我國既有建筑物及構(gòu)筑物存量巨大且發(fā)展迅速，現(xiàn)存民用建筑近700億平方米，橋梁45萬座，高鐵營業(yè)里程2.9萬公里以上，公路總里程484.65萬公里，全國港口擁有萬噸級及以上泊位2444個，民用航空機場235個，各類水庫98795座，其中大型水庫732座，各類防堤30.6萬公里，水閘10萬余座。

縱觀世界各國建筑業(yè)發(fā)展趨勢，建筑行業(yè)發(fā)展分為三大歷史階段：大規(guī)模新建階段——新建與維修改造并重階段——舊建筑改造維修加固為主階段。

歐美國家自上世紀60年代就進入了大規(guī)模加固改造階段，而我國目前已經(jīng)進入新建與維修并重的歷史發(fā)展階段。近年來，建筑檢測鑒定與修復(fù)加固行業(yè)隨之興起并蓬勃發(fā)展，成為國民經(jīng)濟發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)。

中國建筑材料科學(xué)研究總院中建材中巖科技有限公司(以下簡稱中巖科技)，是中國特種工程材料研究及應(yīng)用的發(fā)源地。近年來，中巖科技工程防護修復(fù)與加固的團隊就像一把鑰匙，解決了一個又一個關(guān)鍵技術(shù)問題，為各類工程的安全運行保駕護航。

3小時維保窗口護航高鐵安全

自2008年奧運會前夕中國首條350公里時速的京津城際鐵路開通以來，我國高鐵已完成了四橫四縱的建設(shè)，加快向八橫八縱網(wǎng)絡(luò)邁進。

從跟跑、并跑到領(lǐng)跑世界，中國高鐵也成為我國在國際上的一張靚麗名片。

然而，高速鐵路實現(xiàn)350公里的中國速度背后，是數(shù)以萬計科技工作者和工務(wù)人員的不懈奮斗，是無數(shù)創(chuàng)新技術(shù)的集中體現(xiàn)。

高速鐵路具有高平順性、高穩(wěn)定性、高耐久性的特點，穩(wěn)定平順的道床結(jié)構(gòu)是實現(xiàn)高鐵速度的前提，對道床結(jié)構(gòu)的維修保養(yǎng)是確保其百年設(shè)計壽命必不可少的一環(huán)。

高速鐵路使用的是鋼筋混凝土縱向連續(xù)的道床結(jié)構(gòu)，在溫差作用、1000赫茲高頻動荷載、凍融循環(huán)、腐蝕性環(huán)境等因素的綜合作用下，持續(xù)穩(wěn)定的道床結(jié)構(gòu)離不開必要的防護措施、大量的例行巡檢工作和日常維修保養(yǎng)工作。然而，由于我國幅員遼闊、列車營運時間很長，每天留給巡檢和維保的時間“窗口”僅有夜間3—5小時，除去上下線時間，每天的工作時間僅約1.5—3小時。

快速搶修成為高鐵維保的日常，對材料、機具、工效也提出了較工民建和公路工程更為嚴苛的要求。

2017年，某高鐵部分路段道床結(jié)構(gòu)底座板出現(xiàn)了較嚴重的混凝土開裂，可能引起混凝土脫落，影響行車安全。且病害發(fā)展速度較快，如不盡快修復(fù)，可能引起更大范圍的混凝土開裂。經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，該路段施工過程中存在保護層厚度不足及反水坡坡度不足的問題，但加高其混凝土保護層會使上部結(jié)構(gòu)無法排水，傳統(tǒng)的混凝土置換法已無法滿足該工程需求。

受高鐵某工務(wù)處及工務(wù)段的委托，中巖科技開展了相關(guān)修補材料的研究及技術(shù)方案的制定工作，最終通過采用自研的快速固化型環(huán)氧基混凝土損傷修補材料(以下簡稱修補料)解決了該工程問題。該材料具有良好的界面粘接力和防水性能，可以避免材料二次脫落，提高結(jié)構(gòu)防水性能、避免底座板混凝土在保護層厚度不足時引起進一步凍融破壞。經(jīng)權(quán)威檢測機構(gòu)鑒定，試驗結(jié)果表明，1 厘米修補料的承載能力與4厘米砂漿承載力相當，可以實現(xiàn)在不增加結(jié)構(gòu)厚度的前提下，恢復(fù)底座板的結(jié)構(gòu)承載力。

經(jīng)過長時間的論證考察，為避免病害進一步加劇，2017年冬季，該方案正式實施。

然而，接近零下的施工溫度與試驗環(huán)境溫度相去甚遠，材料固化時間大大延長，在適當加快材料固化速度的前提下，改進施工工藝迫在眉睫。

中巖科技組織技術(shù)力量，在短時間內(nèi)研發(fā)了智能溫控模板。該模板不僅提高了材料固化階段的溫度、縮短了材料固化時間，而且可實現(xiàn)材料固化后降溫階段溫度不迅速下降，有效避免了材料高溫固化、拆除模板時溫差過大引起的溫度裂縫。目前該工程已穩(wěn)定運行兩年有余。

為地鐵“關(guān)鍵塊”修復(fù)加固

高鐵是人們差旅的好伴侶，而穿行于城市中的地鐵軌道交通則與多數(shù)人的日常生活息息相關(guān)。

截至2018年底，共有35個城市開通城軌交通運營線路185條，運營線路總長度5761.4公里，其中地下線占比63.2%、道面線占比14.4%、高架線占比22.4%。

