科学研究

1. 混凝土及金属结构纳硅防护材料  

项目围绕输水建筑物的健康状况进行调研,分析耐久性损伤特点和劣化因素,研发新型纳硅防护材料,并开展了新技术与新产品的推广及示范应用。纳硅技术在湖北汉江王甫洲水电站及都江堰人民渠二处的应用试验表明,纳硅涂层能有效提升混凝土及钢结构的使用寿命,有效解决冲磨、酸雨、干湿循环、老化等负责环境的防护。在水工建筑物的耐久性提升方面具有十分重要的应用价值。

该材料采用溶胶-凝胶技术制备纳硅粒子,通过硅氧烷偶联剂进行表面改性,运用纳米自组装技术实现纳硅粒子的可控生长,制备形成具有界面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应的纳硅树脂,固化后形成高固含的钝性结晶膜,呈独特的微纳二元粗糙表面结构,兼具二氧化硅的物理、化学稳定性及纳米结构的量子特性。纳硅树脂中含有大量不饱和残键和活性官能团,展现出极强的活性和优良的扩展性,可通过水解、缩合、共聚、加成和取代等化学反应,形成各种结构独特且性能优越的纳硅系列产品,解决复杂环境下混凝土与金属结构养护与病害防治难题。

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2. 基于渗透结晶原理的输水建筑物缝修复与防护技术集成与示范

       该项目结合引调水工程输水、挡水建筑物在施工、服役期间对材料环保性能和施工环境要求,开发具有绿色、环保、无毒、无害等特点,与混凝土及钢结构等基材协调性好,耐久性优,施工便捷的环境友好型裂缝修复与防护技术。针对不同形式、龄期和部位的混凝土结构,研发了三种表面防护材料,分别是水泥基渗透结晶材料、水溶性渗透结晶材料、纳硅防护涂层材料。

     (1)水泥基渗透结晶材料。水泥基渗透结晶材料有精细石英砂、硅酸盐水泥、活性组分和催化组分等组成,能够在混凝土表面形成刚性防护层,并修复表层混凝土的微细裂纹,提高基底的密实程度,从而实现与混凝土基底同寿命服役和多次修复的技术效果。水泥基渗透结晶材料可同时发挥表面防护与表观质量提升的双重效果。

     (2)水溶性渗透结晶材料。水溶性渗透结晶材料含有大量的碱硅酸盐活性物质,能够与水泥水化产物发生进一步反应,提高表层混凝土的密实程度,修复微细裂纹和损伤等缺陷。水溶性渗透结晶材料可在混凝土凝结硬化前发挥作用,施工方便性优于水泥基渗透结晶材料,但无法再混凝土表面形成刚性防护层。

     (3)纳硅防护涂层材料。“纳硅”涂料基于“荷叶效应”仿生原理设计,采用溶胶-凝胶技术制备纳米二氧化硅粒子,通过硅氧烷偶联剂进行纳米粒子改性,运用纳米自组装技术实现纳米粒子的可控生长,制备成具有空间三维网状结构的纳米材料,该材料具有粒径小、比表面积大、表面能高等特点,可在常温下固化成高固含量的钝性结晶膜。

      研究成果成功应用于西藏DG水电站工程、福建周宁抽水蓄能电站工程、南水北调中线倒虹吸工程、王甫洲水利枢纽工程、四川都江堰灌区等工程,取得了显著的经济、社会和生态效益,具有广阔的推广应用前景。


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3、假俭草新品种“涵宇一号”技术


       项目实施以来,以假俭草“涵宇一号”的种子繁殖和营养繁殖为研究重点,认真研究实施过程中出现的问题,并及时加以总结,形成较为完善的建植、养护技术体系,为更好更快地推广应用假俭草“涵宇一号”打下较好的基础。项目实施以来,假俭草“涵宇一号”在堤防、水库、灌区等水利工程上得到广泛应用,已熟练掌握假俭草“涵宇一号”种子繁殖、营养繁殖等繁殖技术和先进施工方法,研究成果在国内处于先进水平。

       假俭草以其优良特性在我国长江流城及以南地区具有较大开发利用前景。尤其在城市绿化、水士保持、生态环境建设等方面都能发挥较大的作用,也将会产生较好的经济效益、社会效益和生态效益。


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