混凝土是世界工程建設(shè)中使用量大面廣的材料，每年耗用量達(dá) 100多億噸。在我國(guó)，混凝土的使用量占有整個(gè)工程建設(shè)材料的 80% ～ 90%。混凝土的發(fā)展經(jīng)歷了從鋼筋混凝土到預(yù)應(yīng)力混凝土至如今的高性能高強(qiáng)混凝土約180 年的歷程。在其迅猛發(fā)展的同時(shí)，混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性問(wèn)題也隨之凸顯，許多混凝土結(jié)構(gòu)由于不同原因而提前失效，輕則致使工程停用維修，重則導(dǎo)致重大工程的梁塌路垮，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。隨著工程結(jié)構(gòu)服役環(huán)境的復(fù)雜化，混凝土結(jié)構(gòu)耐久性功能要求越來(lái)越高，加大對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的認(rèn)識(shí)力度和研究力度，延長(zhǎng)其使用壽命是現(xiàn)階段急需攻克的重要課題。

    為了全面加強(qiáng)人們對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性研究的重視，了解鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性提升技術(shù)研究進(jìn)展，促進(jìn)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的技術(shù)創(chuàng)新，確保我國(guó)重大建設(shè)工程的安全，值此 2017 第四屆海洋材料與腐蝕防護(hù)大會(huì)即將召開(kāi)之際，記者邀請(qǐng)到本屆海洋材料與腐蝕防護(hù)大會(huì)的特邀報(bào)告人、浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院院長(zhǎng)、浙江大學(xué)結(jié)構(gòu)工程研究所所長(zhǎng)金偉良教授做相關(guān)方面的精彩解讀。

    金偉良，現(xiàn)任浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院院長(zhǎng)、浙江大學(xué)結(jié)構(gòu)工程研究所所長(zhǎng)。他在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性方面進(jìn)行了較為深入的研究，取得了眾多豐碩的成果，其中包括多次獲得國(guó)家級(jí)和省部級(jí)重要獎(jiǎng)項(xiàng)。在國(guó)內(nèi)外混凝土結(jié)構(gòu)研究領(lǐng)域享有較高的知名度。

    重視混凝土結(jié)構(gòu)研究 夯實(shí)國(guó)家建設(shè)基石

    鋼筋和混凝土的組合被譽(yù)為土木工程結(jié)構(gòu)發(fā)展史中一次重大技術(shù)革命，兩者實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，鋼筋有效改善了混凝土的韌性，提高了其抗拉抗彎性能，而混凝土的堿性環(huán)境則保持了鋼筋表層的鈍化，同時(shí)又隔離了鋼筋與外界，特別是侵蝕性介質(zhì)的接觸，防止鋼筋的銹蝕，因此，這類組合材料形成的混凝土結(jié)構(gòu)已成為世界上應(yīng)用最為廣泛的結(jié)構(gòu)形式。

    然而，任何事情并不是一勞永逸的。金教授強(qiáng)調(diào)，隨著時(shí)間的推移，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性問(wèn)題日益突出，由于鋼筋銹蝕引起混凝土結(jié)構(gòu)的過(guò)早破壞，已成為全世界關(guān)注的一大災(zāi)害。美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)局（NBS）的調(diào)查顯示：在美國(guó)，目前整個(gè)混凝土工程的價(jià)值約為 6 萬(wàn)億美元，而每年用于維修或重建的費(fèi)用預(yù)計(jì)高達(dá) 3000 億美元；中國(guó)的“腐蝕調(diào)查”結(jié)果顯示，2014 年中國(guó)腐蝕總成本超過(guò) 2 萬(wàn)億元人民幣，約占當(dāng)年 GDP 的3.34%，其中在工業(yè)、民用建筑中的主要腐蝕問(wèn)題表現(xiàn)為混凝土結(jié)構(gòu)的失效。我國(guó)有著廣闊的海域和漫長(zhǎng)的海岸線，而沿海地區(qū)又是大規(guī)模經(jīng)濟(jì)建設(shè)的集中地，有著大量的鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)，由于混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕造成的損失令人痛心疾首！我國(guó)交通部四航局科研所曾于1980 年主持了對(duì)華南地區(qū) 18 座碼頭的調(diào)查，結(jié)果發(fā)現(xiàn) 80% 以上的碼頭在使用 5 ～ 10 年后都發(fā)生了較為嚴(yán)重的鋼筋銹蝕現(xiàn)象。近些年，浙江大學(xué)結(jié)構(gòu)工程研究所對(duì)浙江省內(nèi) 37 座現(xiàn)役橋梁和11 座碼頭開(kāi)展了大量而廣泛的耐久性調(diào)研工作，結(jié)果發(fā)現(xiàn)鋼筋銹蝕及由此引發(fā)的保護(hù)層開(kāi)裂現(xiàn)象非常普遍，對(duì)結(jié)構(gòu)的安全和正常使用造成了嚴(yán)重危害，如浙江東部某國(guó)家重點(diǎn)工程 10 萬(wàn)噸級(jí)礦石中轉(zhuǎn)碼頭不到 10 年就不得不進(jìn)行腐蝕修補(bǔ)；南部沿海幾十座服役 3 ～ 25 年的碼頭，因鋼筋銹蝕造成的耐久性問(wèn)題占 80% 以上，有的僅使用 3 ～ 7 年即出現(xiàn)順筋開(kāi)裂。

