获奖项目名称：

严酷海洋环境金属多因素耦合腐蚀机理与长效防护设计

第一完成单位：

青岛理工大学

项目联系人：

张小影

联系人电话：

15964254142

联系人邮箱：

zhanxy@qut.edu.cn

项目简介：

  跨海大桥、海上风电等重大海洋工程中广泛采用“钢-混凝土”复合结构，但其在严酷海洋环境下面临严峻腐蚀挑战，直接制约结构耐久性。目前腐蚀防护技术面临三大挑战：多因素耦合损伤机理不清，腐蚀进程预测不准；损伤时空关键点不明，原位检测困难早期预警能力不足；现有防护体系提升效应不佳，难以满足长寿命服役需求。针对这些问题，项目组揭示了海洋环境多因素耦合损伤机制，提出了多场变响应识别方法，建立了多层次长效设计策略，为实现结构寿命可预测、损伤可监测、腐蚀可防护提供了理论支撑。
  主要科学发现如下：
  （1）“光-力-温-湿-盐”多因素耦合损伤机理：首次定义了腐蚀环境影响因子，提出基于腐蚀产物光伏效应的光照大气腐蚀机理，为光电阴极保护选材提供了理论依据；国际上较早揭示了氯盐-硫酸盐交互作用机制，构建了考虑温湿度效应的非饱和混凝土氯离子传输模型；首创原位掠入射XRD钝化膜测试方法，发现了铁酸盐耐蚀新组分并绘制新版钝化布拜图，明确了含氯锈蚀产物组成，获得了室内外耐久性试验相似关系，建立了钢筋混凝土第一、第二阶段服役寿命预测模型。
  （2）“浓度-应力-电磁”多场变响应识别方法：首次采用X-CT技术解码了有机涂层本征孔隙率缺陷，开发了氢离子和腐蚀产物铁离子浓度场响应的配位增强比率荧光开关，实现涂层损伤点和金属锈蚀点的精准空间定位和高灵敏（10-7molL-1）荧光示警；创新性运用数字图像技术（DIC）等精准测量混凝土中钢筋锈胀应力，建立了混凝土中钢筋锈蚀应力场响应识别与监测方法；首创海洋环境混凝土中钢筋锈蚀电磁场变响应与识别方法，发明了高精度为严酷环境混凝土结构中钢筋锈蚀精准监测开辟了新方向。
  （3）“维钝-阻锈-修复”多层次长效设计策略：提出了强氧化还原活性的Z型异质结光阳极材料设计方法，研发了高致密、高耐紫外的光电阴极保护涂层和钢筋混凝土用光电阴极保护系统；创新性设计了电磁诱导定向排列的高屏蔽富锌、富镁涂层，研发了高致密陶瓷/合金复合防腐涂层和耐盐缓释SAP；提出了高韧性自修复防腐涂层设计方法，发明了碳纤维掺杂新型水泥基导电阳极材料和阻锈界面剂，提出了维钝-阻锈-修复多层次提升的长效防腐体系设计方法，保障了海洋工程复合结构的长寿命服役。
  项目已发表相关SCI论文76篇，入选高被引论文和热点论文5篇，他引1990次，出版专著2部，主编团体标准1部，授权美国、日本、中国发明专利25件，实用新型专利11件，软件著作权5件。5篇代表性论文发表于腐蚀和材料领域Top期刊《Corrosion Science》、《Cement and Concrete Composites》等。成果获世界三大发明展之一日内瓦国际发明展金奖。以侯保荣院士、刘加平院士等为主任的多个鉴定/验收专家委员会认为“海工结构腐蚀机制、考虑多重耐蚀提升技术的海工结构寿命预测模型、光电阴极保护、钢筋锈蚀电磁场变响应与性能识别”等达到国际领先水平。
  团队成员获英国混凝土技术学会荣誉会士和国家杰青，团队获山东省黄大年式教师团队和国家111计划创新引智团队。主办了“第八届建筑材料防水处理与表面防护国际学术会议”、“第三届全国工程防护与修复技术交流会”、“第七届水工结构与岩土领域青年学者论坛”等，显著提升了我国在海洋钢筋混凝土耐久性设计与协同延寿的原始创新能力。