在我国北方的辽阔海域，跨海大桥横卧碧波，海底隧道深潜汪洋，港口码头承载繁忙贸易。然而，寒冷地区的海洋环境，给这些超级工程带来“冰火两重天”般的严酷考验：冬季反复的冻融循环剥蚀混凝土表层，富含氯离子的海水侵蚀钢筋引发锈胀开裂，每年因混凝土耐久性失效带来的损失与风险惊人。为破解这一行业难题，一航局科研团队毅然扛起重任，开启了一场跨越十余年的寒区海工混凝土耐久性技术攻坚战。
破局：把安全 “命门” 握在自己手中
长久以来，我国重大海工混凝土结构的耐久性寿命设计依赖国外模型，但在北方寒冷复杂海域却频频“失灵”。“欧洲模型预测过于乐观，美国模型又过于保守。”课题负责人曹忠露说，“这项技术可是工程安全的‘命门’，必须掌握在我们自己手中！”
研究团队迅速集结，开启了一场大规模、长周期的“数据掘金”行动。他们系统研究分析全球22个国家和地区、最长服役97年的海工混凝土数据，并对我国北方海域服役11至82年的码头进行了深入跟踪测试。
在东北亚地区海工结构调研期间，团队顶着凛冽海风，穿梭于各个码头，仔细测量、记录着每一个数据，总结出寒区海工混凝土氯离子含量与扩散系数的独特动态演变规律。在专家余红发指导下，团队深入研究了近十年的海水暴露实验数据，攻克氯离子扩散双重时变性的核心难题，提出了新的氯离子扩散理论方程，成功开发出拥有完全自主知识产权的海工混凝土结构寿命分析模型与设计软件。
攻坚：研发抵御“三重侵蚀”的混凝土
理论突破后，研发优质的混凝土材料提上日程。团队瞄准低胶凝材料用量与高工作性、高耐久性难以兼顾的行业难题，从颗粒堆积理论源头创新，建立骨料形貌与密实度关联模型，并揭示了胶凝材料水化过程对堆积状态的影响机制，形成了涵盖物理堆积与化学作用的“全材料尺度”低胶凝高性能混凝土设计理论。
以此理论为支撑，团队成功研制出能抵抗氯盐+硫酸盐+冻融三重侵蚀、满足百年耐久性要求的沉管机制砂混凝土，并首次应用于北方大型跨海沉管隧道工程——大连湾海底沉管隧道。经测算，全生命周期二氧化碳排放降低了20.9%，实现了耐久性与绿色低碳的完美统一。
科研团队再接再厉，针对北方大风、寒冷、干燥导致大型混凝土结构极易开裂的情况，研发出适用于恶劣环境的成套施工控裂与智能养护技术。“好材料还得建成好结构，要从源头筑牢耐久性防线。”在团队的精心指导下，施工控裂与智能养护技术在大连湾海底沉管隧道施工中协同推进，从源头筑牢了结构耐久防线。
创新：给工程装上“智能免疫”系统
传统的混凝土防护如同“被动治疗”，即“等生病再治病”。基于此前一系列研究成果，团队专家董必钦提出了颠覆性的“智能防护”理念，让混凝土如同生物体一般，具备对损伤的“感知”与“自修复”能力，实现“主动免疫”功能。
科研团队日夜攻关，经过无数次尝试，成功发明以新型钙-铝-磷三元无机复合物为囊芯的自修复微胶囊。“当混凝土出现微裂缝，胶囊遇水破裂、囊芯材料迅速水化凝固，实现自动修复，裂缝愈合率高达60%，抗渗性能提升75%，能显著阻隔侵蚀介质。”曹忠露解释道。
与此同时，团队还设计出一种“氯离子触发型”智能微胶囊。其壁材对氯离子十分敏感，当氯离子渗透到钢筋附近达到危险阈值时，胶囊自行破裂释放阻锈剂，精准抑制钢筋锈蚀，为工程装上24小时在岗的“智能哨兵”。
突破：实现海工混凝土“无损监测”
海工混凝土结构的传统氯盐与锈蚀检测法效率低、有损结构，难以掌握工程整体健康状况。团队另辟蹊径，利用高频电磁波技术，研发出针对混凝土材料的复介电常数的波导测量系统，首创基于探地雷达的氯盐分布无损成像方法，“这种方法能实现大面积、连续、可视化的氯盐含量扫描，将氯盐检测从‘点状有损’带入了‘面状无损’的新阶段。”项目负责人孙悦锋说。
在钢筋锈蚀检测上，团队也取得了新突破。通过捕捉钢筋锈蚀引起的电磁波能量衰减特征，实现了对钢筋从早期脱钝到严重锈蚀全过程的定量化、可视化成像，并开发了智能数据处理软件，能自动校正环境干扰，将误判率控制在3%以下。
从项目启动到规模化应用的十余年间，团队成员攻坚克难，构建起“理论设计-材料制备-施工建造-运维保障”全链条寒区海工混凝土百年耐久性技术体系，实现了从被动维修到主动设计、从经验判断到精准预测、从有损抽检到无损监测的三大革命性跨越。
目前，一系列关键技术已成功应用于大连湾海底隧道、唐山港曹妃甸港区和京唐港区、营口港鲅鱼圈港区和仙人岛港区等重大工程，为这些“百年工程”的安全耐久服役提供了强有力的科技支撑。
素 材 | 港研院
供 稿 | 曹忠露、陈 聪
责 编 | 曹瀚文
校 核 | 潘祚声
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