    因此，研究鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性問(wèn)題是一項(xiàng)急切和必需開(kāi)展的課題，大力發(fā)展高性能混凝土結(jié)構(gòu)材料，提高工程的設(shè)計(jì)水平和施工質(zhì)量，延長(zhǎng)工程使用壽命，對(duì)推動(dòng)我們國(guó)家工程建設(shè)的發(fā)展具有重要意義！

    各路防護(hù)顯神通 利弊不一需權(quán)衡

    眾所周知，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)由鋼筋和混凝土兩種材料組成，廣泛應(yīng)用于民用和工業(yè)建筑中，也大量用于公路、橋梁、隧道、礦井、水利工程、海洋工程以及特種結(jié)構(gòu)。

    金教授強(qiáng)調(diào)，安全性、適用性、耐久性是保證工程結(jié)構(gòu)可靠的三要素。在過(guò)去，由于人們對(duì)工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中的安全性考慮較多，對(duì)耐久性缺乏考慮，進(jìn)而導(dǎo)致工程結(jié)構(gòu)提前失效的案例時(shí)有發(fā)生，從而造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)失效主要表現(xiàn)為：混凝土的碳化、堿 - 集料反應(yīng)和凍融破壞、氯離子侵蝕、鋼筋銹蝕、混凝土構(gòu)件耐久性和混凝土結(jié)構(gòu)體系耐久性等方面。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于混凝土鋼筋銹蝕的修復(fù)和防治方法主要分為兩種：傳統(tǒng)修補(bǔ)法和電化學(xué)修復(fù)法。

    一、傳統(tǒng)修補(bǔ)法

    鋼筋混凝土在建造、使用過(guò)程中受到人為影響、自然損壞或受到外力破壞，造成如麻面、露筋、孔洞、裂縫、鋼筋銹蝕等缺陷，傳統(tǒng)修復(fù)手段主要是先鑿除已經(jīng)劣化的混凝土保護(hù)層，對(duì)鋼筋進(jìn)行除銹防銹處理，對(duì)嚴(yán)重銹蝕的鋼筋，進(jìn)行旁焊補(bǔ)強(qiáng)或更換，然后對(duì)銹蝕的鋼筋做除銹及阻銹處理，再使用環(huán)丙砂漿、丙乳砂漿等進(jìn)行填補(bǔ)。

    其存在的主要問(wèn)題在于修復(fù)效果難以滿足長(zhǎng)期耐久性要求，尤其對(duì)于已遭受氯鹽侵蝕的海洋環(huán)境中的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。原因是鋼筋處于新舊混凝土的交界處，修補(bǔ)會(huì)造成鋼筋表面產(chǎn)生電位差，且處于鋼筋內(nèi)側(cè)的混凝土中氯離子難以被徹底去除，鋼筋仍有再次銹蝕的可能。如美國(guó)俄勒岡州 Alsea 海灣上的多拱大橋在鋼筋發(fā)生嚴(yán)重銹蝕后，即采用了傳統(tǒng)修補(bǔ)法對(duì)破壞處進(jìn)行修補(bǔ)，然而不久卻發(fā)現(xiàn)其附近鋼筋銹蝕加劇。

