国控基业低碳海工混凝土多层级.耐-防协同防腐蚀关键技术科技成果被湖北工业大学双月刊（收录)[期刊基本数]CN42-/Z第38卷增刊总第期[文章编号]-（）sup--03
随着国家海洋战略的稳步推进，沿海城市大量的基础设施建设陆续竣工，但海洋环境复杂且海水腐蚀性强，对混凝土的综合服役能力提出了严峻的挑战。结合国家绿色发展的战略方针，研究混凝土耐久性提升。
本技术与应用很大程度上解决了海工混凝土开裂难题，并协同增强混凝土表面抗腐蚀能力，从“防-耐”一体化多层级协同来提升海工混凝土的长久服役能力。多家单位集成技术体系应用于滨海城市综合体、城市地铁、隧道、跨海桥梁等重大工程。
[关键词]海洋工程：滨海城市建筑；混凝土服役能力；抗裂；防腐
近年来，随着海洋强国和海洋强省战略的推进，海洋基础设施建设发展如火如荼。钢筋混凝土结构是开发海洋资源、推动向海图强进程的重要基石。然而，海洋环境复杂多变，海工混凝土结构的劣化主要来源于海水中的化学介质（Clˉ、SO42ˉ）和微生物等的耦合侵蚀作用，混凝土材料一旦发生劣化损伤现象，外界腐蚀物质将持续加速传输至混凝土内部，造成钢筋锈蚀。导致结构过早失效，对海洋工程的长期服役性能提出了严峻挑战。据中国工程院重大咨询项目“我国腐蚀状况及控制战略研究”发布的研究成果，“在年，我国的腐蚀总成本约占当年GDP的3.34%，总额超过2.1万亿元人民币，相当于每个中国人当年承担多元的腐蚀成本”。
针对海洋工程腐蚀问题，侯保荣院士提出如果防护措施到位，至少每年可以避免25%~30%的损失。同时“双碳”战略的发布实施，对建筑行业，特别是混凝土材料的设计及后续耐久性能提成了更高的要求。因此发展混凝土防腐材料和技术，提高海洋工程混凝土的抗腐蚀能力，是保证海洋工程设施的耐久性和安全性，延长重大工程设施使用寿命的关键性问题和共性问题。
1.技术内容
针对海洋环境下混凝土结构腐蚀严重、耐久性低的难题，以及传统防护材料与混凝土不相容、自身耐久性差等缺陷，本项目从改变混凝土表面亲水性、降低孔隙率、改善骨料-水泥石界面区微结构等源头性问题入手，开展了海工混凝土"构-效多维协同”重防腐关键技术研究。历经近十年的探索，首次在海工混凝土表面构建了仿生超疏水涂层、在混凝土内部构建鸟类贝壳结构的缓蚀材料，攻克了海工混凝土的离子渗透一微生物耦合腐蚀抑制难题，设计、开发了基于多组分优化的耐腐蚀绿色海工混凝土，实现了绿色海工混凝土材料与结构的长效性能提升。
创新点：提出了基于构建-效关系的绿色海工混凝土高抗腐蚀设计。首次在混凝土表面构建了“透气不透水”仿生微结构，揭示了超疏水结构对微生物膜形成动力学的影响机制，提出了混凝土孔隙结构的精准调控方法。
1.1提出了混凝土表面超疏水结构设计新方法
基于“荷叶效应”仿生理念和分子“油水分相”自组装思路，采用硅烷，氧化石墨烯，纳米SiO?对混凝土表面进行微结构调控，形成了多层级微纳协同的固-气界面超疏水设计方法{1-3}（李绍纯），在国内首次构建了混凝土表层“透气不透水”仿生微结构，获得了卓越的混凝土内-外三维超疏水性能，吸水率降低95%以上，离子渗透率降低一个数量级。结合分子动力学研究，揭示了硅烷分子结构对固-气界面化学成键影响机理，构建了超疏水混凝土的微观动力学模型。
1.2提出了海工混凝土抗腐蚀设计新方法
基于最紧密堆积原理对海工混凝土胶凝体系多元纳微颗粒进行精准计算，实现了混凝土孔隙尺寸和孔隙结构的精准调控[4-5]（高嵩），孔隙率降低至5%（平均孔径降幅60%)；结合分形维数理论，揭示了超细粉体的细集料效应和改善孔隙形态，微结构的作用机理，实现了海工混凝土胶凝材料用量下降与致密度、耐久性提升。该成果克服了海工混凝土耐久性提升与高能耗胶凝材料用量难以平衡的难题。
1.3自主开发了碳基改性硅烷超疏水复合材料
率先在混凝土表面及内部构建了渗透型微纳二元超疏水结构；揭示了合理浓度的杀菌剂THPS胁迫条件下腐蚀微生物浮游细胞生长减弱规律，将有机缓蚀剂插层负载量提高了3倍，为混凝土基材提供由外向内的整体防护。
