為防護修復技術注入“科技力”
2023-06-01 11:13:02
作者：吳躍，張巍巍 來源：腐蝕與防護
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《中共中央國務院關于開展質量提升行動的指導意見》明確要求，要確保重大工程建設質量，建設百年工程。
要建設百年工程，除全面落實工程參建各方主體質量責任，提升建筑品質，加快推進工程質量管理標準化，提高工程項目管理水平外，還要重點考慮建筑物的全壽命周期問題。
作為解決建筑物耐久性問題、延長使用壽命和提升建筑品質的有效手段，工程防護與修復是我國工程建設中的重要發展方向，也是學術研討和技術開發的重要領域。
“從基礎設施面臨的情況來看，發達國家部分老舊基礎設施亟待更新，發展中國家城市化進程不斷加快，當前及未來一段時間內，全球基礎設施建設及防護與修復的需求會持續強勁。”中國工程院院士、東南大學首席教授劉加平在近日舉辦的“第四屆全國工程防護與修復技術交流會”“第九屆全國工程防水防護與修復技術標準化論壇”上這樣說道。混凝土是當今世界用量最大的土木工程材料，是重大工程和國防建設的重要支撐。而滲漏問題是地下工程的頑疾，嚴重影響建筑物的使用功能，危及民眾生命和財產安全。他指出，軌道交通調研結果表明，裂縫引起的滲漏占85%以上，而貫穿性裂縫是引起滲漏的主要原因。一是地下工程混凝土防止滲漏的關鍵在于抗裂，混凝土抗裂性應進行專項設計，達到可設計、可實施、可檢測的目標；二是“水化-溫度-濕度-約束”多場耦合，是開展地下車站結構混凝土抗裂性專項設計的科學方法；三是高性能混凝土是基礎，抗裂功能材料是關鍵，精細化施工工藝是保障；四是要設計先行，過程嚴控，效果可測，消除有害裂縫。根據媒體公開報道的資料，據不完全統計，從2017年到2022年12月31日，已累計超過2300起外保溫質量安全問題被公開報道或曝光，其中80%以上為外保溫系統發生脫落，其余為外保溫系統空鼓、開裂、滲水等安全隱患。對此，建筑節能保溫防護與修復技術中心主任、常州市建筑科學研究院集團股份有限公司董事長楊江金表示，我國既有建筑面積已超600億平方米，每年新建16億～20億平方米，建筑圍護結構開裂、滲水、脫落等質量安全事故頻發，早期應用外墻外保溫技術的項目陸續逼近25年的設計使用年限，防護與修復市場廣闊。中國建筑科學研究院建筑材料研究所副所長、建研建材有限公司副總經理黃靖表示，工程材料甚至整個構筑物都是有生命的。任何建筑自出生就經歷新建→服役→防護或修復→再服役→再防護或修復→退役的過程，建筑防護與修復的使命就是窮盡材料與工藝技術，讓建筑安全并延長服役壽命，以彌補設計、材料、建造、環境給建筑帶來的負面影響。
正在進行墻面開裂、脫落、滲漏等安全健康質量缺陷診的設備
在建筑防護和修復工程項目中應用數字信息技術，為建筑防護和修復工程項目的可行性實踐創造出更多可能性。 中國防腐與防護學會理事長、北京科技大學教授李曉剛提出，交通、能源、基礎設施等重大工程長期遭受材料腐蝕降解問題的威脅，帶來服役耐久性和安全性的隱患。提升我國先進工程材料及配套防護技術的自主研發水平，保障我國重大工程的長期安全服役有助于減少我國因材料腐蝕降解造成的直接和間接經濟損失。腐蝕是一切人造構筑物的毀滅過程，是威脅安全的重要隱患。降低由腐蝕帶來的損失，認識環境腐蝕機理，必須開展材料在環境中的腐蝕觀測與數據積累工作。針對建筑外圍護系統存在的各種潛在缺陷和安全隱患，中國建筑科學研究院建筑材料研究所副總工程師、建研建材科技與產業化創新中心主任王萬金分享了其團隊開發的一系列基于無人機搭載的數字化智能監測技術。“這個技術很好地解決了工程中存在的隱患問題，為建筑外圍護系統質量缺陷排查和安全隱患評估提供了可靠的依據。”
