一、成果介绍

1.长寿命绿色生态防波堤

【项目概述】本成果的领域为海岸工程与海洋工程与贝类养殖学的交叉，具体为诱导海洋固着生物附着的混凝土及制品的设计理论与建造技术，诱导海洋固着生物附着的水泥基涂料设计理论与制备技术以及诱导牡蛎附着的附着基设计理论与制备技术等系统的技术体系。本研究开始于2006年，期间获得了国家自然科学基金面上项目、青岛海洋科学与技术国家试点实验室开放基金项目和中国科学院海洋大科学研究中心重点部署项目等的资助。

本成果系统性地解决目前海洋环境下潮差区钢筋混凝土结构的防腐蚀措施少、保护效果有限、造价高及存在污染等；以及目前海洋生态破坏严重、修复技术不成熟且造价高、采用传统技术建造的混凝土工程会进一步加剧现有海域生态的破坏的问题。国内首次提出利用海洋固着生物技术，同时实现了海洋钢筋混凝土工程的生物防腐蚀与海域生态的修复。区别于传统技术的特点：防腐蚀与生态修复于一体、主动性、长效性、经济性、绿色环保。

【项目成熟情况】形成技术方案,已筛选出多种诱导剂，并进行优化设计，优异的混凝土可以大幅度增加牡蛎早期的附着密度和速率，在实验室和海洋进行了多轮的实验验证，目前形成了混凝土材料及制品、水泥基涂料及制品以及牡蛎附着基等根据环境设计和制备能力。

【应用范围】主要应用领域为：

（1）新建的和服役的生态化工程，如沿海生态护岸，南海岛屿生态护岸，海南岛旅游的生态景区，以及防波堤和牡蛎礁等。

（2）新建的和服役的钢筋混凝土工程生物防腐蚀技术，如跨海大桥、海港码头等。

（3）牡蛎育苗、养殖，如育苗场和养殖场等。

该技术是集海洋固着生物对钢筋混凝土的防腐蚀和生态修复功能于一体的新型技术，实现了海洋固着生物在混凝土防腐蚀中的应用与采用混凝土工程作为生态修复工程，具有与自然和谐共存、经济和高效的特点，契合国家提出的绿色海洋、生态海洋以及高耐久工程政策，具有极大的应用潜力和市场前景。

2.氨基硅纳米改性疏水、厌冰环氧涂层

【项目概述】本项目旨在开发一种可低温环境下长期使用的疏水、厌冰涂层材料。目前，该项技术属于国际先进，据报道仅韩国具有类似技术达到同样指标。技术指标如下：超疏水（静态接触角≥150°,集聚覆冰时间延迟30分钟）、厌冰性（覆冰粘接剪切强度σ≤500KPa），还具有施工简单、可喷涂等优势。

疏水材料行业需求一直旺盛，从建材、服装（高端冲锋衣）、用具（不粘锅）到减阻材料无所不包。但同时兼备疏水、厌冰特征的涂层材料市场缺乏。目前，随着国家北极战略的推进，考虑极地恶劣的服役环境以及极地开发和极地恶劣环境的需求，以及电网等设备面临极端环境下冻雨的威胁等因素，开发可低温环境下长期使用的疏水、疏冰涂层材料市场广阔。具体应用包括：极地航行船舶的甲板、天线罩、舰岛以及高压电线绝缘子表面等部位。

主要专利：

种冰粘附剪切强度测量装置ZL.104897565A

【项目成熟情况】目前已经到达样品阶段，完成前期的实验室样品制备及性能测试，疏水性、验冰性以及与金属、非金属等基体的粘接强度均达到预期效果，并完成了实验室喷涂工艺验证。

【应用范围】极地航行船舶、极地工作站、高压电网等领域。

3.船用高性能热塑性pCBT复合材料

【项目概述】目前船用结构复合材料以热固性为主导，但随着各国政府和国际组织绿色环保政策的出台（如欧盟玻璃钢制品限入制度），全球复合材料行业都将目标转向易回收、可再利用的热塑性复合材料。热塑性复合材料逐步提高应用比率已成趋势，一些机构预测未来几年热塑性和热固性复合材料应用比率将趋于相等。目前欧盟热塑性复合材料占整个用量30%以上，美国高达50%，远远高于我国的17%（且以低端PP、PA为主），究其原因是我国热塑性复合材料的原材料和工艺水平较低、存在技术瓶颈。具有良好工艺性的CBT热塑性复合材料是近年来国际上兴起的一种新型绿色环保型复合材料，它的可液体成型特征为其应用于大型结构和规模化生产带来了便利。作为结构材料，本项目可应用于豪华游艇结构及内饰，高技术船舶的上层建筑以及汽车复合材料等对绿色环保有明确要求的领域。

