海洋作为高质量发展战略要地，蕴藏着重要资源，并且已经成为全球新的经济增长点。党的二十大报告中也明确指出，“发展海洋经济”“加快建设海洋强国”。
挺进深海，建设海洋强国，离不开科技创新与进步。其中，材料的创新就是加快推进海洋工程建设、守护“海洋梦”的重要方式之一。
针对海洋建设，材料领域都做了哪些创新工作？面临着何种挑战？制定了怎样的技术路线？围绕这些问题，近日在广西桂林召开的海工材料创新与工业副产石膏利用研讨会上，三十余位行业专家发表了观点。
落久水利枢纽工程 广西鱼峰集团有限公
加强耐蚀钢研发迫在眉睫
“钢铁是海洋构筑物使用量最大的材料，当前海洋环境特别是南海海域钢铁材料腐蚀触目惊心，加强高性能建筑结构用耐蚀钢及其防护技术的研究迫在眉睫。”中国工程院院士毛新平表示。
毛新平作为钢铁行业的领军人物，在题为《在海洋建筑结构用耐蚀钢及防护技术》的报告中指出，我国南海处于全球海洋腐蚀最严酷区域，普通钢材在南海挂片腐蚀试验2年即发生层状脱落。西沙群岛某港码头投用仅7个月便因钢筋混凝土严重腐蚀失效而报废。当前现有的海洋建筑结构用耐蚀钢及防护技术缺乏系统的技术体系，还远不能满足高盐雾、高湿热、强辐射的严酷海洋服役环境要求。已有的耐蚀钢板/钢筋、复合钢板和防腐涂层材料也主要是限于近海区域，无法满足深远海特别是南海严苛海洋环境的特殊服役环境需求。亟待揭示严酷海洋环境下建筑结构用钢失效机制，建立与之相适应的钢铁结构材料的成分—组织—力学性能—腐蚀性能匹配的设计准则和制备技术；亟待开展典型海水海砂环境下系列耐蚀钢筋研发，为提升混凝土结构耐久性提供支撑。
广西大学教授冯庆革同样认为，当前钢筋混凝土结构的耐久性问题已经成为工程界的普遍困扰，桥梁、道路、海运工程等结构中的钢筋腐蚀导致混凝土结构被破坏，给世界各国造成巨大的经济损失。他表示，混凝土耐久性是指其抵抗氯离子侵蚀、硫酸盐侵蚀、碳化、冻融循环、碱集料反应等各种环境破坏因素作用下的长期性能，其耐久性能均以氯离子、碱金属离子、硫酸根离子、二氧化碳等的传输有关，其中氯离子侵蚀对混凝土造成的腐蚀，导致钢筋锈蚀，是致使混凝土破坏的最主要原因。因此，研究氯盐环境下混凝土中氯离子的存在形式和分布规律意义重大。
新型无机胶凝材料迎来机遇
谈到水泥基材料当前面临的挑战，武汉理工大学副校长王发洲指出，面对深空、深地、深海、极地等领域，现有设计思路构筑的水泥基材料多相组成与结构难以在超常环境（极端温度、极端压力、高盐等）稳定存在，亟需超高性能结构材料。
“这种材料不仅要满足超常温度、超常压力、超常湿度、超常侵蚀离子浓度等超常环境，还要突破温度场和压力场制约。而开发出具有适应超常环境的超高性能无机胶凝材料设计与制备就是方向之一。”王发洲指出，超高性能无机胶凝材料可实现高强高韧结构的常温、快速制备，且融合了陶瓷的高致密晶体结构与混凝土的常温制备模式，解决了传统水泥基材料水存在带来的高孔隙率与耐久性问题。下一步，可开发系列化碳矿化材料制备与应用技术，满足装饰、保温、防护，以及特殊服役环境等应用需求，构建超高性能无机胶凝材料应用技术体系。还可进一步加快碳矿化材料产业化应用，开展企业标准、国际标准的研发。
作为无机聚合物胶凝材料，近年来地聚物材料凭借良好的力学性能、耐久性、耐火和耐热等性能，为有机聚合物和无机非金属提供了联系的桥梁。在题为《固废基地聚物材料在水利工程中的应用展望》中，北京生态修复学会秘书长于立安分享了利用大宗工业固废制备低聚物生态护岸材料所取得的成绩并指出，固废基地聚物材料在生态修复领域前景广阔。
绿色低碳、高值化利用成发展主线
作为广西首个实现稳定产业化生产42.5等级高抗硫酸盐水泥的企业，广西鱼峰集团有限公司一直致力于特种水泥研发与产业化，绿色环保建材研究开发及应用，城市污泥、城市垃圾、工业废渣无害化减量化资源化处置，不断朝着智能、低碳、环保方向转型。