    二、常用電化學(xué)修復(fù)方法

    1、陰極保護(hù)法

    陰極保護(hù)技術(shù)是以抑制鋼筋表面形成腐蝕電池為目的的電化學(xué)防腐方法，主要包括犧牲陽(yáng)極法和外加電流輔助陽(yáng)極法。犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)方法施工簡(jiǎn)便，無(wú)需提供輔助電源，維護(hù)管理更加容易，而且不易引起預(yù)應(yīng)力鋼筋產(chǎn)生氫脆危險(xiǎn)。

    采用外加電流陰極保護(hù)的方法，大多數(shù)結(jié)構(gòu)可長(zhǎng)期可靠地抑制鋼筋的腐蝕，大大降低維修成本。

    陰極保護(hù)技術(shù)應(yīng)用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，總體是可行的。但該方法不僅從結(jié)構(gòu)建設(shè)期就需要專人管理和維護(hù)，并且需要長(zhǎng)期維護(hù)，成本較高，因此其推廣應(yīng)用受到了一定的限制。此外，陰極保護(hù)技術(shù)主要應(yīng)用于在建結(jié)構(gòu)物，對(duì)于已經(jīng)建成并已經(jīng)出現(xiàn)鋼筋銹蝕的結(jié)構(gòu)物其應(yīng)用效果仍有待進(jìn)一步研究。

    2、電化學(xué)再堿化法

    電化學(xué)再堿化法是 20 世紀(jì) 70 年代末在美國(guó)和歐洲興起的一種用于修復(fù)碳化混凝土內(nèi)鋼筋腐蝕的重要方法，它主要通過(guò)無(wú)損傷的電化學(xué)手段來(lái)提高被碳化混凝土保護(hù)層的堿性，使其pH值恢復(fù)，從而降低鋼筋腐蝕活性，使鋼筋表面恢復(fù)鈍化，以減緩或阻止銹蝕鋼筋的繼續(xù)腐蝕。電化學(xué)再堿化，可以用于所有碳化的混凝土構(gòu)筑物，已經(jīng)成為世界各國(guó)公認(rèn)的事實(shí)。但目前國(guó)內(nèi)外對(duì)再堿化技術(shù)研究結(jié)果不盡相同。

    3、電沉積修復(fù)法

    電沉積修復(fù)法是最近興起的一種修復(fù)混凝土裂縫的新方法，特別是海水中的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，由于海水本身就是良好的電沉積溶液，因此電沉積修復(fù)法用于海工和水工結(jié)構(gòu)都有很好的修復(fù)效果。但當(dāng)該技術(shù)應(yīng)用于陸地混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的修復(fù)時(shí)，仍存在一定的局限性。

    4、電化學(xué)除氯法

    目前，電化學(xué)除氯法可能對(duì)鋼筋混凝土造成影響的研究比較廣泛，包括鋼筋－混凝土界面結(jié)合強(qiáng)度、堿骨料反應(yīng)、氫脆及混凝土微裂縫的變化等多方面。

    值得注意的是，電化學(xué)除氯雖然對(duì)受氯鹽侵蝕的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有較好的修復(fù)效果，但卻會(huì)對(duì)其產(chǎn)生一些不利影響。研究發(fā)現(xiàn)，電化學(xué)除鹽時(shí)鋼筋表面會(huì)發(fā)生析氫反應(yīng)，即氫脆，鋼筋表面發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)生成的氫氣，產(chǎn)生膨脹壓力，導(dǎo)致鋼筋-混凝土間黏結(jié)力下降，同時(shí)氫氣也會(huì)降低鋼筋的延性。另外，當(dāng)混凝土中使用的集料中含有 SiO 2 等活性組分時(shí)，電化學(xué)除氯會(huì)使 K + 、Na + 向鋼筋陰極附近大量聚集，從而加劇局部堿骨料反應(yīng)，造成骨料破壞。

    5、電滲阻銹法

    近十幾年來(lái)，鋼筋阻銹劑作為一種使用簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)有效的鋼筋防腐措施，被大量應(yīng)用于工程中。但有研究指出，遷移型阻銹劑的滲透深度與混凝土保護(hù)層厚度、混凝土密實(shí)程度有密切關(guān)系，當(dāng)混凝土保護(hù)層較厚或密實(shí)度較大時(shí)，阻銹劑不能到達(dá)鋼筋表面或鋼筋附近阻銹劑濃度不足，無(wú)法起到應(yīng)有的阻銹效果。

