滨海混凝土自免疫系统设计与性能研究

The deterioration of concrete infrastructures under marine environment reflect the multiformity of the function, emergence of action effect and universality of action objects, which causes huge financial loss and becomes a serious hidden danger for sustainable development of social economy. Nevertheless, the research in this field is involved in complicated aspects, such as multi-system (including materials, components and structural system), multi-mechanism (micro and macro mechanisms) and long-term effectiveness. At the same time, the theory of concrete durability and its control technology still mainly built on the basis of the experience and qualitative cognition. The project follows the main line of environment effect, material design, performance study and mechanism expatiates for the study; proposes a novel concrete self-immunity system through the microcapsule technology; using ion sensitive materials for the capsule wall, makes an effective package of calcium hydroxide powder. The method achieves the costal concrete implementation of pH adjustment and control effectively. The Study focuses the failure process and mechanism of the microcapsules, intelligent release characteristics of calcium hydroxide and anti-corrosion effect of reinforced bar; ultimately realize the self-immunity objective for the coastal concrete. Thereby, it supports a basic strategy for guarantee the service life of the civil engineering.

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内质调控技术仍主要建立在经验和定性认知的基础上。本项目以环境作用-材料设计-性能研究-机理阐析为研究主线；通过微胶囊技术为基础设计新型混凝土自免疫系统；利用离子敏感型囊壁材料的设计与优化，有效包裹氢氧化钙粉末，实现滨海混凝土中pH值的有效调节与控制; 研究氯离子（或氢氧根离子）引发的微胶囊破坏过程与作用机理；明确氢氧化钙的智能释放特性与钢筋可控缓蚀效果；最终实现滨海混凝土自免疫的目标；从而有效实施土木工程使用寿命保障的基本策略。

本研究项目以重大滨海混凝土基础设施为主要工程背景；以解决恶劣环境下混凝土服役性能保障这一前沿性课题为科研特色；以环境作用-材料设计-性能研究-机理阐析为研究主线；通过微胶囊技术为基础设计新型混凝土自免疫系统；利用离子敏感型（氯离子敏感或氢氧根离子敏感）囊壁材料的设计与优化，有效包裹氢氧化钙（或氧化钙）粉末，实现滨海混凝土中pH值的有效调节与控制; 研究氯离子（或氢氧根离子）引发的微胶囊破坏过程与作用机理；明确氢氧化钙的智能释放特性与钢筋可控缓蚀效果；最终实现滨海混凝土自免疫的目标；从而有效实施土木工程使用寿命保障的基本策略。项目不仅为现存的混凝土基础设施提供优化的工程应用参考，亦为将来能源、电力、海洋基础设施等多种恶劣环境下混凝土结构汇集整体解决方案。. 针对上述的研究目标，项目通过微胶囊技术实现自免疫混凝土设计；协同构建广泛的“智能”材料系统；实现混凝土自调节、自免疫的功能；以避免/减少滨海腐蚀环境中氯离子的侵蚀而引发的钢筋锈蚀。基于内嵌的自免疫系统以提高混凝土基础设施的使用寿命，从而起到可持续混凝土结构使用的目标。项目主要展开如下七个方面的研究：一、水泥-水界面作用特性及其表征；二、水泥基材料离子侵蚀过程的电化学阻抗谱研究；三、钢筋锈蚀特征可视化表征与量化分析；四、自免疫微胶囊设计及性能表征；五、自免疫混凝土劣化抑制过程表征；六、混凝土自免疫过程性能评估；并取得系列创新性成果。. 本项目成功执行，已发表论文16篇，其中SCI 论文14 篇；授权发明专利8项；培养博士2人；培养硕士8人，毕业4人。在项目执行期间，项目组成员受邀做大会报告/特邀报告5次；以大会组委会主席身份举办/承办学术会议1次（参会人数160人）。