谈到公司的技术发展路线，董事长杨义表示，当前较多海洋工程服役寿命短、维护成本高，造成较大社会资源损失及经济损失。在这种情况下，海洋工程的耐久性问题越来越受到关注，提高混凝土的抗海水侵蚀性是提高海工混凝土耐久性和延长使用寿命的最佳途径。
“多年来，研发团队从熟料制备、水泥制成、混凝土抗侵蚀性三个维度开展试验，历时十年成功研发出具有高抗蚀性的海工水泥，并应用于大量工程。 ”杨义说。
“研究表明，大部分工业冶炼和能源工业固废的化学成分与组成，具有水泥与混凝土原料、燃料和胶凝性的高值化功能。开发工业固废的高值化应用，不仅可节约自然资源，更能有效减少水泥混凝土材料生产的二氧化碳排放。”桂林理工大学教授陈平认为，高值化应用工业固废离不开高效超细粉磨装备技术，超细立磨产量高、能耗低、投资小、后期维护费用低，核心技术达到国际领先水平，使我国超细粉磨技术在世界范围内实现了从跟随到并跑再到引领的跨越。超细节能管磨装备技术可实现细度达到98%以上在0.1~30μm，提高产量20%~30%，节电10%~20%。
要兼具不同工程的不同需求
“海洋工程建设受地区形势、海水中离子种类与浓度、属地气候等因素影响，能快速施工且高抗蚀的胶凝材料是工程快速建设且耐久的有力保障。”中国建筑材料科学研究总院教授张文生认为，低温环境工程需要施工工艺和养护方式更加简单的材料。而快速施工用高抗蚀硫铝酸盐水泥基材料具有早期强度发挥迅速、耐久性良好且外加剂效果突出的特点。
“研究成果将提升硫铝酸盐水泥产品市场竞争力，进一步增强其国际市场话语权，显著提高海洋码头、岛礁构筑物等工程建设及低温环境工程的施工效率，实现快速施工，降低工程建设成本和维护成本，在海洋环境和低温环境等工程建设中具有广阔应用前景。”张文生说。
围绕防护需求，华南理工大学教授韦江雄指出，当前腐蚀造成的经济损失占国民GDP 3%以上，混凝土工程耐久性问题严峻。而涂料防护是提高混凝土耐久性的重要方法，不仅可以阻断环境中侵蚀性介质渗入混凝土内部，还具有施工简单方便，既可应用于新建结构，也可用于在役结构的修补等优势。而根植型有机无机复合涂层有机部分能够渗透进入到混凝土内部，在海洋环境下增强其防护性能。
针对海工胶凝材料的氯离子传输问题，青岛理工大学教授范宏分享了基于交流电原理的混凝土抗氯离子渗透性测试方法。他表示，该测量方法与电通量法有良好的相关性。评价混凝土的渗透性简便、快捷，适用于工程中对混凝土氯离子渗透性的快速评价。
为国家海洋战略提供物质保障
我国在海洋新材料领域的研发已经取得了令人瞩目的成就，在大型船舶、跨海大桥，深海潜航器、钻井平台和岛礁的建设中，国产新材料起到了支撑作用。但是，和国际上海洋强国相比，在海洋材料创新方面，我国还有很大差距。
从基础研究角度看，我国还没有形成完整的海洋新材料学科体系和专门从事海洋新材料的国家研发平台。同时，缺乏系统的海洋新材料的国家标准，在工程材料上沿用的多属西方国家的标准。
中国工程院院士、中科院宁波材料所研究员、科技委主任薛群基认为，我们要瞄准国家海洋建设开发的重大需求，在海洋新材料领域攻克高端海洋新材料，达到技术先进、质量稳定、自主可控；在有优势的材料上，形成“专精特新”的海洋新材料系列，加强知识产权保护力度，提升国内市场占有率，并支持一批新材料产业进入国际市场；在海洋防护材料和技术、信息传输材料和技术、环境治理材料和技术、海洋能源开发用材料和技术及减阻、降噪、密封等特种功能材料领域，建立新材料支撑体系；加强海洋新材料科学和技术的基础研究，研究海洋新材料的制备、材料和海洋环境的相互作用、海洋材料在使役条件下结构和性能的演化。用数字技术、纳米技术助力材料的定向设计和精准制备；加强海洋新材料创新平台的建设，加快创新人才的培养力度，建设我国独具特色的海洋新材料的学科体系。
本文原载于《中国建材报》4月17日1版
中国建材报记者：吴跃
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