热塑性复合材料船舶结构具有易回收、可再利用等绿色环保特征，但传统热塑性复合材料无法液体成型一直是限制其在中大型构件应用的桎梏。本项目中所提出pCBT热塑形复合材料具有超低的熔融粘度，易浸润，可液体成型，能制成纤维含量达75%的复合材料。聚合温度≤180℃,粘度≤100Pa•s，基体强度≥50Mpa、冲击韧性≥7.0KJ•m-2，与纤维界面粘接良好。

主要专利：

【项目成熟情况】目前该项目已经到达样品阶段，已完成前期的实验室样品制备及性能测试，聚合温度、基体强度、冲击韧性。温度老化性能、海水浸泡实验均达到预期要求。

【应用范围】豪华游艇、船舶上层建筑、汽车工业等领域。

4.适用于海洋环境下的FRP-海砂混凝土梁板柱结构

【项目概述】依据《联合国海洋法公约》，我国有300万海里的“蓝色国土”。不过，我国与日本、韩国等8个邻国存在海洋主权主张冲突或争议。在军事战略上，海岛和大型人工岛就是一艘不沉的航空母舰，战备能力强于航母，且运行维护费低。在资源战略上，深海资源及海上新能源开发将成为世界各国激烈争夺的主战场。我国把加速海岛、人工岛等海洋结构的开发与建设提升到国家战略层面，这急需在海洋环境下建造大量港口码头、机场跑道、海洋平台和住宅等大型建筑物。海洋环境下氯化物及冻融循环等侵蚀条件对混凝土结构的腐蚀是严重威胁结构耐久性的主要因素,容易造成巨大损失。目前，国内外专家和学者达成了类似的观点：当今的钢筋混凝土结构主要研究其耐久性，尤其是严酷环境下的钢筋混凝土结构。海洋环境是目前混凝土结构所处环境中最恶劣的环境之一，因此海洋环境下混凝土结构的耐久性是目前海洋混凝土工程研究的热点和难点问题。如何保证海洋环境下民用设施和军用设施的耐久性和长期服役的混凝土结构遭遇意外荷载作用下的整体性，已成为迫切需要解决的问题。但是，大部分海洋结构远离大陆，建筑材料运输成本昂贵，发改委、财政部、工信部于2014.10.23联合印发《关键材料升级换代工程实施方案》指出开发可以就地取材的建筑材料是岛礁建设的迫切问题。此外在海洋等极端环境下，普通混凝土和钢等传统的结构工程结构要遭受海水、海洋大气温度的腐蚀，造成巨大损失。海洋产业“十二五”规划指出，我国将对海洋工程结构腐蚀的控制技术做进一步的深化研发。《2011-2020年学科发展战略规划》指出将耐久性设计纳入到结构全寿命设计理论中是结构设计理论的发展的趋势。因此，新型高耐久性海洋建筑材料及其结构的工程应用，是实现海洋领域工程结构高性能和长寿命是国家可持续发展和建立灾害最小化社会的迫切需求，具有良好的经济及社会效益。

基于热带海洋环境下，海工混凝土材料“原位资源利用”和结构“安全耐久”的原则，将海砂代替河砂减少海岛建设的造价，FRP材料替代钢筋解决海洋氯离子对普通钢筋的腐蚀问题，提出FRP海砂混凝土结构的设计计算方法，形成适用于FRP和钢筋海砂混凝土结构的整体安全性和经济性评价体系，开发适用于海洋环境下的FRP-海砂混凝土梁板柱结构体系。

主要专利：

【项目成熟情况】正处于基础研究阶段。

【应用范围】海洋工程结构包括海岸工程（海港、跨海桥梁、海岸防护、潮汐发电站等）和近海工程（大型深水码头和海洋平台等）。

5.船舶轻质耐火分隔复合结构

【项目概述】该防火分隔结构材料具有轻质、施工方便、无污染等特点，对于具有防火等级需求的结构局部位均可采用，且其耐火性能满足A-60级防火标准、价格适中，其未来必有良好的应用前景。

采用高分子纳米防火分隔材料设计轻质耐火分隔复合结构，有良好的轻质、隔热、保温及良好的力学性能。该结构在1000度高温下不变形、不膨胀、导热系数极低，在945度高温时导热系数为0.0320w/mk，材料密度250kg/m3。