地鐵具有節(jié)約土地資源、節(jié)約能源、通勤效率高等優(yōu)勢，但也存在建設(shè)周期長、造價高、防水災(zāi)難度大等缺點。由于大部分地鐵屬于地下工程，雖然建設(shè)之初在防水和排水設(shè)計上會開展大量工作，但在地質(zhì)基礎(chǔ)條件不理想、長期動荷載、雜散電流等因素作用和影響下，部分路段依然會出現(xiàn)混凝土裂縫及滲漏水的情況。

地鐵盾構(gòu)施工采取混凝土預(yù)制管片拼接為圓形隧道的技術(shù)，施工過程中受盾構(gòu)機抬頭等因素影響，部分K塊(Key block，也稱關(guān)鍵塊，是環(huán)形拼接過程最后插入的一塊)會出現(xiàn)隱性裂縫。經(jīng)過長期運營，裂縫逐漸擴展，存在小混凝土塊脫落風(fēng)險。

地鐵工程與高速鐵路相似，均是天窗維修養(yǎng)護制度，可使用高鐵相關(guān)修復(fù)材料及技術(shù)實現(xiàn)修復(fù)。但不同于高鐵，地鐵工程K塊通常處于隧道管片側(cè)墻或頂部，屬于高空作業(yè)。嚴格的天窗時間限制、簡單的腳手架工藝不能滿足修復(fù)需求，頂部作業(yè)對材料的流掛性提出了更高要求。特別是側(cè)墻作業(yè)時軌道升降車無法到達作業(yè)部位，只能被迫使用斜向腳手架，然而，腳手架的穩(wěn)定性和工人的人身安全又成為管理者時刻牽掛的心病。

地鐵工程的另一種病害是滲漏水。由于地質(zhì)條件不同、連接處應(yīng)力集中等原因，不同結(jié)構(gòu)形式的連接處是滲漏水較嚴重的區(qū)域和部位。

滲漏水治理通常采用修復(fù)與引排相結(jié)合的方法，使用堵漏材料進行封堵止漏、加設(shè)排水設(shè)施對水進行引流。

傳統(tǒng)封堵材料分為兩類，一類是發(fā)泡聚氨酯材料，該材料強度很低，僅限于臨時封堵，不可用于補強修復(fù)，另一類是特種水泥堵漏材料，該材料反應(yīng)速度快，但在有水環(huán)境下會持續(xù)膨脹，需要堵漏后拆除方能進行下一步施工。但兩類材料均不能實現(xiàn)對裂縫的補強修復(fù)、不能實現(xiàn)兩種結(jié)構(gòu)形式的有效連接。

依托某地鐵工程，中巖科技開展了相關(guān)材料的研發(fā)和應(yīng)用研究。這是對高鐵修復(fù)工程材料的進一步拓展。環(huán)氧基灌漿材料及修補材料被應(yīng)用于干燥裂縫修復(fù)和干燥基面粘接的可靠性已被工程界廣泛認可，但潮濕基面的粘接性能會大打折扣。

科研人員通過對固化劑進行改性，提高其對混凝土界面的浸潤性，將潮濕界面處的水分擠走，實現(xiàn)與混凝土的可靠粘接。該產(chǎn)品被應(yīng)用于隧道工程、水利工程、水下樁基墩柱等修復(fù)加固領(lǐng)域，不僅解決潮濕及水下混凝土的粘接修復(fù)問題，也成為海工工程腐蝕防護一把利劍。

中巖科技防護修復(fù)與加固團隊以水下固化環(huán)氧樹脂為基礎(chǔ)，開發(fā)了水下環(huán)氧灌漿料，該產(chǎn)品被應(yīng)用于水下玻纖套筒加固技術(shù)。玻纖套筒技術(shù)以玻纖套筒為模板，采用水下自密實可固化的環(huán)氧樹脂灌漿材料實現(xiàn)模板與混凝土基面間的有效粘接，方法簡單有效，可以避免二次腐蝕破壞，具有很好的推廣和應(yīng)用價值。

防患于未然科普任重道遠

美國學(xué)者用“五倍定律”形象地形容了防護對建筑耐久性的重要性，該理論的主要內(nèi)涵是：新建項目在鋼筋銹蝕防護方面，每節(jié)省1美元，則發(fā)現(xiàn)鋼筋銹蝕時需多追加5美元防護費用，混凝土開裂時需多追加25美元維護費用，嚴重破壞時則需多追加125美元維護費用。這一可怕的放大效應(yīng)，使得各國政府投入大量資金用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性與加固研究。

重建設(shè)、輕維護。目前，在工程建設(shè)方面，我國各部門各單位投入大量精力、物力，但工程的日常維護水平較低，且往往將有限的維護資金用于嚴重工程問題的修復(fù)加固，忽略了防患于未然以及防微杜漸的重要性。

對鋼筋混凝土腐蝕防護，工程人員通常采用涂層防腐的方法，將混凝土與腐蝕性介質(zhì)進行隔離。

近年來，工程及科研人員發(fā)現(xiàn)，混凝土為多孔吸水材質(zhì)，其與基礎(chǔ)、河流、海水接觸的環(huán)境下，無法將混凝土與水或腐蝕性介質(zhì)完全隔離。混凝土中水分在環(huán)境溫差作用下無法排除，導(dǎo)致腐蝕防護層脫空、脫落、最終導(dǎo)致防護失效。

基本不改變混凝土外觀的呼吸型產(chǎn)品被認為是混凝土防護更為理想的選擇，目前也被廣泛應(yīng)用于清水混凝土防護工程。

但中巖科技副總經(jīng)理王健坦言，技術(shù)推廣過程中，也曾遇到“涂料起碼能看見，這個看不到”這樣讓人啼笑皆非的境況。“科研人員的責(zé)任不僅僅是推動科技的進步，科學(xué)普及更是任重道遠。”(朱玉雪)

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