1.4研发了海工混凝土防腐蚀修补材料
针对海工混凝土结构运营期间发生损伤劣化后难以修复的难题，利用小分子多聚体、微纳颗粒、纤维组分和橡胶微集料，研发了半刚性、收缩小、高耐久且与旧混凝土匹配的复合修补材料间[6]（陈旭），对修补后的海工混凝土动态力学性能进行精准调控，自收缩降低30%以上，抗拉延展性提高%，抗冲击能力提高了2到4倍，实现了混凝土的多尺度增韧增强和耐久性提升，并在实际工程中取得良好修补效果。
2.应用情况
2.1工程应用情况概述
项目成果海工混凝土成功应用于北京地铁8号线、青岛国际院士港、济南新旧动能转换示范区、国家电网雄东-昝西千伏线路工程、江苏如皋高铁站工程的设计及施工中，10多年累计使用混凝土余万m3。强度等级涉及C20~C60，累计创造产值为万余元。应用结果证明，该海工混凝土和易性好，施工质量好，混凝土力学及耐久性能指标满足工程要求，具有显著的社会、经济效益。
2.2规范标准应用
1）项目开发混凝土表面防腐蚀技术被中国工程建设标准化协会标准《城市综合管廊防水工程技术规程》(T/CECS-）采纳。
2）项目开发的混凝土防护材料相容性快速试验方法、施工质量控制等相关成果，被团体标准《混凝土内掺型自修复防水材料及施工技术规程》(T/SZWA-）采纳。
3）项目开发的混凝土防护材料性能指标体系、涂装方法等相关成果被团体标准《混凝土内掺型自修复防水材料应用管理规程》(T/SZWA-）采纳。
4）项目开发的低碳混海工凝土防护材料涂装技术等相关成果被北京市地方标准《桥面防水工程技术规程》(DB11T-）采纳。
5）项目开发的混凝土防护材料渗透深度、吸水率测试方法、耐久性指标等相关成果，被中国工程建设标准化协会标准《刚性防水工程技术规程》采纳。
6）项目开发的混凝土结构自防水技术，被中华人民共和国建材行业标准《地下工程混凝土结构自防水技术规范》(JC/T-）采纳。
2.3其他应用
项目组授权的6项混凝土超疏水防护材料专利，提出了混凝土材料内外超疏水技术与方法，已与青岛理工大学、中科院海洋研究所联合进行科研并由国控基业（北京）科技有限公司进行生产，在工程项目中实施应用。
3.社会效益
1）自本项目研发应用以来，项目组开发的海工混凝土所使用的粉煤灰、矿粉、石灰石粉等矿物掺合料取代水泥率为45%～50%。上述工程使用的混凝土方量近20万方，相比普通混凝土节约水泥约3.6万吨，由此减少生产水泥向大气中排放CO?量约2.8万吨，改善了人民的生活环境，保护了“绿水青山”。环境效益显著。
2）项目成员单位编制了混凝土内掺型自修复防水材料应用管理规程）(T/SZWA-)、《混凝土内掺型自修复防水材料及施工技术规程》(T/SZWA-)、《城市综合管廊防水工程技术规程》(T/CECS-)、《桥面防水工程技术规程》(DB11T-）等协会、团体和地方标准，实现了混凝土结构防护材料生产、施工、应用过程的规范化和标准化。项目组所研发的混凝土防护技术纳入到国家建筑标准设计图集《城市综合管廊防水设计构造》(19J）中，为建筑防水系统构造提供技术标准。
3）该项目在研发与推广过程中，已为行业培养超过位相关专业人才。项目组主要成员通过相关协会、应用单位组织学术及推广会议，累计培训了余名混凝土、设计等建筑行业技术人员，对推动混凝土行业技术进步和低碳高质量发展，提升核心竞争能力奠定坚实人才基础。同时提高了应用单位科技水平，促进其科技创新，为行业发展、社会进步与稳定作出了突出贡献。
国基业成立于年，分别获得国家级高新技术企业，北京市专精特新企业，中关村高新技术企业，北京市专利试点单位，北京市新产品、新技术单位，国控基业始终致力于坚持面向科技前沿，面向科技主战场，面向行业与产业重大可持续市场需求，以混凝土防水科技综合服役能力为轴心，向硬科技领域发展进军始终在路上！
国控基业为我国躯体式防水理念的提出者，是构建”建筑结构安全命运共同体”发展理论的首席倡议者，中国防水行业首家刚性防水分会会长单位（隶属于深圳市防水行业协会），中国国际科技促进会，国际学术委员会智库单位。