为防护修复技术注入“科技力”
2023-06-01 11:13:02
作者：吴跃，张巍巍 来源：腐蚀与防护
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《中共中央国务院关于开展质量提升行动的指导意见》明确要求，要确保重大工程建设质量，建设百年工程。
要建设百年工程，除全面落实工程参建各方主体质量责任，提升建筑品质，加快推进工程质量管理标准化，提高工程项目管理水平外，还要重点考虑建筑物的全寿命周期问题。
作为解决建筑物耐久性问题、延长使用寿命和提升建筑品质的有效手段，工程防护与修复是我国工程建设中的重要发展方向，也是学术研讨和技术开发的重要领域。
“从基础设施面临的情况来看，发达国家部分老旧基础设施亟待更新，发展中国家城市化进程不断加快，当前及未来一段时间内，全球基础设施建设及防护与修复的需求会持续强劲。”中国工程院院士、东南大学首席教授刘加平在近日举办的“第四届全国工程防护与修复技术交流会”“第九届全国工程防水防护与修复技术标准化论坛”上这样说道。混凝土是当今世界用量最大的土木工程材料，是重大工程和国防建设的重要支撑。而渗漏问题是地下工程的顽疾，严重影响建筑物的使用功能，危及民众生命和财产安全。他指出，轨道交通调研结果表明，裂缝引起的渗漏占85%以上，而贯穿性裂缝是引起渗漏的主要原因。一是地下工程混凝土防止渗漏的关键在于抗裂，混凝土抗裂性应进行专项设计，达到可设计、可实施、可检测的目标；二是“水化-温度-湿度-约束”多场耦合，是开展地下车站结构混凝土抗裂性专项设计的科学方法；三是高性能混凝土是基础，抗裂功能材料是关键，精细化施工工艺是保障；四是要设计先行，过程严控，效果可测，消除有害裂缝。根据媒体公开报道的资料，据不完全统计，从2017年到2022年12月31日，已累计超过2300起外保温质量安全问题被公开报道或曝光，其中80%以上为外保温系统发生脱落，其余为外保温系统空鼓、开裂、渗水等安全隐患。对此，建筑节能保温防护与修复技术中心主任、常州市建筑科学研究院集团股份有限公司董事长杨江金表示，我国既有建筑面积已超600亿平方米，每年新建16亿～20亿平方米，建筑围护结构开裂、渗水、脱落等质量安全事故频发，早期应用外墙外保温技术的项目陆续逼近25年的设计使用年限，防护与修复市场广阔。中国建筑科学研究院建筑材料研究所副所长、建研建材有限公司副总经理黄靖表示，工程材料甚至整个构筑物都是有生命的。任何建筑自出生就经历新建→服役→防护或修复→再服役→再防护或修复→退役的过程，建筑防护与修复的使命就是穷尽材料与工艺技术，让建筑安全并延长服役寿命，以弥补设计、材料、建造、环境给建筑带来的负面影响。
正在进行墙面开裂、脱落、渗漏等安全健康质量缺陷诊的设备
在建筑防护和修复工程项目中应用数字信息技术，为建筑防护和修复工程项目的可行性实践创造出更多可能性。 中国防腐与防护学会理事长、北京科技大学教授李晓刚提出，交通、能源、基础设施等重大工程长期遭受材料腐蚀降解问题的威胁，带来服役耐久性和安全性的隐患。提升我国先进工程材料及配套防护技术的自主研发水平，保障我国重大工程的长期安全服役有助于减少我国因材料腐蚀降解造成的直接和间接经济损失。腐蚀是一切人造构筑物的毁灭过程，是威胁安全的重要隐患。降低由腐蚀带来的损失，认识环境腐蚀机理，必须开展材料在环境中的腐蚀观测与数据积累工作。针对建筑外围护系统存在的各种潜在缺陷和安全隐患，中国建筑科学研究院建筑材料研究所副总工程师、建研建材科技与产业化创新中心主任王万金分享了其团队开发的一系列基于无人机搭载的数字化智能监测技术。“这个技术很好地解决了工程中存在的隐患问题，为建筑外围护系统质量缺陷排查和安全隐患评估提供了可靠的依据。”