    利用電場(chǎng)將有效阻銹劑基團(tuán)輸送至鋼筋表面的這種技術(shù)采用的有機(jī)阻銹劑較為昂貴，且需要較長(zhǎng)的通電時(shí)間才能達(dá)到滿意的效果，因此發(fā)展較慢，直到最近幾年才有所進(jìn)展。有研究表明，與單一的電化學(xué)除氯及阻銹劑自然滲透修復(fù)技術(shù)相比，電遷移阻銹技術(shù)可加速阻銹劑基團(tuán)遷移到鋼筋表面，能顯著提高防腐修復(fù)效果，并通過(guò)試驗(yàn)提出了以鋼筋的腐蝕電位作為電遷移阻銹效果的評(píng)判方法。

    眾人劃槳開(kāi)大船 碩果累累報(bào)祖國(guó)

    據(jù)記者了解，金偉良教授所帶領(lǐng)的浙江大學(xué)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性研究團(tuán)隊(duì)自上個(gè)世紀(jì) 90 年代以來(lái)一直致力于混凝土材料與結(jié)構(gòu)耐久性基本理論和工程應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題研究。經(jīng)過(guò)二十余年的發(fā)展，逐步形成了以金偉良教授為學(xué)術(shù)帶頭人，包括教授、副教授、講師、博士后、博士和碩士等不同層次的科研梯隊(duì)和混凝土結(jié)構(gòu)耐久性研究方向的學(xué)術(shù)群體。

    他們的科研基地與實(shí)驗(yàn)室建設(shè)分兩大部分：國(guó)家科技部混凝土結(jié)構(gòu)耐久性國(guó)際合作研究基地、寧波市工程結(jié)構(gòu)性能提升重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。

    國(guó)家科技部“混凝土結(jié)構(gòu)耐久性國(guó)際合作研究基地”（以下簡(jiǎn)稱基地）于2010 年 8 月經(jīng)科技部國(guó)際合作司批準(zhǔn)成立，依托單位為浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院。基地主要開(kāi)展有關(guān)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性基本理論和耐久性維護(hù)技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用等方面的研究。現(xiàn)用房總建筑面積達(dá)600 m 2 ，儀器設(shè)備總投資 900 多萬(wàn)元。目前，基地新增建 1 處 300 m 2 的“土木工程結(jié)構(gòu)疲勞與耐久性試驗(yàn)室”，主要用于開(kāi)展混凝土結(jié)構(gòu)在重載等疲勞荷載和鋼筋銹蝕耦合作用下的損傷機(jī)理、災(zāi)變演化過(guò)程及其防治措施研究。依托于此平臺(tái)，研究團(tuán)隊(duì)與浙江省第二建設(shè)集團(tuán)有限公司、寧波大達(dá)化學(xué)有限公司、寧波市軌道交通集團(tuán)有限公司和浙江舟山跨海大橋有限公司等單位建立了穩(wěn)定的合作關(guān)系，部分成果已經(jīng)在上述單位進(jìn)行技術(shù)轉(zhuǎn)化，并取得了一定社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

    寧波市工程結(jié)構(gòu)性能提升重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室整合浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院、浙江大學(xué)和寧波市相關(guān)企業(yè)研究力量，積極搭建產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合創(chuàng)新平臺(tái)，吸引國(guó)內(nèi)外高層次科技人才，重點(diǎn)解決浙江省沿海工程結(jié)構(gòu)服役過(guò)程結(jié)構(gòu)安全的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，對(duì)確保浙江省沿海工程結(jié)構(gòu)安全具有重要意義。實(shí)驗(yàn)室擁有 200 噸脈動(dòng)式疲勞試驗(yàn)機(jī)、25噸電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)、加載式多功能氣候模擬試驗(yàn)箱、臺(tái)式掃面電鏡、RCM 非穩(wěn)態(tài)電遷移法氯離子擴(kuò)散系數(shù)測(cè)定儀等先進(jìn)的試驗(yàn)儀器設(shè)備，可對(duì)土木工程結(jié)構(gòu)構(gòu)件性能進(jìn)行全面試驗(yàn)和分析，從而針對(duì)結(jié)構(gòu)性能提升提出具體措施。目前該實(shí)驗(yàn)室已將多項(xiàng)研究成果直接應(yīng)用于實(shí)際工程中，取得了顯著的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益，在工程結(jié)構(gòu)性能提升方面形成了特色鮮明的研究成果。

