通訊員 趙琳琳 科技日報記者 李麗云
(相關(guān)資料圖)
“牡蠣海底大作戰(zhàn)”這個只在科幻片出現(xiàn)的片段，如今竟真的在哈爾濱工程大學(xué)（以下簡稱哈工程）學(xué)子手中實現(xiàn)了！
6月8日是第15個世界海洋日，主題是“保護海洋生態(tài)系統(tǒng) 人與自然和諧共生”。日前，哈工程一支學(xué)生科創(chuàng)團隊為保護海洋環(huán)境、推進“雙碳”目標，研發(fā)出一款全球首創(chuàng)的誘導(dǎo)型涂料，被行業(yè)專家稱為“一項顛覆傳統(tǒng)認知的海洋工程防腐技術(shù)”。他們讓海洋生物變身“海洋衛(wèi)士”保護海岸工程，同時也保衛(wèi)著海洋生態(tài)環(huán)境。
致密附著牡蠣的混凝土試件。
“利用海洋生物‘變身’防腐涂料，促進海洋生態(tài)修復(fù)，減少碳排放，甚至負碳排放的目標，是我們項目最具特色的創(chuàng)新點?！痹搱F隊隊長、哈工程航建學(xué)院研三學(xué)生黃建濤說。
指導(dǎo)老師與團隊成員參加互聯(lián)網(wǎng)＋集訓(xùn)營。
在哈工程航建學(xué)院呂建福、高明和中國科學(xué)院海洋研究所許飛3位老師指導(dǎo)下，航建學(xué)院黃建濤、徐成偉、沈美棲、楊千樂、郭靖祎以及經(jīng)管學(xué)院、中科院海洋所等跨學(xué)院、校內(nèi)外聯(lián)合的12名學(xué)生完成的《海洋保衛(wèi)者——重防腐與生態(tài)修復(fù)一體化海洋工程涂料》項目，將海洋生物與防腐涂料相結(jié)合，大幅度提升海洋工程耐久性的同時，多方面改善海洋生態(tài)環(huán)境，該項目曾獲第十三屆“挑戰(zhàn)杯”中國大學(xué)生創(chuàng)業(yè)計劃競賽銅獎。
小“牡蠣”大用處 開啟防腐新思路
指導(dǎo)教師對團隊進行輔導(dǎo)。
“從沒想過我們這些研究混凝土材料的會跟海洋生物打上交道……”黃建濤笑著說。團隊成員都是哈工程“混凝土俱樂部”成員。2017年，在呂建福老師帶領(lǐng)下，團隊成員前往山東青島進行實際工程考察，發(fā)現(xiàn)青島市南區(qū)海域棧橋附近的一些工程建筑，存在嚴重的鋼筋混凝土腐蝕情況。
“海水中含有大量氯離子，當滲透進混凝土中的氯離子達到一定濃度，會破壞鋼筋鈍化膜，引起局部鋼筋銹蝕，產(chǎn)生的鐵銹會進一步降低鋼筋混凝土的抗腐蝕性能?！眳卫蠋煾嬖V大家。
“牡蠣也許能大大降低海水對鋼筋混凝土的腐蝕?！眳谓ǜＷ鞒雠袛?。繼多處考察后，同學(xué)們發(fā)現(xiàn)海域附近附著有牡蠣的工程結(jié)構(gòu)很少出現(xiàn)鋼筋銹蝕情況，經(jīng)過現(xiàn)場取樣，并帶回學(xué)校實驗室檢測后發(fā)現(xiàn)，牡蠣附著能將混凝土抗氯離子滲透的性能提升3倍以上。黃建濤大膽假設(shè)，“要是能有一種可以把牡蠣誘導(dǎo)附著在表面的材料，應(yīng)用到鋼筋混凝土工程表面就好了……”這個設(shè)想得到指導(dǎo)教師的肯定。
“那就開發(fā)一種誘導(dǎo)牡蠣附著的涂料吧，吸附的牡蠣就能減弱海水對工程結(jié)構(gòu)的腐蝕。”徐德海和張亞杰不約而同地提出來。
“普通的水泥砂漿表面牡蠣附著往往較少，不能滿足防腐需求，開發(fā)新型的水泥基涂料，可能會帶來較高的成本?！备呙魈嵝淹瑢W(xué)們。
“涂料這種形式確實比較合適，普通硅酸鹽水泥凝結(jié)時間長達數(shù)個小時，強度增長慢，很有可能強度未漲潮汐先漲?！?/p>
“樹脂固化快，節(jié)約時間，但是，有水就沒法固化呀?！?/p>
……
在老師指導(dǎo)下，團隊定下科研目標，經(jīng)過認真調(diào)研、查閱文獻，決定采用一種叫硫鋁酸鹽的低碳水泥，其碳排放為普通水泥的三分之一，且能在20分鐘內(nèi)硬化。團隊決定就用硫鋁酸鹽水泥作為涂料主體，進一步進入誘導(dǎo)性涂料開發(fā)及涂料性能測試等階段。
