【菁华讲堂】“第十八期:海洋工程高抗蚀水泥基材料关键技术研究新成果”学术讲座成功举办

12月17日上午,应土木学院王玉银院长邀请,绿色建筑材料国家重点实验室主任,哈尔滨工业大学兼职教授姚燕老师做客我院,为同学们带来“海洋工程高抗蚀水泥基材料关键技术研究新成果”的精彩报告。

姚燕教授从研究背景、研究目标与内容、研究进展与工程示范三个方面对高抗蚀水泥材料展开了介绍。

海洋资源开发是国家重大战略需求。其涉及的海洋工程建设量巨大,对水泥基胶凝材料的需求量大,且抗侵蚀性要求高。然而国内现有的水泥基材料不能满足目前海洋工程需求,专用特种水泥不多,国外高辅助的水泥胶凝材料也存在早期强度较低、粘结慢等问题。同时,国内外的相关研究中存在共性问题:第一,水泥基胶凝材料在海洋环境中劣化的机理研究不深入、不系统。第二,满足高抗蚀要求的水泥基胶凝材料体系还没有建立起来。因此,针对海洋环境中水泥基材料抗侵蚀能力不足、构筑物寿命短等问题,开展相关基础研究,突破功能化设计共性技术障碍,形成新的海洋工程水泥基材料体系,建立相关标准规范意义重大。姚燕教授团队研究项目旨在解决以上问题,进而使我国海洋工程水泥基材料达到国际领先水平。

姚燕教授团队从预制构件、普通结构、水下施工、快速施工和修补与防护五个角度入手,系统的研究并解决了活化机制、设计模型、相转变抑制、早期强度与凝结控制和矿物共存等重要科学与技术难题,取得了丰硕的研究成果。在活化机制研究方面,姚老师团队通过对晶体结构和性能的分析探明了铁铝酸四钙的活化机制;在模型设计方面,建立了与化学反应匹配的多区间级配高抗蚀水泥基材料的设计模型;在相转变抑制方面,突破了抑制水化铝酸盐相转变的技术瓶颈;在早期强度与凝结控制方面,解决了高碱度硫铝酸盐水泥早期强度较低和凝结控制困难的问题;在矿物共存方面,攻克了硅酸三钙和硫铝酸盐熟料体系的共存问题。研究成果能够满足工程应用中对高抗蚀水泥的高强、低水化热、抗裂和低氯离子扩散系数等要求,大幅度提升了海洋工程混凝土的体积稳定性和化学稳定性,实现了海洋环境中工程强度、抗裂能力与耐蚀性的协同优化。相关成果应用于广西防城港核电站主体核岛工程;深圳LNG码头工程;广西省北海市西村港跨海大桥;山东省青岛市黄岛区某军事工程放浪扭工字体;宁波-舟山港主通道工程(舟岱跨海大桥)及梅山港区集装箱码头闸门板构件快速制备、护轮坎区域快速施工;浙江三门核电站工程海工工程等重点工程的建设之中,形成了适用于不同海域、不同工程、不同部位的“高抗蚀、低收缩、早强快硬”硅酸盐、铝酸盐及硫铝酸盐等海洋工程水泥基材料新体系,建立了相应评价方法和标准规范,产生了巨大的社会效益和经济效益。

报告结束后,王玉银院长代表在座师生对姚燕老师的莅临专题讲座表示感谢,并代表学院对姚燕老师在海洋工程领域研究的贡献和我院学生培养工作的付出表示感谢。同时表示材料是结构的基础,只有高性能的材料才能为结构研究提供更多的可能性,而结构作为对材料的应用,必须努力发掘材料的特性才能让结构研究更上一层楼。土木工程学院作为国家重点学科必须积极响应国家整合优势资源进行深入研究的号召,积极进行学院内学科交叉,倡导高校间的合作研究,优势互补,以项目为基础深入进行学科交叉,为研究困难提供更多解决思路,力争为土木行业的长足发展贡献更多力量。