    他們的研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)完成和正在進(jìn)行的相關(guān)研究涵蓋了混凝土結(jié)構(gòu)耐久性研究的環(huán)境、材料、構(gòu)件和結(jié)構(gòu)各個(gè)層面的內(nèi)容，主要包括：氯離子在混凝土內(nèi)部的輸運(yùn)機(jī)理，混凝土內(nèi)鋼筋銹蝕的規(guī)律，鋼筋銹脹力對(duì)混凝土開(kāi)裂及裂寬的影響，銹后鋼筋和混凝土黏結(jié)力的衰退規(guī)律，銹后鋼筋混凝土構(gòu)件承載力性能，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性問(wèn)題，混凝土結(jié)構(gòu)耐久性無(wú)損監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性檢測(cè)與評(píng)估，混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的電化學(xué)提升技術(shù)，高性能混凝土與防腐材料的應(yīng)用，基于耐久性的混凝土結(jié)構(gòu)全壽命設(shè)計(jì)方法等研究。已在國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表學(xué)術(shù)論文數(shù)百篇，出版學(xué)術(shù)專著 6 部，編著 2 部，主編或參與編著混凝土結(jié)構(gòu)與耐久性規(guī)程5 部，在耐久性研究方面獲得國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng) 3 項(xiàng)。2002 年編著的《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性》被中國(guó)工程院趙國(guó)藩院士認(rèn)為“國(guó)內(nèi)第一部全面介紹混凝土結(jié)構(gòu)耐久性研究的專著，具有較高的學(xué)術(shù)水平和應(yīng)用價(jià)值”。

    他們的研究團(tuán)隊(duì)在進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)耐久性基本理論研究的同時(shí)，注重理論聯(lián)系實(shí)際，解決重大工程的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，與寧波市杭州灣大橋發(fā)展有限公司、浙江舟山跨海大橋有限公司等投資達(dá)百億以上的重大工程項(xiàng)目已建立長(zhǎng)期科研協(xié)作關(guān)系，為混凝土結(jié)構(gòu)耐久性研究的順利開(kāi)展和研究成果的推廣應(yīng)用提供了很好的工程背景。

    在學(xué)術(shù)合作與交流方面，他們的研究團(tuán)隊(duì)與國(guó)際上該領(lǐng)域著名的大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)建立了長(zhǎng)期的合作關(guān)系，開(kāi)展多邊國(guó)際科研合作。分別于 2008、2010、2012、2014、2016 年在中國(guó)杭州、日本札幌、英國(guó)貝爾法斯特、美國(guó)西拉法葉城以及中國(guó)深圳組織了系列混凝土結(jié)構(gòu)耐久性國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議“InternationalConference?on?Durability?of?ConcreteStructures（ICDCS）”。

    他們科學(xué)研究亮點(diǎn)表現(xiàn)在多重環(huán)境時(shí)間相似理論（METS）、耐久性設(shè)計(jì)區(qū)劃（DEZS）、混凝土結(jié)構(gòu)耐久性動(dòng)態(tài)評(píng)估（PPM）、銹蝕鋼筋混凝土構(gòu)件性能、混凝土中多離子輸運(yùn)機(jī)理、鋼筋銹脹機(jī)制與力學(xué)性能、混凝土結(jié)構(gòu)耐久性檢/監(jiān)技術(shù)、全壽命設(shè)計(jì)理論體系、基于雙向電遷的混凝土耐久性提升技術(shù)等多方面。

    據(jù)金教授回憶，在他的科研生涯中，他和他的團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造了許多個(gè)“第一”的輝煌。比如說(shuō)，他們承擔(dān)了國(guó)內(nèi)第一個(gè)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性國(guó)家重點(diǎn)基金項(xiàng)目，第一個(gè)重點(diǎn)工程的混凝土結(jié)構(gòu)耐久性項(xiàng)目，完成國(guó)內(nèi)第一本混凝土結(jié)構(gòu)耐久性學(xué)術(shù)專著。研究成果及專利均已應(yīng)用于國(guó)家的重大工程中，服務(wù)于國(guó)家建設(shè)。

