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中科院海洋新材料与应用技术重点实验室项目合作:海港工程混凝土防护涂层关键技术

2021-03-05 16:284120
 01项目背景
  随着海洋经济的发展,越来越多的混凝土构筑物出现在海上,比如跨海大桥、海港码头等等,这些永久或半永久的钢筋混凝土构筑物体量越来越大,防护等级要求越来越高。由此类构筑物于长期受海水浸泡、干湿交替、日光曝晒、沿海盐雾、海生生物及潮湿空气的腐蚀,码头混凝土如不加以保护则很容易被腐蚀、碳化,从而导致其使用寿命大大降低。选择合适的防腐涂料,设计合理的防腐涂层,对于延长海港码头的使用寿命是一种积极有效的方法,也是目前为止性价比高的防护延寿方法。
  混凝土防护涂层要解决几大问题,一是底漆要有良好的高渗入性、潮湿固化性和对氯离子的原位交联固化性能,可以为整个涂层提供高附着力、第表面处理和高抗氯离子渗透性能;二是涂层要有良好的断裂伸长率,又称裂缝追随性,使得万一混凝土发生微裂纹时,涂层仍旧能起到良好的屏蔽作用;三是表湿区(浪溅区及以下)要有优异的抗渗防腐增强功能和抗碳化功能,表干区除了防腐和抗碳化还要有优良的耐候性能
  
02技术特点
  海港工程混凝土防护系列涂层是海洋功能材料团队专门针对海洋环境港口码头混凝土构筑物研发的涂层配套体系。涂层包括表干区和表湿区两大部位。
  该系列产品具有完全自主知识产权,在沿海港口、码头、跨海大桥等处都进行了大规模应用,对于提升混凝土构筑物有效防护寿命,确保我国沿海基建基础装备的长期安全服役具有重大意义。
  采用高附着力柔性改性树脂和亲水酰胺为基料,添加微纳复合二维结构材料为骨料,对标国际先进同类产品,成功解决了施工过程中潮湿固化、高渗入、高附着力、高抗氯离子渗透的难题,使混凝土的防护层厚度从几十微米提高至几毫米,进而使混凝土具有优异的抗渗防腐增强功能和良好的裂缝追随性。
  采用环氧预固化柔性技术,成功实现环氧的柔性化,环氧体系裂缝追随性高达0.6mm,辅之二维结构材料微纳复合长效防腐技术、环氧耐黄变技术,成功解决裂缝追随性、高抗氯离子渗透性和耐黄变的难题。
  表干区面层可根据不同防护环境和年限需求,灵活配套丙烯酸、聚氨酯、氟碳、聚硅氧烷等不同体系,以获得高性价比。
  产品已经中试放大生产并有数平方的产业化应用案例。
  生产工艺与普通防腐涂料产品工艺基本一致,无需增加额外设备或生产线。
  产品性能较市面产品提高30%-80%,价格与市面产品基本持平,具有很高的性价比。
  
03市场情况
  号称“基建狂魔”,据统计境内现有现代桥梁总数超过100万座,21世纪人类新建的前100名高桥中超90座,并还在增长中。
  港口码头方面,目前拥有生产性码头泊位3万多,其中万吨以上泊位2300多个。无论是跨海大桥还是港口码头,随着存量的增长,国人对新建大桥和码头越来越有经验。但已经建造的跨海大桥和码头的维护需求日益增多,市场前景广阔。
  很多工程建造时号称百年,至今已经过去近二十年,各种问题很多,需要系统的维护保养,在涂层防护方面也需要根据现场施工的特点进行优化,比如突出快干技术、低表面处理技术、厚膜化等等。但现有市面产品难以满足严酷的现场环境和长效防护需求。
  本系列产品基于上述特点,从分子结构设计和关键材料自主合成的层面入手,实现了材料的高品质自主可控,且商业化成本与市场现有产品相当,极大提高了产品的性价比,具有很好的经济和社会效益。
  
04项目团队
  团队负责人王立平,海洋功能材料团队负责人,研究员,博士生导师,中科院海洋新材料与应用技术重点实验室主任,杰出青年基金获得者,入选百千万人才工程被授予“有突出贡献中青年专家”荣誉称号。一直从事极端环境下材料多因素损伤、表面多途径延寿设计的理论与工程应用研究。授权发明45件,出版中文专著2部,发表SCI论文150篇。获技术发明二等奖(排名第1)、创新争先奖、好设计银奖,青年科技奖和青年五四奖章。
  科学院宁波材料所薛群基院士和王立平研究员团队是国内从事海洋防护材料基础研究和应用的主要团队之一。依托于中科院海洋新材料与应用技术重点实验室,中科院宁波材料所薛群基院士、王立平杰青、万人计划、中科院“百人计划”组成的100余人科研团队,针对海洋环境材料腐蚀损伤失效、深海极端环境材料损伤失效、海水环境生物污损三种典型海洋工程材料损伤失效问题,发展了多种新型海洋防护材料和技术。团队先后承担了海洋防腐领域973项目“海洋工程装备材料腐蚀与防护关键技术基础研究”、重点研发计划、自然科学基金重点项目“海洋航体表界面设计与仿生减阻机理”、科技支撑计划、科工局配套项目、中科院南海先导专项等、地方和企业合作项目60余项,研究成果大量应用于海洋工程、国防装备、岛礁设施和保障装备等。
  团队在宁波新材料联合研究院设立了先进功能材料军民融合工程中心,全力推进相关研究成果的产业化应用。目前团队在极端环境电化学-力学/高温服役耦合损伤、高温高湿高盐雾海洋环境防腐体系与重大工程应用、深海复杂环境长效耐压防腐材料服役行为及预测、极地超低温环境防护材料服役行为等方向都做了长线布局,在相关新材料领域授权发明超50项,荣获技术发明二等奖和多项省部级一等奖,其中获腐蚀与防护学会技术发明一等奖的海洋环境钢管桩用高固厚膜防护涂料已获广泛应用;研发的石墨烯改性重防腐涂料被鉴定为“达到国际水平”,荣获“好设计”银奖,在380米高跨海输电塔、大型海浪发电平台、核电、一带一路高铁等重点设施装备获得突破性应用,成功解决了南海DJ、滨海航天发射场等重大工程中的长效防腐难题,取得了显著的经济效益和社会效益。
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