获奖项目名称：

严酷环境下钢筋混凝土结构防护关键技术及工程应用

第一完成单位：

水利部 交通运输部 国家能源局 南京水利科学研究院

项目联系人：

李岩

联系人电话：

13585173367

联系人邮箱：

liy@nhri.cn

项目简介：

2.1 项目研究的目的意义
  随着国家“一带一路”、“海洋强国”等战略的推进，大量重大基础设施工程在建或服役于海洋、盐碱地等严酷环境。以氯离子侵蚀为主导致的钢筋腐蚀严重威胁结构安全与耐久性，并带来巨量经济损失。据统计，我国每年因腐蚀造成的直接经济损失超过2万亿元，约占GDP的3.34%。钢筋腐蚀已被公认为影响混凝土耐久性的首要因素。混凝土本身对钢筋有一定保护作用，但其多孔、易裂的特性使氯离子等腐蚀介质易侵入，从而破坏钝化膜并引发电化学腐蚀，导致混凝土开裂以致结构性能退化。传统“凿除修补”的处理方式不仅效率低、成本高，且难以实现长效防护。本项目立足于钢筋电化学腐蚀本质，以“防、阻、隔、修”为核心技术思路，构建了一套严酷环境下钢筋混凝土腐蚀控制关键技术体系，显著提升结构耐久性与服役寿命，为国家重大基础设施工程的安全长效服役提供关键支撑。
2.2 主要技术创新点
  （1）研发了长效型锌网活性砂浆牺牲阳极式钢筋延寿技术。基于牺牲阳极的阴极保护原理，设计了网格状锌牺牲阳极，开发了物理力学性能及电化学性能优异的溴化锂-聚丙烯纤维活性砂浆，构建了网格状牺牲阳极与活性砂浆一体化阴极保护系统；优化了砂浆孔隙结构，强化了腐蚀产物迁出通道，揭示了活性组分保持阳极稳定溶解的机理，降低钢筋全寿命周期维修成本达40%以上，显著延长了钢筋服役寿命，突破了潮差浪溅区等严酷环境下钢筋混凝土结构阴极保护瓶颈问题。
  （2）发明了热电自主型清洁能耗电化学阴极防护技术。建立了碳纤维砂浆导电性的数学模型，科学阐述了影响碳纤维砂浆导电性及力学性能的微观结构演变机制，制备出高韧性、高导电性及优异电化学稳定性的辅助阳极材料；创新研发了高热电转换效率的导电水泥基辅助阳极并实现模块化，布设了温差热电阴极防护系统，实现了清洁能耗条件下钢筋混凝土的绿色低成本高效防护。
  （3）开发了多用途协同装载型长效阻锈技术。研制了既可内掺、又可外涂的离子置换型纳米装载钢筋阻锈剂，提出了适用多种工程应用场景的无机材料装载阻锈体系，实现了钢筋表面成膜的精准调控，减少了阻锈剂用量并大幅延长阻锈时效；阐明了阻锈剂分子动态成膜防护机制及离子置换、迁移动力学过程，大幅提升了钢筋耐蚀性能，解决了传统钢筋阻锈剂防护时效短及应用环境单一的难题。
  （4）研发了高护筋性低碳混凝土及其自修复技术。发明了具备低泡降黏、高早强、引气可控的低碳高性能混凝土系列功能改性材料，提出了高工作性、低渗透导向的大掺量矿物掺合料复合胶凝体系混凝土的设计理论及方法，大幅降低了胶凝材料中水泥用量，显著提高了混凝土体积稳定性；发明了基于微生物矿化的混凝土裂缝自修复技术，提出了低碱负载和微孔容纳的菌体协同保护方法，实现宽度1mm以下混凝土微裂缝自修复率超90%，大幅提升了混凝土的护筋能力。
2.3 成果产生的价值
  项目研究显著提升了钢筋腐蚀控制能力和混凝土结构服役安全性，大幅延长钢筋混凝土结构服役寿命，有效降低了因钢筋腐蚀损耗造成的碳排放。实现了科技成果规模化应用，成果已在珠江三角洲水资源配置工程、平陆运河工程、乳山口跨海大桥、三江口特大桥、江苏连云港港口码头工程、宁波北仑港码头等一大批重大工程得到应用，近三年实现新增销售额64875万元，节支总额2268万元，取得了良好的经济效益和社会效益。
  项目研究成果形成了系统自主知识产权，获授权中国专利30余件，软件著作权7件，发表论文60余篇，出版专著6部，主参编标准8部，相关成果推动了土木、水利、建筑等行业的科技进步和可持续发展。经权威机构查新及专家评价，成果总体上达到国际先进水平，其中长效型锌网活性砂浆牺牲阳极钢筋延寿技术达到了国际领先水平。