【项目成熟情况】目前已经完成轻质耐火分割材料的小样品测试阶段，满足A-60耐火要求。

【应用范围】适用于船舶、机车及大型车辆等需要防火分隔需求的部位。

6.全碳纤维复合材料蜂窝结构

【项目概述】结构轻量化是航空航天永恒的主题。本技术采用曲壁拓扑结构设计方法，通过蜂窝壁面曲率与波形设计来增加抗弯刚度，避免蜂窝壁的屈曲失效的发生，进而强化蜂窝结构。复合材料蜂窝壁的表面处理工艺，显著提升了结构的剪切性能。实验结果表明碳纤维复合材料曲面蜂窝结构具有高比强度和高比刚度特性，其力学性能显著优于铝蜂窝和芳纶蜂窝，也强于其他轻质夹芯结构，为其多功能性开发提供了技术支撑，目前可实现大尺寸典型样件的制备。

【项目成熟情况】小样品测试阶段。

【应用范围】研究成果既能满足卫星、火箭等航天器对超轻多功能结构的迫切需求，又能大幅减轻深海无人平台浮力结构的重量，使其可以搭载更多有效载荷，提高其续航能力等综合性能，显著提高我国深海装备技术水平，加速推进我国海洋开发战略的实施。

7.多层金属金字塔点阵夹芯结构

【项目概述】金字塔点阵夹芯结构芯子由桁架杆系组成，是一种芯层杆件以拉伸为主导的夹芯结构。具有相对密度低、比强度高，比刚度大的特点。点阵夹芯结构在冲击载荷作用下，具有多种能量吸收机理，包括面板弯曲吸能、芯子杆件压缩失效吸能和剪切失效吸能等，同时结构中贯穿的空间空隙为芯子杆件的充分塑性变形提供了可能。多层点阵夹芯结构通过对层数和芯层相对密度的设计，可以实现对动载荷作用时应力波的引导，从而提高结构抗冲击性能。在承受冲击载荷时，多层点阵夹芯结构通过芯层的逐层失效，能够显著提高结构的面比吸能，并实现对冲击载荷的缓冲。金字塔点阵夹芯结构可以采用切割-嵌锁-钎焊工艺进行制备。课题组采用线切割技术从金属板上切出金字塔点阵芯杆，通过嵌锁工艺将芯杆进行组装，再利用激光焊接工艺将点阵芯层与金属面板进行焊接。利用切割-嵌锁-钎焊工艺制备的3层金字塔点阵夹芯结构。

【项目成熟情况】技术成熟。

【应用范围】可应用于舰船和军用车辆的防护。通过各层金字塔点阵的相对密度的梯度设计，可以用于防护爆炸冲击载荷，通过与复合材料及陶瓷材料的联合应用，可以用于防护弹道冲击载荷。

8.正弦曲线梁芯子夹层结构

【项目概述】在爆炸防护领域，金属点阵夹芯结构可以通过面板变形或破裂、芯子压缩变形和剪切损伤等多种形式来实现能量吸收过程，而且点阵夹芯结构高孔隙率的特点为芯子在爆炸载荷下发生的较大塑性变形提供了足够的空间。而且，夹芯结构具有轻质的特点，满足航空、航天对于轻量化的需求，金字塔或沙漏夹芯结构在静态和动态载荷作用下主要呈现为杆件的屈曲变形带来的失效，屈曲变形带来的失效使得结构承载能力下降速度较快，针对防护结构的防护能力，这种失效方式不能很好的使爆炸波得到有效的衰减。而波纹板夹芯结构虽然拥有较为平缓的冲击波卸载能力，但相对密度较大，无法很好的满足轻量化需求。因此，本成果借鉴两种类型夹芯结构的特点，将周期波纹结构与点阵结构相结合，提出了正弦曲线梁夹芯结构，旨在兼顾较好的承载能力的前提下，使得抗爆抗冲击能力得到一定提升，借助曲线梁弯曲变形特点，使得冲击波得到平缓的卸载，具有一定的储备研究意义。

