获奖项目名称：

海洋环境下混凝土结构钢筋的腐蚀及协同防护机制

第一完成单位：

中山大学

项目联系人：

孟国哲

联系人电话：

13946010096

联系人邮箱：

menggzh3@hrbeu.edu.cn

项目简介：

2.1研究目的
  2015年，我国海洋基础设施建设投资同比增幅高达21.3%，其中，水泥用量或超11.8 亿吨，约占全国总产量的半壁江山。目前，国家加强了南海资源开发的力度，相继在2019年的《政府工作报告》和《粤港澳大湾区发展规划纲要》中强调要大力发展蓝色经济和推进粤港澳大湾区建设，南海区域的重大海工混凝土设施项目将会越来越多。然而，大湾区高温、高湿、高盐环境造成的混凝土钢筋锈蚀问题威胁着基础设施的服役安全性。针对该问题，项目申请单位在国家重点研发计划政府间/港澳台重点专项的支持下，以及国家自然科学基金的资助下开展了深入的研究，揭示了海洋环境中钝性金属材料的点蚀与钝化膜局部破坏的密切关系，实现了在钢筋表面、混凝土、混凝土表面构建三层防护体系的既定目标。
2.2主要科学发现点
  （1）首次实现对钝化膜及界面在外场作用下结构演变的精细实验成像解析，阐明了氯离子与钝化膜的交互作用机制，修正和完善了数十年来基于模型假说及间接实验支撑所建立起来的钝化膜击破理论，使有关钝化膜的研究进入到直接实验成像研究的新阶段；
  （2）首次阐明界面结构与钝化膜稳定性的关系，突破了在钝化膜稳定性研究中普遍聚焦钝化膜自身结构和组成影响的研究局限，并通过原子尺度界面重构实现了钝化膜稳定性及不锈钢宏观耐蚀性能的显著提升。
  （3）通过研究揭示了钝化膜成分结构与点蚀氯离子敏感度之间的关系，在理想的裸钢筋表面制备了多种含铈“类不锈钢钝化膜”，使氯离子浓度阈值提升约五倍，其耐蚀性能达到了316L不锈钢的水平。
  （4）研究如何对氧化皮、锈层中的大量缺陷进行修复。巧妙利用路易斯酸碱理论和溶胶凝胶在加热成膜过程中pH的变化，在氧化皮/锈层表面制备了多种类型的致密富铈转化膜，大幅提升了钢筋的耐蚀性能。
  （5）研发了新型插层材料和凝胶材料，研究了它们与氯离子和阻锈剂的结合力差异，成功实现了氯离子捕获和阻锈剂的同步释放
（6）基于硅烷层和自固化材料的协同修饰作用，探明了液体在微小毛细通道中浸润行为规律，成功制备了厚度达14毫米的憎水阻隔层，使氯离子扩散系数降低了96%。
2.3成果产生的价值
  在科学理论基础方面，国际腐蚀研究团队一直没能实现对钝化膜结构的精细实验成像解析。本项目围绕与点蚀萌生密切相关的钝化膜，以像差校正电子显微术为特色研究手段，开展钝化膜击破机制、钝化膜结构与稳定性关系的研究，以及通过钝化膜结构修饰提高其防护性能的策略探索。
  在经济发展方面，基于此项目所产生的创新成果可以显著提升混凝土结构的耐久性，同时显示了普通碳钢钢筋经过表面处理后替代不锈钢钢筋的可能性，具有巨大的潜在经济效益。
  在学术影响方面，项目期间共发表SCI论文17篇，申请国家发明专利8件，培养了博士生3名、硕士生8名。