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致密附着牡蛎的混凝土试件
% T# E, I; U3 |# M D2023年6月是第15个世界海洋日; @* J; f9 R* s( O
主题是“保护海洋生态系统 人与自然和谐共生”
9 ~0 o4 M( O4 e d, f日前$ c8 |) B5 w* c* H R5 E
向海图强的船海名校哈尔滨工程大学
' {; x9 q; e a6 q, w+ [, B一支学生科创团队恰好紧扣这个主题5 [2 V- e$ G& v. A2 x
为保护海洋环境、推进“双碳”目标挺身而出
4 y, D8 P; @# S; x7 k) E y研发出一款全球首创的诱导型涂料( j+ Y: m. o: y6 }
被行业专家称为1 E) H4 `% o& A2 d0 u4 M
“一项颠覆传统认知的海洋工程防腐技术”
z7 v9 {( \1 h) Y; ?“牡蛎海底大作战”这个只在科幻片出现的片段，如今竟真的在哈工程学子手中实现了！他们让海洋生物变身“海洋卫士”保护海岸工程，同时也保卫着海洋生态环境。5 \" m) s6 q" D1 I4 |2 G" O& Q
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“利用海洋生物‘变身’防腐涂料，促进海洋生态修复，减少碳排放、甚至负碳排放的目标，是我们项目最具特色的创新点。”团队队长、哈工程航建学院研三学生黄建涛说。' N4 r" j# q/ D' G4 }/ T! L
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指导老师与团队成员参加互联网＋集训营/ m) p6 H/ t1 H5 P" ~. g! g2 U
在哈工程航建学院吕建福、高明，中国科学院海洋研究所许飞3位老师指导下，航建学院黄建涛、徐成伟、沈美栖、杨千乐、郭靖祎以及经管学院、中科院海洋所等跨学院、校内外联合的12名学生完成的《海洋保卫者——重防腐与生态修复一体化海洋工程涂料》项目，将海洋生物与防腐涂料相结合，大幅度提升海洋工程耐久性的同时、多方面地改善海洋生态环境，获得第十三届“挑战杯”中国大学生创业计划竞赛铜奖。
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' w* v \! I7 _5 ]( R) ]% h7 G小小“牡蛎”大用处 开启防腐新思路" j$ u" u, a2 ]( ^9 d
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指导教师对团队进行辅导- i! P4 d7 K% ~7 E! h% y
“从没想过我们这些研究混凝土材料的会跟海洋生物打上交道……”黄建涛笑着说。团队成员都是学校“混凝土俱乐部”的成员， 2017年，在吕建福老师带领下，团队成员前往山东青岛进行实际工程考察，发现市南区海域栈桥附近的一些工程建筑，存在严重的钢筋混凝土腐蚀情况。8 N+ Q/ S9 W- ^0 G
“海水中含有大量氯离子，当渗透进混凝土中的氯离子达到一定浓度，会破坏钢筋钝化膜引起局部钢筋锈蚀，产生的铁锈会进一步降低钢筋混凝土的抗腐蚀性能。”吕老师告诉大家。 i' O' C m% O
“牡蛎能大大降低海水对钢筋混凝土的腐蚀。”吕建福指出。继多处考察后，同学们发现海域附近附着有牡蛎的工程结构很少出现钢筋锈蚀情况，经过现场取样，并带回学校实验室检测后发现，牡蛎附着能将混凝土抗氯离子渗透的性能提升3倍以上。黄建涛大胆地假设，“要是能有一种可以把牡蛎诱导附着在表面的材料，应用到钢筋混凝土工程表面就好了……”这个设想得到指导教师的肯定。
' ?9 c5 V; m( G1 [2 v- A0 U0 b“那就开发一种诱导牡蛎附着的涂料吧，吸附的牡蛎就能减弱海水对工程结构的腐蚀。”徐德海和张亚杰不约而同地提出来。( G3 U. f, t2 G% M6 [- y6 D" B5 F
“普通的水泥砂浆表面牡蛎附着往往较少，不能满足防腐需求，开发新型的水泥基涂料，可能会带来较高的成本。”高明提醒同学们。
/ C! x8 @! P' u! o" n* ?& G“涂料这种形式确实比较合适，普通硅酸盐水泥凝结时间长达数个小时，强度增长慢，很有可能强度未涨潮汐先涨。”3 n# x! P" P l6 R K
“树脂固化快,节约时间，但是，有水就没法固化呀。”
- Z1 O. d( `! m5 K2 {在老师的指导下，团队定下科研目标，经过认真的调研、查阅文献，决定采用一种快硬水泥，其能在20分钟内硬化。团队决定采用这种快硬水泥作为涂料主体，进一步进入诱导性涂料开发及涂料性能测试等阶段。