王万金表示，外墙外保温体系设计寿命25年，目前有很多既有建筑逐步进入修缮更新阶段，安全健康监测、评估、修缮工作陆续展开，每年监测与防护修复市场份额超千亿元。在这种情况下，开发高效率的建筑外围护系统智能健康监测与防护修复关键技术势在必行，具有广阔的市场空间和应用前景。
众所周知，随着建筑业迅猛发展，建造设计标准屡创新高，建造技术不断推陈出新，运行环境复杂多变。在这种情况下，要想满足建筑设计使用寿命，进一步加强防水防护与修复技术的创新意义重大。哈尔滨工业大学土木工程学院教授巴恒静指出，研究海洋生物分泌的胶的组成与结构，采用人工合成的生物胶与无机材料复合成为新型材料，作为工程防腐材料，对提高混凝土耐久性和使用寿命具有重要意义。而海洋生物诱导剂可快速均匀固着在混凝土和钢筋表面，实现生态修复一体化。在恶劣环境下，混凝土工程耐久性问题需要深入探索以下三个方面：第一，研究海洋生物分泌胶的胶体组分，并人工合成，作为涂料涂覆在钢结构和钢筋混凝土结构表面，实现海洋钢筋混凝土工程耐久性的大幅度提升；第二，研究诱导剂，使生物膜能快速附着到混凝土表面，发挥对混凝土耐久性的防护作用，这是提高海工混凝士耐久性的一项生态防护措施；第三，将海洋生物胶与无机材料复合，可研制出具有高强、高耐久性的新型材料。围绕深部地下工程，北京科技大学教授刘娟红提出，经过数百年的开采，地层浅部矿产资源已濒临枯竭，地球内部可利用的成矿空间分布在地表至地下10000米。当前，达到世界先进水平的勘探开采深度为2500～4000米，而我国的大多在500米左右。然而，深部的地层环境与浅部的截然不同，高地应力、高渗透压、高地温、强腐蚀环境对超深井提出了前所未有的要求。在纱岭金矿进风井标高1120米的马头门已成功应用团队研究的适于“高应力、高抗渗、高地温和强腐蚀”特征的混凝土——HSTCC，并取得较好的效果。但是，深部工程结构材料的探究还需继续进行，相应的工程应用还需更广泛地推广。同时，随着超高层建筑、超大跨桥梁越来越多，混凝土往超高强、超高性能化发展。而胶凝材料用量大、水胶比低等原因造成混凝土早期自收缩变形比增大，开裂风险提高。为正确评估混凝土体积变形、开裂风险，中国建筑科学研究院贺阳认为，首先需要形成科学的混凝土测试方法，而用于测试混凝土早期自收缩变形的波纹管法经研究表明具有广泛的适用性。
防护与修复技术在工程中应用
尽管我国建筑业即将迎来防护与修复的高速发展期，但当前仍存在不少制约其发展的因素。山东省交通科学研究院研究员郭保林在分析地铁车站现浇混凝土裂缝形态及成因时表示，新材料与新技术的进步需要肯定，但更应该切实提升工程建造品质，减少原生缺陷，实现百年工程建设目标。“复杂的结构形式和生产关系、参差不齐的材料品质、不切实际的进度要求等导致施工缺陷层出不穷，一些材料功能的夸大宣传导致施工过程控制越来越不受重视。更糟糕的是，大家对施工缺陷的接受能力越来越强。”郭保林说。为更好地提高建筑物的耐久性，在杨江金看来，下一步的重点工作很多。例如，要加强既有建筑外围护结构全生命周期内的安全健康体检、风险评估预警、防护与修复技术实施及防护与修复效果评价、健康监测等，同时也要针对外围护结构耐久性、节能、防火的要求，加大研发保温、防裂、阻燃、抗老化外墙材料，开发更加有效、安全、耐久的新材料和新技术，开发标准化、自动化和智能化的施工新技术、新工艺和新装备，提高工程质量水平等。对中建材中岩科技有限公司防护修复加固事业部总经理朱玉雪来说，她更关注硅氧烷基呼吸型防护材料及其在混凝士防护工程中的应用。她指出，纳米水性无机树脂是硅溶胶从成膜与渗透、活化两个方面改性，改善了膜的性能，提高其渗透与活化能力；混凝土增强养护剂利用纳米水性无机树脂“物理屏障”和“化学反应”两个方面对混凝土进行了增强保护，提高了混凝土的硬度和抵抗外部介质进入的能力，有效地提升了混凝士结构的耐久性，而且纳米水性无机树脂的应用还在不断拓展。
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