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鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是目前近海工程應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)形式，然而受腐蝕性海洋環(huán)境作用，其耐久性問(wèn)題突出。在科研人員的努力下，這一困擾土木工程師多年的難題，終于找到了有效的解決方案。3月12日，廣西大學(xué)作為第一完成單位項(xiàng)目《近海工程結(jié)構(gòu)混凝土耐久性定量設(shè)計(jì)成套關(guān)鍵技術(shù)及工程應(yīng)用》，榮獲全國(guó)工程建設(shè)科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域最高獎(jiǎng)項(xiàng)——2023年度華夏建設(shè)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)，這在廣西還是首次。
該項(xiàng)目由廣西大學(xué)土木建筑工程學(xué)院楊綠峰教授主持完成。從2008年起，來(lái)自10家單位的15名成員經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)15年的研究，形成多項(xiàng)原創(chuàng)性成果，獲授權(quán)PCT國(guó)際專(zhuān)利1項(xiàng)、國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利17項(xiàng)、實(shí)用新型專(zhuān)利23項(xiàng)。楊綠峰表示，“陸地沿海及島礁等近海區(qū)域是我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重點(diǎn)區(qū)域。研究成果的應(yīng)用，極大提升了經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。”
“鋼筋混凝土的配比不同，對(duì)其凝結(jié)硬度、環(huán)境強(qiáng)度都會(huì)造成影響。以往只能通過(guò)土木工程師的‘經(jīng)驗(yàn)’去調(diào)制配比，可若是個(gè)人經(jīng)驗(yàn)沒(méi)把準(zhǔn)，就可能會(huì)導(dǎo)致工程還沒(méi)到設(shè)計(jì)使用年限時(shí)就出現(xiàn)鋼筋銹蝕、混凝土開(kāi)裂剝落等耐久性劣化問(wèn)題，嚴(yán)重時(shí)甚至發(fā)生結(jié)構(gòu)破壞和倒塌，對(duì)人民生命財(cái)產(chǎn)安全造成巨大威脅。”項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)成員、廣西大學(xué)余波教授介紹，“這是一項(xiàng)世界性難題，就像人類(lèi)的慢性病一樣。”
研究團(tuán)隊(duì)首要解決的是傳統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)缺乏海洋環(huán)境腐蝕作用量化取值依據(jù)的缺陷。為此，團(tuán)隊(duì)建立了包含17個(gè)國(guó)家、62個(gè)暴露站、最長(zhǎng)暴露時(shí)間達(dá)75年的海洋混凝土野外長(zhǎng)期暴露試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)，揭示了腐蝕性氯離子從海洋環(huán)境進(jìn)入混凝土內(nèi)部的傳輸機(jī)理，建立了大氣區(qū)、浪濺區(qū)、潮汐區(qū)和水下區(qū)海洋環(huán)境下混凝土表面氯離子濃度的多因素量化模型，進(jìn)而構(gòu)建了海洋環(huán)境腐蝕作用的量化指標(biāo)體系。
如何提升混凝土的耐久性，實(shí)現(xiàn)“強(qiáng)度與耐久性并重”？針對(duì)傳統(tǒng)耐久性分析技術(shù)難以高效準(zhǔn)確分析大型復(fù)雜混凝土結(jié)構(gòu)中腐蝕性物質(zhì)傳輸過(guò)程和濃度分布規(guī)律的難題，團(tuán)隊(duì)研究提出了混凝土中氯離子擴(kuò)散場(chǎng)補(bǔ)償理論，首創(chuàng)了綜合考慮擴(kuò)散維數(shù)和幾何形狀的大型復(fù)雜混凝土結(jié)構(gòu)耐久性控制區(qū)模型，進(jìn)而提出了大型復(fù)雜混凝土結(jié)構(gòu)耐久性定量分析的高效高精度方法。
在此基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)在國(guó)內(nèi)外率先研發(fā)出基于三參數(shù)模型的混凝土結(jié)構(gòu)耐久性定量設(shè)計(jì)技術(shù)。針對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)難以量化分析確定礦物摻合料摻量，容易造成水膠比過(guò)小、強(qiáng)度等級(jí)過(guò)高等問(wèn)題，又率先研發(fā)出兼顧強(qiáng)度與耐久性要求的混凝土配合比設(shè)計(jì)技術(shù)，從而確保所制備的混凝土能夠同時(shí)滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)承載力和服役壽命要求。此外，利用粉煤灰、礦渣等工業(yè)廢料替代部分水泥，合理降低工程成本，有助于減少碳排放量。
由中國(guó)工程院院士、全國(guó)勘察設(shè)計(jì)大師等知名專(zhuān)家組成的鑒定委員會(huì)一致認(rèn)為：“該項(xiàng)目建立了近海工程結(jié)構(gòu)混凝土耐久性定量設(shè)計(jì)理論體系，并在實(shí)際工程中得到很好的應(yīng)用，成果達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。”
該成果具有廣闊的工程應(yīng)用前景，已在中國(guó)、斯里蘭卡、印度尼西亞、喀麥隆、坦桑尼亞等“一帶一路”共建國(guó)家推廣應(yīng)用，涉及建筑、橋梁、海港、碼頭、核電、地鐵、市政等領(lǐng)域35個(gè)重大工程項(xiàng)目。依托該成果編制的工程建設(shè)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《海岸工程混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，為“一帶一路”基礎(chǔ)設(shè)施互聯(lián)互通、中國(guó)—東盟海洋合作和西部陸海新通道、中國(guó)自由貿(mào)易試驗(yàn)區(qū)建設(shè)等提供了關(guān)鍵技術(shù)保障。
