滨海钢筋混凝土结构全寿命性能智能调控与提升体系研究

Integrated deterioration process of coastal concrete have the features including the diversity of actions, the emergence of functions and the universality of objects. It has caused huge economic losses and became an obstacle to sustainable development of society. This related research involves the theoretical analyses of multiple degradation mechanisms and performance regulatory recovery of coastal concrete. Currently, a relatively completed theory and mature technology have not been proposed especially for the key problems such as service life material quality control and deteriorated performance restoration. The project is based on the deterioration characteristics of concrete performance under the integrated actions of coastal corrosive environment and load, with significant coastal concrete infrastructure as the main engineering background. It combines the Impressed Current Cathodic Protection (ICCP) and Structural Strengthening (SS) technologies of coastal concrete structures, to develop a new coupled Cathodic Protection - Structural Strengthening (ICCP-SS) system of coastal concrete structure. The project will systematic study the key elements of extraction and monitoring of coastal concrete deterioration parameters; design and optimization of the ICCP-SS system; restoration and enhancement of concrete structural properties and evolution of long-term performance. It will develop the scientific evaluation system and technology strategies regarding the comprehensive structural deterioration; and thus effectively implement the basic strategy of lifetime guarantee of civil Engineering.

滨海混凝土的综合劣化具备作用类别多样性、作用效应涌现性及作用对象广泛性等特点；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。相关研究涉及滨海混凝土多重破坏的理论阐述和混凝土性能调控恢复等诸多难题。本项目基于滨海环境与荷载共同作用下混凝土性能综合劣化特征，通过阴极保护技术（Impressed Current Cathodic Protection，ICCP）与结构增强技术（Structural Strengthening, SS）的有机结合，构建新型的滨海混凝土结构全寿命性能阴极保护-结构增强（ICCP-SS）复合保障体系；系统研究滨海混凝土性能劣化参数提取与监测、ICCP-SS系统设计与优化、混凝土结构长期性能演化、恢复与提升等各个环节的关键要素；形成具有共识的结构综合劣化与恢复提升的科学评价体系与技术应用对策，有效实施土木工程全寿命保障的基本策略。

我国经济高速发展和城镇化进程中产生了巨量的钢筋混凝土结构。受原材料、技术规程及施工管理水平限制，氯离子侵蚀导致的钢筋混凝土耐久性劣化在滨海地区广泛显现，已造成了巨大的社会影响和经济损失。传统钢筋混凝土修复方法功能单一，结构往往屡修屡坏，不仅严重影响结构正常服役功能。同时，结构服役期间缺乏可量化的耐久性评估方法，无法为耐久性干预时机和干预手段的优化设计提供科学合理的决策依据。建立滨海钢筋混凝土长寿命保障技术符合国家经济建设形势及可持续发展重大需求，是土木建筑工程学科的前沿研究领域。.本项目执行期为2016年01月-2020年12月，直接经费300万元。项目依据申请书有序开展，并超额完成了既定工作目标，取得了具有国际先进水平的系列创新性研究成果。开发了一系列新型水泥基材料劣化无损测试技术，阐明了钢筋混凝土材料在滨海环境中的劣化过程及规律。揭示了碳纤维增强复合材料（CFRP）在阳极极化作用下的性能演变机理，发明了阴极保护和结构加固有机结合的钢筋混凝土耐久性复合保障技术（简称为ICCP-SS）。采用CFRP同时作为辅助阳极材料和结构加固材料，实现对钢筋锈蚀与结构力学性能的双重保障，解决了滨海钢筋混凝土结构屡修屡坏的重大难题。开发了基于探地雷达的钢筋混凝土锈蚀无损可视化检测技术，首次实现了对不同锈蚀程度的钢筋锈蚀的可视化成像与锈蚀过程的可视化周期监测，为ICCP-SS体系安全运行提供技术保障。.本项目在执行期间，已发表期刊论文 73篇，会议论文10篇，其中 SCI 论文64 篇；授权国内发明专利11 项，美国发明专利1项，实用新型专利5项；审核中国内发明专利3项；出版学术专著1本。此外，项目组成员获得国家技术发明二等奖1 项，日内瓦国际发明展特别嘉许金奖1项。