸钙(CSH)、水化铝酸钙(CAH)等具 有胶凝作用的水化产物,胶结疏松的土壤颗粒生成络合物,形成相对稳定的网状结 构,使得固化土的结构更加稳固;

膨胀填充:胶凝形成的网状结构之间存在大量孔隙,软土中的土团粒天然存在内部 孔隙,仅使用产生胶凝性水化物的原料不能填充孔隙。固化剂包含膨胀性组分,生 成的膨胀性水化产物可填充网状结构之间的孔隙或者改善土壤中的孔隙结构,进而 大幅提升固化土强度。膨胀性水化物主要是钙矾石(AFt),其生成过程中固相体积 膨胀 1 倍以上,能够填充加固土孔隙,降低土孔隙的孔径率,提高加固土强度;

碱性激发:CSH 的生成量与 OH-、Ca2+的浓度成正比,但固化剂水化产生的 Ca(OH)2 进行离子交换、物理吸附反应消耗了大量 OH-、Ca2+,使得固化土中 Ca(OH)2可能 降为不饱和状态,而 Ca(OH)2 不饱和状态会限制 CSH 的生成。因此根据土质条件适 当地补充含 OH-、Ca2+的碱性材料以提高固化土的碱度,也是提高固化土强度因素 之一。

固化剂主材来源于工业固废,不同土质条件下需定制化成分配比。软土固化剂与水泥不 同,其组分不固定,大体来看由主料以及核心改性辅料激发剂组成,其中工业固废主料 占比高达 70%以上,主要包括高炉矿渣、粉煤灰、铜渣、钢渣、赤泥渣、石膏、碱渣、电石渣等,其中包含 SiO2、Al2O3、CaO 等化学物质,在一定条件下与水反应,经过水化、 激发和离子交换一系列作用形成具有水硬活性的 CSH 和 CAH 凝胶从而实现软土固化效 果。由于不同地区土质性能差异较大(如含水率、pH 值),因此固化剂主材配方需因地 制宜地进行调配以达到最优固化效果。

激发剂是配方中的核心原材料

根据公司专利《一种疏浚淤泥固化材料以及管道固化吹填方法(CN 117645455)》,该软 土固化材料由海砂、减阻材料、抗侵蚀水硬胶凝材料组成,占淤泥质量分别为 5‑18%、 0.02‑0.08%、4‑8%,其中减阻材料用于降低固化淤泥的粘度、提高流动性、减小管道 内壁与固化淤泥表面的摩擦阻力,便于固化淤泥的远距离管道输送;抗侵蚀水硬胶凝材 料为水泥与矿物(粉煤灰、火山灰、活性玻璃粉、硅灰、钙质消石灰、高岭土、矿粉等) 掺合料组成,其中激发剂(早强材料)、分散材料、降水材料占抗侵蚀水硬胶凝材料质量 的 0.5‑2%、1‑4%、5‑12%。

激发剂是最核心添加辅料,需要从数十种细分品种中进行定制化选配。根据公司专利, 软土固化剂中核心辅料包括激发剂(早强材料)、分散材料、降水材料,具体来看: 激发剂(早强材料):激发剂的核心作用包括:1)充当催化材料;2)提升物理激 发和化学激发过程中的水化反应速度;3)中和土壤环境(协调 pH 值)。激发剂是 软土固化剂中壁垒最高的组分,由于不同土质特性区别较大,需具备强大的研发能 力实现数十种品种的开发,同时在多种激发剂中选择符合特定项目要求的品种,是 高 know how 技术环节。材料选用包括碳酸钠、氟硅酸钠、月桂酸、硬脂酸中的一 种或多种; 降水材料:降水材料具有较多的微观多孔结构,可以大量吸收疏浚淤泥中的水分, 降低整个固化淤泥的综合含水率,提高固化效果;同时降水材料的多孔结构产生更 多的结构缺陷,可以吸纳更多的硫酸根离子,固化后完全包括于多孔结构中,降低 海洋中高硫酸根离子浓度对于固化土后期强度的影响。材料选用包括沸石、钙基膨 润土、海泡石、硅藻土中的一种或多种; 分散材料:分散材料作用为分散疏浚淤泥,降低颗粒之间的粘聚力,同时配合蜜胺 减水剂,有效降低整个疏浚淤泥体系的表面张力,提高黏性较高的固化淤泥的流动 性。材料选用包括 CMC 和聚磷酸盐等。

基于领先的软土固化剂研发生产能力,公司参与填海造陆工程项目。公司凭借领先的技 术实力,参与某海港项目填海造陆项目。该项目采用岩土固化剂以及原位、异位混合固 化工艺相结合,将淤泥通过固化剂固化之后,用作填海造陆的地基原料中。通过将数十 万方工程性质较差、经济价值不高的淤泥通过固化后进行工程应用,取代传统做法中的砂石换填,减少淤泥外运的成本以及环境影响的同时省去了大量工程砂石的开采、制造 和运输。填海造陆工程是中岩大地核心技术+核心材料服务于国家重大基础设施项目战 略的重要里程碑。


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