正弦曲线梁夹芯结构进行空气爆炸数值模拟结果表明：

（1）通过不同幅值—周期比的前后面板中心挠度的时间历程曲线可以看出，幅值—周期比较大的夹芯结构与实体板相比性能提升较大，具有更优异的抗爆性能。

（2）通过不同曲线梁截面积的前后面板中心挠度的时间历程曲线可以看出，在相同的爆炸载荷条件下，芯子截面积越大，中心区域芯子变形量越小。这是由于芯子截面积越大，整体刚度越大，芯层更“硬”，越不容易变形，具有更好的抗爆效果。而且截面积过小时，芯子刚度较弱，易发生芯子破坏或面板破坏，工程应用意义不大。

（3）通过不同爆距对夹芯结构前后面板中心无量纲挠度和芯子变形能可以看出，爆距较小时，夹芯结构可能会出现破坏情况，爆距较大时，夹芯结构的芯子所能提供的吸能抗爆能力较弱。而且，爆炸距离对与夹芯结构的抗爆性能影响很大。实际应用时，对于爆距很小的工况，该夹芯结构的抗爆能力较弱，需根据实际情况选择合适刚度的结构设计才能发挥出最好的抗爆效果。

（4）通过不同炸药量对夹芯结构前后面板中心无量纲挠度和芯子变形能可以看出，炸药量对夹芯结构的抗爆性能影响较小，芯子在爆炸载荷下的变形能随炸药量的变化也较为均匀。而且，炸药量对于夹芯结构的抗爆性能影响较小，在实际应用中，相同参数夹芯结构可以承受的炸药量变化范围更大，而且一定跨度内的炸药量变化对夹芯结构抗爆性能影响也不大。

【项目成熟情况】技术成熟度2级，完成了模型设计、数值模拟计算和基本准静态验证实验。

【应用范围】金字塔、沙漏等夹层芯子是杆系结构，其吸能前需先产生屈曲失稳后才进入塑性铰阶段，因此会造成吸能前有较高的载荷峰值，而本成果是梁系结构，直接形成塑性铰，不会产生峰值应力而持续吸能，因此对防护目标没有较大的冲击，特别适用于船舶、飞行器等航行体重要舱室及部位的抗远场冲击防护领域，也可用于汽车防撞梁及吸能防护设计，装甲车及运兵车的座舱底板抗地雷爆炸的能量吸能和人员防护领域。

9.零约束收缩高抗腐蚀树脂混凝土

【项目概述】零收缩树脂混凝土是指采用树脂、骨料及填料的混凝土，该混凝土具有小的早期固化收缩，并在约束的条件下，可使收缩产生的应力降低到可忽略不计，且具有良好的抗渗性和抗腐蚀性，并根据工程及环境的特点进行结构设计和施工方法确定，形成现场浇筑、零约束的树脂抗腐蚀防腐蚀层和结构。

本项目是针对热电厂脱硫塔在采用湿法脱硫后出现的脱硫塔腐蚀严重，目前的聚脲、萨维真、OM涂料、杂化聚合物等薄膜类喷涂料和粘贴国产泡沫玻璃砖进行防腐的烟囱以及硅橡胶加玻璃钢板加浇注料三层复合防腐内衬防腐蚀修复措施存在诸多的不足。本成果系统性地解决目前热电厂脱硫塔或者其它高温且腐蚀性强的环境下防腐蚀材料的制备和施工存在的问题，如耐久性差、施工周期长、造价高等。树脂混凝土具有的优点为：约束收缩几乎为零；高强度、轻质；良好的抗渗性和抗腐蚀性；可现场浇筑、大面积施工；杜绝或大幅度减少可能产生的裂缝，更好地实现与现有混凝土工程协同工作。

【项目成熟情况】形成技术方案,已制备出多种混凝土材料，并对其力学性能、高温性能、耐久性和早期体积稳定性进行测试，得到了耐高温、零约束收缩的、高强轻质树脂混凝土，并具有优异的抗腐蚀性和耐久性。

【应用范围】本技术成果主要应用于石油、化工、湿法冶炼、火力发电、制药等大型污水池以及发电厂脱硫塔防腐层等。目前在污水池特别是涉及石油、化工、湿法冶炼、火力发电、制药等大型污水池，因污水成分复杂，有时会含有大量的酸、碱、盐等强腐蚀介质以及有机物等介质，对污水池造成严重破坏，并造成污水渗漏及各种损失。此外生活污水处理池含有大量的有机物及细菌，同样普通的水泥混凝土结构不能满足耐久性的需要。同时，热电厂的脱硫塔的腐蚀问题突出，采取常规的混凝土及涂料等不能达到预期寿命。因此，零约束收缩高抗腐蚀树脂混凝土产业化前景极其广阔。

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