    令他最為印象深刻是他們提出的混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)方法在杭州灣跨海大橋上的應(yīng)用，當(dāng)時(shí)建設(shè)杭州灣跨海大橋應(yīng)用了六個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，其中一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)就是耐久性問(wèn)題。杭州灣跨海大橋全長(zhǎng) 36 公里，是目前世界上最長(zhǎng)的跨海大橋之一。其所處的環(huán)境復(fù)雜、惡劣，而海洋氣候環(huán)境中百年設(shè)計(jì)壽命的重大混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性問(wèn)題在理論和實(shí)踐上尚未妥善地解決，還存在一系列有待解決的問(wèn)題。能否真正達(dá)到百年大計(jì)的要求還需理論與實(shí)踐予以驗(yàn)證。為此，金偉良課題組堅(jiān)持不懈、刻苦攻關(guān)。他們運(yùn)用多種試驗(yàn)方法實(shí)現(xiàn)跨海大橋的耐久性壽命預(yù)測(cè)與評(píng)估；提出了多重環(huán)境時(shí)間相似理論，解決了室內(nèi)試驗(yàn)與實(shí)際工程耐久時(shí)間相關(guān)性的技術(shù)難題；設(shè)計(jì)并建設(shè)了杭州灣跨海大橋耐久性長(zhǎng)期性能試驗(yàn)的暴露試驗(yàn)站，為跨海大橋的耐久性能和壽命評(píng)估的完善提供了實(shí)際依據(jù)。該項(xiàng)目獲得國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。并且在之后的重大工程中如舟山連島、港珠澳跨海大橋中也同樣成功地采用了該方法，得到了國(guó)內(nèi)外同行的廣泛認(rèn)可。

    談及這些，金教授十分感慨地說(shuō)：“獲獎(jiǎng)只是我們的研究工作得到了同行的認(rèn)可，這是對(duì)我們?cè)谀畴A段工作成果的一種認(rèn)定。但并不意味著這項(xiàng)研究工作的終結(jié)，我們?nèi)孕枥^續(xù)努力、創(chuàng)新，去解決那些亟待解決的問(wèn)題。能把我們的科研成果應(yīng)用到國(guó)家的重大工程建設(shè)中，能為祖國(guó)的建設(shè)出一份力是我們共同的心愿！”

    提升技術(shù)結(jié)新果 開(kāi)拓創(chuàng)新迎發(fā)展

    鋼筋銹蝕破壞，特別是由于氯鹽引起的鋼筋銹蝕破壞，已成為嚴(yán)重威脅鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的最主要和最普遍的危害因素。目前，在混凝土耐久性提升技術(shù)方面，國(guó)內(nèi)外學(xué)者主要從防、抗、治這三個(gè)角度開(kāi)展研究。涂層 - 阻銹法是從“防”的角度對(duì)新建結(jié)構(gòu)進(jìn)行防護(hù)或是對(duì)已有結(jié)構(gòu)進(jìn)行維護(hù)；特種鋼筋是從“抗”的角度提高結(jié)構(gòu)材料本身抵抗介質(zhì)侵蝕的能力；電化學(xué)修復(fù)法則是從“治”的角度對(duì)已腐蝕的混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行修復(fù)治理。

    盡管國(guó)內(nèi)外在電化學(xué)除鹽方法和阻銹材料研發(fā)等方面已開(kāi)展了大量的研究工作，但如何最大化地提高受氯鹽侵蝕的混凝土結(jié)構(gòu)耐久性病害維修效率仍是工程界的一大難題。

    金教授談到，近些年來(lái)，他的課題組提出了雙向電遷修復(fù)技術(shù)的概念，并在雙向電遷的研究基礎(chǔ)上提出將納米材料引入雙向電遷的新方法。

    一種新型混凝土耐久性提升方法：雙向電遷技術(shù)

