土木工程

 

       二、技术或产品名称

 

       海洋环境重大基础设施耐久性设计、耐久性监测与评估

 

       三、技术水平

 

       国际领先

 

       四、技术简介

 

       2018年我国混凝土使用方量超过100亿方，是海洋工程建设最大宗的建筑材料。但看似无比坚硬的混凝土材料并不像人们想象的那样坚固、耐久。滨海重大基础设施往往过早失效，服役寿命较短，经济损失巨大，严重制约环境保护与经济可持续发展战略的实施。因而，确保并延长海洋环境重大基础设施服役寿命是急需解决的重大战略问题。团队针对现代海洋工程钢筋混凝土结构面临的易开裂、难防护、钢筋锈蚀严重、长期性能难以准确评估等问题，聚焦“海洋环境混凝土结构耐久性基础理论与设计方法”、“绿色长寿命混凝土开发与应用”和“海洋工程耐久性监测与评估”，形成核心技术，研究成果推广应用于青岛胶州湾海底隧道、青岛地铁、青连铁路、青荣城际铁路、台山核电等重大工程。

 

       五、创新点及性能指标

 

     （1）阐明海洋环境下钢筋混凝土损伤劣化机理，构建了滨海重大工程耐久性设计方法，已成功用于胶州湾海底隧道，青岛地铁，青荣城际铁路，青连铁路的耐久性设计，提高了设计的可靠度和精度。

 

     （2）提出了绿色高耐久水泥基材料微结构优化与调控方法，实现海洋工程的可持续发展。开发的海工超高性能混凝土抗压强度超过120MPa，氯离子扩散系数小于2×10-14m2/s，断裂能是普通混凝土的50倍，钢筋锈蚀率小于0.01μm/年。开发的绿色衬砌混凝土，水泥用量降低30%，氯离子扩散系数小于4×10-14m2/s。开发的超高韧性水泥基材料，极限拉伸应变达到普通混凝土的400倍。基于纳米功能材料开发了免蒸养混凝土制品，10小时即可达到拆模强度，降低装配式预制构件/地铁管片养护能耗35%。

 

     （3）创建了海洋工程全寿命周期智慧感知理论与劣化预警方法，为海洋环境下混凝土结构耐久性再设计、性能恢复与提升提供依据。开发了可埋入式高精度固态微环境测试电极。基于电磁学原理，搭建了基于磁通量的钢筋锈蚀场变监测系统，建立了混凝土中电磁场响应时效模型与钢筋锈蚀识别方法。针对目前钢筋混凝土结构被动、离线、静态的监测现状，开发了包括温度传感器、湿度传感器、氯离子-pH集成探针、钢筋应力、混凝土应变、钢筋锈蚀传感器以及视频报警的混凝土结构全寿命性能智慧感知与劣化预警系统，实现大范围、多目标、多参数、远距离的原位无线监测，智慧感知海洋环境下混凝土材料与结构全寿命性能劣化进程，为实现混凝土结构耐久性再设计、防护与修复提供适时信息支持和科学决策依据。成果用于青岛地铁一号线、十三号线和青连铁路等工程。

 

       六、知识产权情况

 

    （1） ZL201210534728.3M，一种混凝土碳化测量方法

    （2） ZL201410427538.0,一种混凝土中氢氧化钙含量的测定方法

    （3） ZL201410563772.6，一种盐溶液腐蚀与加载试验装置

    （4） ZL201110300980.3,钢筋保护层厚度定位器及其使用方法、应用

    （6） ZL201410348080X,混凝土结构耐久性多元复合无线监测系统

    （8） ZL201610221941.7,混凝土内部微环境参数原位动态监测系统

    （9） ZL 201410174447.0,一种硅溶胶-有机硅单体渗透结晶型防水材料及其制备方法

   （10） ZL201410174448.5,一种硅溶胶-硅烷乳液渗透结晶型防水材料及其制备方法

 

       七、合作方式

 

       成果转化

 

       八、投资概算及经济效益分析

 

       预计投资300万元。

 

       直接经济效益：开发的长寿命地铁管片已产业化，年利润超过2000万元。

 

        间接经济效益：滨海环境下传统混凝土工程一般10-30年即破坏严重，要维持100年使用寿命，修复重建费用惊人，是工程初始造价的5-25倍，仅以青岛地铁为例，“十三五”期间，青岛地铁将开通6条线，在建轨道交通项目总投资3495亿元，如达不到使用寿命，修复重建费用至少17475亿元。如果采用团队开发的绿色高耐久混凝土，可确保工程长寿命服役，降低工程全生命周期成本，效果显著。

 

       九、负责人

 

       金祖权

 

       十、技术或产品的关键词

 

       重大基础设施，耐久性设计，耐久性监测，耐久性评估

 

       十一、技术或产品介绍图片

 

  

胶州湾海底隧道及青连铁路跨胶州湾大桥耐久性监测系统