王萬金表示，外墻外保溫體系設計壽命25年，目前有很多既有建筑逐步進入修繕更新階段，安全健康監測、評估、修繕工作陸續展開，每年監測與防護修復市場份額超千億元。在這種情況下，開發高效率的建筑外圍護系統智能健康監測與防護修復關鍵技術勢在必行，具有廣闊的市場空間和應用前景。
眾所周知，隨著建筑業迅猛發展，建造設計標準屢創新高，建造技術不斷推陳出新，運行環境復雜多變。在這種情況下，要想滿足建筑設計使用壽命，進一步加強防水防護與修復技術的創新意義重大。哈爾濱工業大學土木工程學院教授巴恒靜指出，研究海洋生物分泌的膠的組成與結構，采用人工合成的生物膠與無機材料復合成為新型材料，作為工程防腐材料，對提高混凝土耐久性和使用壽命具有重要意義。而海洋生物誘導劑可快速均勻固著在混凝土和鋼筋表面，實現生態修復一體化。在惡劣環境下，混凝土工程耐久性問題需要深入探索以下三個方面：第一，研究海洋生物分泌膠的膠體組分，并人工合成，作為涂料涂覆在鋼結構和鋼筋混凝土結構表面，實現海洋鋼筋混凝土工程耐久性的大幅度提升；第二，研究誘導劑，使生物膜能快速附著到混凝土表面，發揮對混凝土耐久性的防護作用，這是提高海工混凝士耐久性的一項生態防護措施；第三，將海洋生物膠與無機材料復合，可研制出具有高強、高耐久性的新型材料。圍繞深部地下工程，北京科技大學教授劉娟紅提出，經過數百年的開采，地層淺部礦產資源已瀕臨枯竭，地球內部可利用的成礦空間分布在地表至地下10000米。當前，達到世界先進水平的勘探開采深度為2500～4000米，而我國的大多在500米左右。然而，深部的地層環境與淺部的截然不同，高地應力、高滲透壓、高地溫、強腐蝕環境對超深井提出了前所未有的要求。在紗嶺金礦進風井標高1120米的馬頭門已成功應用團隊研究的適于“高應力、高抗滲、高地溫和強腐蝕”特征的混凝土——HSTCC，并取得較好的效果。但是，深部工程結構材料的探究還需繼續進行，相應的工程應用還需更廣泛地推廣。同時，隨著超高層建筑、超大跨橋梁越來越多，混凝土往超高強、超高性能化發展。而膠凝材料用量大、水膠比低等原因造成混凝土早期自收縮變形比增大，開裂風險提高。為正確評估混凝土體積變形、開裂風險，中國建筑科學研究院賀陽認為，首先需要形成科學的混凝土測試方法，而用于測試混凝土早期自收縮變形的波紋管法經研究表明具有廣泛的適用性。
防護與修復技術在工程中應用
盡管我國建筑業即將迎來防護與修復的高速發展期，但當前仍存在不少制約其發展的因素。山東省交通科學研究院研究員郭保林在分析地鐵車站現澆混凝土裂縫形態及成因時表示，新材料與新技術的進步需要肯定，但更應該切實提升工程建造品質，減少原生缺陷，實現百年工程建設目標。“復雜的結構形式和生產關系、參差不齊的材料品質、不切實際的進度要求等導致施工缺陷層出不窮，一些材料功能的夸大宣傳導致施工過程控制越來越不受重視。更糟糕的是，大家對施工缺陷的接受能力越來越強。”郭保林說。為更好地提高建筑物的耐久性，在楊江金看來，下一步的重點工作很多。例如，要加強既有建筑外圍護結構全生命周期內的安全健康體檢、風險評估預警、防護與修復技術實施及防護與修復效果評價、健康監測等，同時也要針對外圍護結構耐久性、節能、防火的要求，加大研發保溫、防裂、阻燃、抗老化外墻材料，開發更加有效、安全、耐久的新材料和新技術，開發標準化、自動化和智能化的施工新技術、新工藝和新裝備，提高工程質量水平等。對中建材中巖科技有限公司防護修復加固事業部總經理朱玉雪來說，她更關注硅氧烷基呼吸型防護材料及其在混凝士防護工程中的應用。她指出，納米水性無機樹脂是硅溶膠從成膜與滲透、活化兩個方面改性，改善了膜的性能，提高其滲透與活化能力；混凝土增強養護劑利用納米水性無機樹脂“物理屏障”和“化學反應”兩個方面對混凝土進行了增強保護，提高了混凝土的硬度和抵抗外部介質進入的能力，有效地提升了混凝士結構的耐久性，而且納米水性無機樹脂的應用還在不斷拓展。
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