    雙向電遷的基本原理是在外加電場(chǎng)的作用下，電解質(zhì)溶液中的陽(yáng)離子阻銹劑向陰極鋼筋處遷移，混凝土孔隙液及鋼筋表面的 Cl - 向陽(yáng)極遷移進(jìn)入電解質(zhì)溶液中，雙向電遷必須考慮電化學(xué)除氯與電遷阻銹劑的耦合作用，合理化相應(yīng)的雙向電遷影響參數(shù)，才能得到良好的阻銹效果。實(shí)踐證明，無(wú)論是從短期試驗(yàn)還是長(zhǎng)期試驗(yàn)的效果來(lái)看，雙向電遷對(duì)于鋼筋的銹蝕都具有明顯的抑制和修復(fù)作用。具體表現(xiàn)在：雙向電遷處理后，保護(hù)層中的 Cl - 濃度減小，阻銹劑濃度提高，鋼筋腐蝕電流密度的真實(shí)值降低，特別是在處理后的長(zhǎng)期效果方面，雙向電遷技術(shù)在抑制鋼筋后期銹蝕發(fā)展方面存在明顯的優(yōu)勢(shì)。

    后期會(huì)將納米材料引入雙向電遷

    金教授表示，雙向電遷中引入納米材料是一種全新的技術(shù)，該研究在國(guó)內(nèi)基本處于空白狀態(tài)，國(guó)外研究也剛處于起步階段。他強(qiáng)調(diào)，將納米材料引入雙向電遷主要有兩種思路。

    （1）將阻銹劑制備成納米材料使用。國(guó)外已有學(xué)者對(duì)電動(dòng)納米粒子修復(fù)技術(shù)減輕鋼筋混凝土銹蝕的效果及其對(duì)混凝土耐久性的長(zhǎng)期效果進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明，其微觀結(jié)構(gòu)的變化可有效減輕新澆筑的混凝土和成熟混凝土中鋼筋的腐蝕。

    （2）將納米材料和阻銹劑一起使用。使用納米水溶膠等材料將阻銹劑包裹，通過(guò)雙向電遷遷入混凝土中，這種思路主要來(lái)源于對(duì)氧化鋁粉體在硅溶膠中的分散機(jī)理和穩(wěn)定性的研究，具體實(shí)施仍然需要大量試驗(yàn)研究。將阻銹劑與納米材料結(jié)合，可以使阻銹劑更加適合雙向電遷試驗(yàn)，使其達(dá)到更佳的阻銹效果，并且經(jīng)濟(jì)環(huán)保，具有實(shí)際的研究?jī)r(jià)值。

    繪就宏偉新愿景 三大方向需遵循

    混凝土結(jié)構(gòu)耐久性問(wèn)題是當(dāng)今工程界所普遍關(guān)注的問(wèn)題，隨著對(duì)資源的保護(hù)，混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)超過(guò) 100 年將成為必須，需要混凝土實(shí)現(xiàn)常規(guī)化的生產(chǎn)，對(duì)于混凝土配合比設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、供應(yīng)鏈中的質(zhì)量保證提出更高的要求，也需要完善的技術(shù)手段。應(yīng)如何實(shí)施呢？金教授提出了兩方面發(fā)展觀點(diǎn)：

    1、加強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的基礎(chǔ)研究

    混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性是一個(gè)十分復(fù)雜的結(jié)構(gòu)工程問(wèn)題，雖然已在這方面進(jìn)行了許多工作，但仍有許多不完善的地方有待解決。

    （1）了解材料的耐久性能是研究鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性能的基本前提。

    （2）鋼筋銹蝕是混凝土結(jié)構(gòu)耐久性降低的最主要因素，因此建立一個(gè)合理的鋼筋銹蝕率模型是至關(guān)重要的。

    （3）氯離子是導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)耐久性失效最主要的原因之一，氯離子滲透模型可以預(yù)測(cè)鋼筋銹蝕開(kāi)始時(shí)間和銹蝕程度，氯離子滲透模型需進(jìn)一步深入的研究。

    （4）開(kāi)發(fā)混凝土結(jié)構(gòu)的鋼筋銹蝕狀態(tài)的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)將是一個(gè)新的研究方向，它將隨著其他相關(guān)學(xué)科的發(fā)展而發(fā)展。如果能在這方面取得突破，那么將使鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性評(píng)估的費(fèi)用大大得到降低，這樣大范圍、系統(tǒng)的檢測(cè)與評(píng)估將成為可能，另一方面，耐久性評(píng)估的結(jié)果也將更精確、更可靠。