姚燕老师也对哈工大在建材行业 “十三五”项目中做出的卓越贡献给予了高度评价。

随后,基于报告内容,姚燕教授与王玉银教授、巴恒静教授、汤爱平教授和肖会刚教授围绕海洋工程抗蚀材料与抗蚀机理、自感知智能材料、人工智能与土木材料结合等前沿方向展开了深入交流。

image-20201221140154-1

在交流的过程中,巴老师提到了“对于氯离子腐蚀以及混凝土碳化方面的具体解决方案”问题,姚燕教授认为“硅酸盐水泥的合理级配”以及“氯离子固化剂研究”两个课题都属于海洋工程防护研究的子课题。未来两个课题组将对这些课题展开深入的研究,争取创造更多合作的机会。汤爱平教授与姚燕教授就材料实现对温度、湿度变化进行感知及防护能力提升的策略进行了讨论,老师们认为国家对材料的研究投入很大,开发多功能建筑材料至关重要。肖会刚教授则针对 “人工智能与土木材料的结合和发展趋势”进行提问,姚燕认为:“将智能化应用到建材研究方面内容十分丰富,预期智能化在十四五项目中将占据很大的比重。但这些智能化材料与人工智能还是有区别的,完全的人工智能还没有在建材里有实际的应用,需要在这一方面进行深入研究开发。”

同学们也针对姚燕老师的报告内容积极踊跃提问。其中一位同学问道:“海沙中碱金属离子通过碱骨料反应对混凝土体系影响较大,如何通过胶凝材料体系优化解决这个问题。”姚老师回答到:“通过控制钾钠离子量,针对海沙的碱含量来调配混凝土中的碱含量是目前比较有效的解决方法。”另一位同学提问到:“为何不用普硅水泥与硫铝酸钙水泥复配这种简单的策略来实现海洋防护混凝土的修复。”姚老师耐心的解答到:“首先,海洋工程修复水泥中不能通过简单的复配来实现,通过复杂工艺引入的适量硅酸三钙成分仅仅是为了增加水泥的粘接力,简单的复掺远远达不到抗蚀的需求,此外,修复水泥在海洋工程中需求量巨大,开发出优异性能的修复水泥并优化工艺以后,可以进行快速大规模的生产。”

image-20201221140154-2

姚燕老师团队围绕高抗蚀水泥基材料开展的系统研究极大程度开拓了同学们的视野,打开了同学们的科研思路。同学们结合自身课题研究方向提出的相关问题,都得到了满意的答复,大家收货颇丰。

image-20201221140154-3

至此,本次菁华讲堂完美落幕。通过姚燕老师深入浅出的讲解、平易近人的互动以及耐心细致的答疑,同学们对于海洋工程高抗蚀水泥基材料方向的研究和发展方向有了更加深刻和全面的了解。再次感谢姚燕教授为我们带来的精彩讲座。

嘉宾介绍

姚燕,哈尔滨工业大学、同济大学、武汉理工大学及北京工业大学兼职教授,教授级高级工程师,享受国务院政府特殊津贴,博士生导师。同时担任绿色建筑材料国家重点实验室主任、中国建材联合会副会长、中国材料研究学会副理事长、中国产学研促进会副会长、国际材料与结构试验与研究联合会技术委员会主席、美国混凝土协会中国分会副理事长,英国混凝土学会会士等职务。

毕业于同济大学建筑材料工程系,多年来从事新型混凝土外加剂、特种混凝土和高强高性能混凝土,混凝土安全性与耐久性的研究与开发。先后承担完成了“重点工程混凝土安全性的研究”、 “新型高性能混凝土及其耐久性的研究”、“高性能水泥制备和应用的基础研究”、 “混凝土结构裂缝的形成与发展机理及控制技术研究”等国家科技攻关、“973计划”和国家自然科学基金重点项目,主持项目获得了包括国家科技进步二等奖在内的十余项国家、省部级奖励,研究成果在三峡大坝工程等近百个重点工程中推广应用,对保证我国重点工程混凝土的安全起到了重要作用,技术、经济效益及社会效益显著。

在国内外刊物上发表论文100多篇,主编《重点工程混凝土安全性的研究与工程应用》、《新型高性能混凝土的研究和应用》、《水泥基材料科学与技术》等多部学术论文集,并于2006年出版专著《高性能混凝土》。

点击微信扫一扫