0 T. V0 E4 y$ X) o5 r: _ e( Z牡蛎变害为宝 这个“变身”有点难: R% J7 q8 k! Y2 F$ ~( Y
“对海洋工程、舰船装备而言，‘百害而无一利’”，这是过往文献对牡蛎类海洋生物的判断，更没有其他变害为宝的相关文献可参考，这项研究几乎是颠覆性的，过程的艰难可想而知。
5 S( Y6 q0 u" _/ ^8 y/ b x“创新是一条未知的道路，但是我们坚信方向对了，就一定能够成功。”团队成员表示。要使更多的牡蛎附着在防腐涂料上，开发出合适的诱导剂是关键的一步。在吕建福带领下，同学们前往中国科学院海洋研究所拜访了诸多专家，查阅了大量资料，并从中筛选出10余种诱导剂进一步试验，每一种诱导剂均需要测试对涂料强度、抗渗性、粘结力、凝结时间的影响，在保证诱导剂对涂料性能的负面影响可控前提下，进行牡蛎在实验室、实海环境附着试验，验证涂料对牡蛎的诱导能力。
) c7 R( a# l* T- n试验过程中，出现了很多大家意想不到的情况，如某些诱导剂可以显著提高牡蛎附着数量，但涂料强度、流动性会大幅降低；有些诱导剂会大幅度延缓涂料固化时间，需要进一步改良诱导剂的性能才能实现目标。+ c2 I' w' z! Y6 l- L
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准备出发实海试验
0 E0 P) a% \8 V" K' `5 K/ O为了验证涂料对牡蛎的诱导能力，黄建涛和徐德海等6人先后在青岛进行了近3个月的牡蛎幼虫附着试验。试验现场没有现成的试验设施，一切都需要自己动手解决，水池搭建的繁琐、牡蛎幼虫损失、水池氧气供应不足、海水温度不够……各种意想不到的问题，经历试验一次次失败，但团队成员从未放弃。
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6 I2 @4 j! M- N3 {* C经过三年的不懈努力，团队终于开发出重防腐与生态修复一体化海洋工程涂料。涂料中含有自主开发的诱导剂，能促进海洋中的牡蛎幼虫在工程结构表面附着生长，形成致密保护层达到防腐目的。同时，由于牡蛎的滤食作用，因而具有净化水体、降低二氧化碳排放、优化海洋环境等功能，该产品具有很高的生态修复价值。
; h; f5 Z& B/ {“海洋卫士”尽其责 保卫海洋生态做贡献2 I: C3 H2 N2 u: I- J" R
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团队实海涂抹涂料0 B8 W) K/ G) b$ l+ f4 `" M
“任何事物都有其两面性，而创新的意义在于将不可能变为可能，让事物发挥出其有益于人类，有益于自然的一面。”黄建涛说。项目利用牡蛎附着性强的生物特性，研发的新型涂料具有高效率重防腐、生态修复和零挥发性有机物等特点。并且牡蛎具有群聚效应，涂有该款涂料的海工建筑抵抗腐蚀能力不会减弱反而会随逐步增长。该涂料不仅不含污染环境的甲醛等挥发性有机物，还能实现一定的固碳能力，大大降低总碳排放，真正实现 “高耐久与生态修复一体化”。
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实海实验涂抹涂料后的附着效果图+ |$ L. ]4 g e$ ?% A
码头、跨海大桥等海底工程结构建筑以及生态海岸的建设都可以使用该涂料，实现海岸工程50年以上服役寿命，修复局部海洋生态的目标。近年来，团队积极对接海岸工程相关项目，让“海洋卫士”真正发挥作用，保卫海洋生态环境。( u! t K9 Q# J9 Y/ ?
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5 g6 j; `1 r. Y- z3 p团队成员希望，“这项技术能够在投入应用后实现对海洋环境的保护，并为全球海洋潮差区钢筋混凝土防腐技术进步做出贡献。”! q Q- V& _' r- ?# P4 o
撰文 |宁玺翔+ _) Y0 S' y. l# c% r1 |& H
部分信息来源 | 哈工程海洋文化馆% E& n( c) O; M2 A& B
排版 | 姜雨霏
/ w1 I3 I' y, B7 E3 Y7 m! i+ F( e编辑 | 赵琳琳1 j4 Y$ }; B4 L+ X9 a
责编 | 霍萍' T% y5 i$ P" q5 i; U
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审核 | 吕冬诗 金声& ~8 e, l% Q+ t8 @7 F
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信息来源：哈尔滨工程大学。
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