    （5）腐蝕環(huán)境下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的疲勞性能。雖然腐蝕環(huán)境下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)疲勞的分析方法已有一定的研究，但尚需要了解腐蝕對(duì)鋼筋疲勞性能的影響，以及不同環(huán)境和不同混凝土材料特性下鋼筋疲勞性隨時(shí)間變化的試驗(yàn)或?qū)崪y(cè)數(shù)據(jù)。

    （6）目前關(guān)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在正常使用極限狀態(tài)下的目標(biāo)可靠指標(biāo)的研究才剛剛起步，今后也應(yīng)該在這方面進(jìn)行更多的研究，它的成果將是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。

    （7）結(jié)構(gòu)使用壽命的評(píng)估應(yīng)以結(jié)構(gòu)或構(gòu)件本身的性能隨時(shí)間的變化規(guī)律為依據(jù)，但如何根據(jù)為數(shù)不多的檢測(cè)資料來(lái)揭示結(jié)構(gòu)性能隨時(shí)間的變化規(guī)律是一個(gè)難度較大的課題，需要進(jìn)行深入的研究，這將涉及到信息的不完善性問(wèn)題。

    2、提高混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)、施工和維護(hù)水平

    我國(guó)加入 WTO 以后，建筑市場(chǎng)正逐步向國(guó)際開(kāi)放，我國(guó)的建筑設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理等部門將面臨國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的挑戰(zhàn)。

    為了減小與先進(jìn)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)之間的差距，應(yīng)提高或改進(jìn)我國(guó)現(xiàn)有混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)、施工和維護(hù)的水平。

    3、提高混凝土耐久性和開(kāi)發(fā)新材料

    深入研究并提高混凝土耐久性綜合技術(shù)，如減少水泥用量、提高礦物摻合料摻量、提高混凝土密實(shí)性等，來(lái)提高結(jié)構(gòu)混凝土的耐久性；開(kāi)發(fā)高耐銹鋼筋及鋼筋阻銹新技術(shù)；開(kāi)發(fā)完善提高混凝土耐久性能的混凝土外防護(hù)材料和外防護(hù)施工技術(shù)；研究高性能混凝土在工程中的應(yīng)用技術(shù)。

    后記：

    科技興則國(guó)家興，科技強(qiáng)則國(guó)家強(qiáng)。隨著建設(shè)世界科技強(qiáng)國(guó)號(hào)角的吹響，科技創(chuàng)新擺在更加重要位置。開(kāi)拓創(chuàng)新，追求卓越！加強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性研究，研發(fā)高性能混凝土結(jié)構(gòu)材料，是國(guó)家重大工程建設(shè)發(fā)展新引擎！是國(guó)家發(fā)展的基石！

    ●  人物簡(jiǎn)介

    金偉良，博士生導(dǎo)師、教授。浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院院長(zhǎng)、浙江大學(xué)結(jié)構(gòu)工程研究所所長(zhǎng)；浙江大學(xué)求是特聘教授、英國(guó)女王大學(xué)榮譽(yù)教授。先后承擔(dān)國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家 863 計(jì)劃、國(guó)家教育部、國(guó)家住房與建設(shè)部、國(guó)家交通運(yùn)輸部等 30 余項(xiàng)科研項(xiàng)目的研究工作，已在國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表論文 400 余篇，出版學(xué)術(shù)專著 7 本。獲得國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng) 3 項(xiàng)，浙江省科技獎(jiǎng)一等獎(jiǎng) 1 項(xiàng)，浙江省科技獎(jiǎng)二等獎(jiǎng) 4 項(xiàng)，教育部科技進(jìn)步二等獎(jiǎng) 1 項(xiàng)，發(fā)明專利 20 余項(xiàng)。現(xiàn)為中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)工程結(jié)構(gòu)可靠性委員會(huì)副主任委員，中國(guó)建筑學(xué)會(huì)混凝土結(jié)構(gòu)基本理論與工程應(yīng)用委員會(huì)副主任委員，中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)砌體結(jié)構(gòu)委員會(huì)副主任，中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)理事，中國(guó)海洋工程學(xué)會(huì)常務(wù)理事，浙江省基本建設(shè)優(yōu)化研究會(huì)理事長(zhǎng)，杭州市結(jié)構(gòu)與地基處理協(xié)會(huì)理事長(zhǎng)。