滨海混凝土综合劣化机理及自修复体系研究项目摘要

滨海腐蚀环境中，混凝土工程的综合劣化过程体现出作用类别的多样性、作用效应的涌现性特征以及作用对象的广泛性；并造成了巨大的经济损失，成为阻碍社会可持续发展的严重隐患。同时，本领域研究涉及材料、构件和结构系统的微观与宏观机制，作用时间跨度大、现实中又存在多重腐蚀环境作用危及不同类型的作用机制，结构耐久性理论及其自修复技术仍主要建立在经验和定性认知的基础上。本项目基于滨海腐蚀环境下混凝土性能综合劣化特征，以重大滨海混凝土基础设施为主要工程背景，深入探讨滨海混凝土开裂渗透、有害离子侵蚀、力学性能衰退这三个关键问题，构建一种新型的自修复混凝土体系，以材料设计-性能研究-技术应用为研究核心，实验分析与数值模拟互为反馈，形成合理的评价体系和技术方案；从而实现保障和提高滨海混凝土结构的长期服役寿命的目标。

项目从滨海混凝土综合劣化机理及测试方法入手；通过新型微胶囊设计、性能表征及自修复混凝土系统构建；基于多个目标参数对自修复混凝土的修复过程与机理进行探索；并以实验表征与数值模拟为基础，建立自修复系统的评价体系。 项目开发了固（水泥）/液（水）作用过程的表征方法、开裂过程的跟踪测试方法、氯离子侵蚀过程的无损检测方法及钢筋锈蚀特征分析方法；形成了新型自修复微胶囊的设计思想与制备工艺；架构了新型的物理/化学/生物自修复混凝土体系；建立了自修复混凝土实验表征与数值模拟互为支撑的性能评价体系；并积极向工程应用推进。 本项目成功执行，已发表论文48篇，其中SCI 论文40 篇；授权发明专利35 项，实用新型专利4项；培养博士后6 人，培养博士5 人，培养硕士13人；毕业11 人。在项目执行期间，项目组成员获得国家技术发明二等奖2项；教育部技术发明一等奖1项；广东省科学技术奖一等奖1项。 依托本项目，广东省教育厅立项批准项目依托单位（深圳大学 广东省滨海土木工程耐久性重点实验室）与荷兰代尔夫特理工大学Micro Lab成立“中-荷滨海土木工程材料国际联合实验室”；项目组与剑桥大学、巴斯大学、卡迪夫大学联合举办第一届中英自修复材料国际论坛1 次(The Sino-UK Workshop on Self-healing Materials 2015，参加人员35人。2015 年1 月23-25 日；11 个报告)；另以本项目负责人邢锋教授为主席成立RILEM-SHE（Self-Healing Evaluation）技术委员会，委员包括中国、荷兰、比利时、英国、意大利、西班牙、新加坡、日本、韩国、美国等多个国家的自修复混凝土方面的专家学者。(RILEM TC SHE，并组织 1st meeting，30 June 2016, Shenzhen); 在本项目执行的基础上，依托单位成功举办 4th International Conference on Durability of Concrete Structures 1 次(ICDCS 2016, 29 June to 1 July, 2016, Shenzhen)；主办第三届全国防灾减灾工程学术会议1 次（2015. 13-15，深圳）。 2100433B

本项目基于前述滨海环境下混凝土研究的国内外现状，提炼出滨海混凝土综合劣化中开裂渗透（物理作用）、离子侵蚀（化学作用）这两个方面的关键问题；并基于差异性的混凝土劣化机制，分别发展出有针对性的滨海混凝土自修复体系；系统性地研究其材料设计、释放过程、修复机理以及修复效果等各个环节的关键要素，以实现和提高滨海混凝土结构的耐久性和安全性。 本项目针对滨海混凝土综合劣化中关键问题；提出新型的表征方法，进行定量化评估；发展了新型的混凝土微胶囊自修复体系；系统性地研究其材料设计、释放过程、修复机理以及修复效果等各个环节的关键要素，以实现和提高滨海混凝土结构的耐久性和安全性。 本项目成功执行，已发表论文20篇，其中SCI论文16篇；申请专利26项，授权发明专利11项；培养博士1人；培养硕士9人，毕业2人；培养其他工程技术人员3名。做大会/特邀报告3次（第一届全国可持续混凝土理论与应用技术学交流会、第三届全国防灾减灾工程学术会议、第一届“中英可持续发展混凝土材料制备及应用技术”论坛）。 2100433B

滨海混凝土结构的服役寿命及可靠性问题受到了世界各国政府、专业技术人员的高度重视。与内陆常规结构相比，滨海结构附加了长期腐蚀作用，体现出作用类别的多样性、作用效应的涌现性及作用对象的广泛性等特征。尽管国内外学者在混凝土腐蚀规律、性能劣化机理及抑制防护等方面取得了重要进展，但由于涉及材料、构件和结构系统的宏微观机制，作用时间跨度大、现实中又存在多重腐蚀环境作用危及不同类型的建筑物和构筑物，目前的结构耐久性理论及其修复技术仍主要建立在经验和定性认知的基础上。本项目关注滨海混凝土中存在的开裂渗透、离子侵蚀这两个方面的关键问题，针对性地设计新型自愈合仿生混凝土体系，系统性地研究其材料设计、释放过程、修复机理以及修复效果等各个环节的关键要素；通过理论研究与工程应用的循环互动，建立滨海混凝土自修复材料的系统设计、作用过程、效果评估等多个环节的研究策略，为全面实施滨海重大土木工程结构服役寿命保障提供保证。

自修复混凝土可以解决用传统方法难以解决和不能解决的技术关键，在重大土木基础设施的及时修复以及减轻台风、地震的冲击等诸多方面有很大的潜力，对确保建筑物的安全和耐久性都极具重要性，也对传统的建筑材料研究、制造、缺陷预防和修复等都提出了强烈的挑战。

总之，为了迎合21 世纪人类对建筑材料和结构提出的功能——智能一体化要求，对存在潜在损坏危险的混凝土表面进行有效保护、对造成裂纹和损伤的混凝土结构进行自修复，使混凝土结构具备自防护功能，是具有很大经济和社会效益的事情；自修复混凝土可以解决用传统方法难以解决和不能解决的技术关键，它对确保高层建筑、桥梁、核电站等重大土木基础设施的安全和长期的耐久性，以及减轻台风、地震冲击等诸多破坏因素方面有很大的应用潜力，对确保建筑物的安全和耐久性都极具重要性，也对传统的建筑材料研究、制造、缺陷预防和修复等都提出了强烈的挑战。