牡蠣變害為寶，這個“變身”有點難
“對海洋工程、艦船裝備而言，‘百害而無一利’，這是過往文獻對牡蠣類海洋生物的判斷，更沒有其他變害為寶的相關(guān)文獻可參考，這項研究幾乎是顛覆性的，過程的艱難可想而知?！眻F隊成員介紹。
“創(chuàng)新是一條未知的道路，但是我們堅信方向?qū)α?，就一定能夠成功。”團隊成員表示。要使更多的牡蠣附著在防腐涂料上，開發(fā)出合適的誘導(dǎo)劑是關(guān)鍵一步。在呂建福帶領(lǐng)下，同學(xué)們前往中國科學(xué)院海洋研究所拜訪了諸多專家，查閱了大量資料，并從中篩選出10余種誘導(dǎo)劑進一步試驗，每一種誘導(dǎo)劑均需要測試對涂料強度、抗?jié)B性、黏結(jié)力、凝結(jié)時間的影響，在保證誘導(dǎo)劑對涂料性能的負面影響可控前提下，進行牡蠣在實驗室、實海環(huán)境附著試驗，驗證涂料對牡蠣的誘導(dǎo)能力。
試驗過程中，出現(xiàn)了很多大家意想不到的情況，如某些誘導(dǎo)劑可以顯著提高牡蠣附著數(shù)量，但涂料強度、流動性會大幅降低；有些誘導(dǎo)劑會大幅度延緩?fù)苛瞎袒瘯r間，需要進一步改良誘導(dǎo)劑的性能才能實現(xiàn)目標。
準備出發(fā)，開展實海試驗。
為驗證涂料對牡蠣的誘導(dǎo)能力，黃建濤和徐德海等6人先后在青島進行了近3個月的牡蠣幼蟲附著試驗。試驗現(xiàn)場沒有現(xiàn)成的試驗設(shè)施，一切都需要自己動手解決，繁瑣的水池搭建、牡蠣幼蟲損失、水池氧氣供應(yīng)不足、海水溫度不夠……各種意想不到的問題出現(xiàn)，經(jīng)歷一次次試驗失敗，但團隊成員從未放棄。
經(jīng)過三年不懈努力，團隊終于開發(fā)出重防腐與生態(tài)修復(fù)一體化海洋工程涂料。涂料中含有自主開發(fā)的誘導(dǎo)劑，能促進海洋中的牡蠣幼蟲在工程結(jié)構(gòu)表面附著生長，形成致密保護層達到防腐目的。同時，由于牡蠣的濾食作用，因而具有凈化水體、降低二氧化碳排放、優(yōu)化海洋環(huán)境等功能，該產(chǎn)品具有很高的生態(tài)修復(fù)價值。
“海洋衛(wèi)士”盡其責(zé) 保衛(wèi)海洋生態(tài)作貢獻
團隊實海涂抹涂料。
“任何事物都有其兩面性，而創(chuàng)新的意義在于將不可能變?yōu)榭赡?，讓事物發(fā)揮出其有益于人類、有益于自然的一面?！秉S建濤說。項目利用牡蠣附著性強的生物特性，研發(fā)的新型涂料具有高效率防腐、生態(tài)修復(fù)和零甲醛排放的特點。并且牡蠣具有群聚效應(yīng)，涂有該款涂料的海工建筑抵抗腐蝕能力不會減弱反而會隨之逐步增長。該涂料不僅不含污染環(huán)境的甲醛等揮發(fā)性有機物，還能實現(xiàn)一定的固碳能力，大大降低總碳排放，真正實現(xiàn)“高耐久與生態(tài)修復(fù)一體化”。
實海實驗涂抹涂料后的附著效果圖。
碼頭、跨海大橋等海底工程結(jié)構(gòu)建筑以及生態(tài)海岸的建設(shè)都可以使用該涂料，實現(xiàn)海岸工程50年以上服役壽命，修復(fù)局部海洋生態(tài)的目標。近年來，團隊積極對接海岸工程相關(guān)項目，讓“海洋衛(wèi)士”真正發(fā)揮作用，保衛(wèi)海洋生態(tài)環(huán)境。
團隊成員希望：“這項技術(shù)能夠在投入應(yīng)用后實現(xiàn)對海洋環(huán)境的保護，并為全球海洋潮差區(qū)鋼筋混凝土防腐技術(shù)進步作出貢獻?！?/p>
哈工程混凝土俱樂部學(xué)生社團以敢為必成、開放合作的創(chuàng)新理念，真刀真槍開展創(chuàng)新實踐，讓牡蠣軍團變身“海洋衛(wèi)士”，讓青春在服務(wù)海洋生態(tài)保護與“雙碳”目標中綻放灼灼光彩。
（哈工程供圖）
關(guān)鍵詞：
