成功解决工程混凝土“下海”世界性难题

本文转自：广西日报

广西大学一研究项目荣获全国工程建设科学技术领域最高奖项

成功解决工程混凝土“下海”世界性难题

记者/刘琴 通讯员/贾琦艳

学方略 谋创新 抓落实

本报南宁讯 （记者/刘琴 通讯员/贾琦艳）钢筋混凝土结构是目前近海工程应用最广泛的结构形式，然而受腐蚀性海洋环境作用，其耐久性问题突出。在科研人员的努力下，这一困扰土木工程师多年的难题，终于找到了有效的解决方案。3月12日，广西大学作为第一完成单位项目《近海工程结构混凝土耐久性定量设计成套关键技术及工程应用》，荣获全国工程建设科学技术领域最高奖项——2023年度华夏建设科学技术奖一等奖，这在广西还是首次。

该项目由广西大学土木建筑工程学院杨绿峰教授主持完成。从2008年起，来自10家单位的15名成员经过长达15年的研究，形成多项原创性成果，获授权PCT国际专利1项、国家发明专利17项、实用新型专利23项。杨绿峰表示，“陆地沿海及岛礁等近海区域是我国经济发展和国防工程建设的重点区域。研究成果的应用，极大提升了经济效益和环境效益。”

“钢筋混凝土的配比不同，对其凝结硬度、环境强度都会造成影响。以往只能通过土木工程师的‘经验’去调制配比，可若是个人经验没把准，就可能会导致工程还没到设计使用年限时就出现钢筋锈蚀、混凝土开裂剥落等耐久性劣化问题，严重时甚至发生结构破坏和倒塌，对人民生命财产安全造成巨大威胁。”项目团队成员、广西大学余波教授介绍，“这是一项世界性难题，就像人类的慢性病一样。”

研究团队首要解决的是传统设计技术缺乏海洋环境腐蚀作用量化取值依据的缺陷。为此，团队建立了包含17个国家、62个暴露站、最长暴露时间达75年的海洋混凝土野外长期暴露试验数据库，揭示了腐蚀性氯离子从海洋环境进入混凝土内部的传输机理，建立了大气区、浪溅区、潮汐区和水下区海洋环境下混凝土表面氯离子浓度的多因素量化模型，进而构建了海洋环境腐蚀作用的量化指标体系。

如何提升混凝土的耐久性，实现“强度与耐久性并重”？针对传统耐久性分析技术难以高效准确分析大型复杂混凝土结构中腐蚀性物质传输过程和浓度分布规律的难题，团队研究提出了混凝土中氯离子扩散场补偿理论，首创了综合考虑扩散维数和几何形状的大型复杂混凝土结构耐久性控制区模型，进而提出了大型复杂混凝土结构耐久性定量分析的高效高精度方法。

在此基础上，团队在国内外率先研发出基于三参数模型的混凝土结构耐久性定量设计技术。针对传统技术难以量化分析确定矿物掺合料掺量，容易造成水胶比过小、强度等级过高等问题，又率先研发出兼顾强度与耐久性要求的混凝土配合比设计技术，从而确保所制备的混凝土能够同时满足结构承载力和服役寿命要求。此外，利用粉煤灰、矿渣等工业废料替代部分水泥，合理降低工程成本，有助于减少碳排放量。

由中国工程院院士、全国勘察设计大师等知名专家组成的鉴定委员会一致认为：“该项目建立了近海工程结构混凝土耐久性定量设计理论体系，并在实际工程中得到很好的应用，成果达到国际领先水平。”

该成果具有广阔的工程应用前景，已在中国、斯里兰卡、印度尼西亚、喀麦隆、坦桑尼亚等“一带一路”共建国家推广应用，涉及建筑、桥梁、海港、码头、核电、地铁、市政等领域35个重大工程项目。依托该成果编制的工程建设国家标准《海岸工程混凝土结构技术标准》，为“一带一路”基础设施互联互通、中国—东盟海洋合作和西部陆海新通道、中国自由贸易试验区建设等提供了关键技术保障。