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《建材工业科技发展动态》2019年第10期 海洋工程用水泥基材料 研究与应用进展

发布时间:2020-08-24 15:26:26 来源:

建筑材料工业技术情报研究所/建筑材料工业技术监督研究中心
《建材工业科技发展动态》2019年第10期
报告编号:CBMI-I-2019-10

海洋工程用水泥基材料研究与应用进展
撰稿人:汪智勇 杨莉 齐冬有 宁夏 何昌毓

目  录
一、前言 1
二、海洋环境及其与水泥基材料的作用 3
(一)海水与我国海域海洋环境 3
1、海水特征 3
2、我国海域海洋环境特点 4
(二)海洋环境下服役的水泥基材料研究的历史与启示 5
(三)海洋环境对水泥基材料的破坏作用 6
1、化学侵蚀 7
2、物理破坏 10
3、生物侵蚀 11
(四)海洋环境下水泥基材料侵蚀破坏研究举例 12
(五)影响海工水泥基材料耐久性能的主要因素 13
1、胶凝材料的组成 13
2、辅助性胶凝材料 16
3、辅助性胶凝材料 16
4、其他 18
三、海洋工程用水泥研究进展 18
(一)硅酸盐类海工水泥 18
(二)硫(铁)铝酸盐水泥 21
(三)其他水泥 24
1、铝酸盐水泥 24
2、超硫酸盐水泥 25
四、海洋地材在海工水泥基材料中应用进展 26
(一)海砂 26
1、国内外使用情况 26
2、海砂的特点 27
3、海砂净化技术 27
(二)珊瑚礁 28
1、珊瑚礁的特征 29
2、国内外研究现状 29
3、展望 30
(三)海水 30
1、海水直接拌合 31
2、海水淡化应用 31
五、海洋工程用水泥基材料标准规范 32
(一)海洋工程用水泥 35
(二)辅助性胶凝材料 37
(三)其他 39
1、化学外加剂 39
2、骨料 40
3、拌合水 41
六、主要类型的海洋工程水泥基材料 41
(一)海工素混凝土 42
(二)海工钢筋混凝土 42
(三)海工轻骨料混凝土 43
(四)其他海工水泥基材料 44
七、海工水泥基材料应用案例 44
(一)港珠澳大桥 44
(二)加拿大联邦大桥 47
(三)防浪堤工程 48
八、海工水泥基材料发展方向展望 49
(一)高耐海水腐蚀特种水泥的研究与应用 50
(二)新型非金属耐腐蚀加强筋的研究与应用 50
(三)海工水泥基修复材料的研究开发 51
参考文献 52



海洋工程用水泥基材料研究与应用进展
一、前言

发展海洋战略,建设海洋强国是十八大提出的发展新思路。习近平总书记在党的十九大报告中再次要求“加快建设海洋强国”,为发展海洋战略再一次吹响了号角。我国拥有超过18000km的海岸线和5000余座海岛,是名副其实的海洋大国。加强海洋工程建设,发展海洋经济是我国重要的经济增长方向。根据中国海洋工程咨询协会发布的《2017中国海洋工程年报》显示[1],2002年至2017年,我国海洋工程数量保持快速增长的势头(图1和图2),2017年全国海洋工程累计数量高达18000余项。仅2017年,全国新增海洋工程866项,其中渤海海域新增海洋工程291项,占全国海洋工程新增数量的33.6%;黄海海域新增海洋工程111项,占全国海洋工程新增数量的12.8%;东海海域新增海洋工程301项,占全国海洋工程新增数量的38.4%;南海海域新增海洋工程163项,占全国海洋工程新增数量的18.8%。新增海洋工程中以渔业设施工程和港口工程为主(图3)。在2017年新增的海洋工程中,有全国重大工程22项,总投资估算额高达1257.76亿元。由此可见,我国海洋工程建设正处于高速发展期,可以预见,在今后相当长的一段时期内,我国乃至全世界海洋工程建设仍将处于高速发展和大规模建设阶段。



图1 2002~2017年海洋工程累计数量



图2 2002~2017年新增海洋工程数量变化趋势



图3 2017年各类型新增海洋工程数量占比
材料是人类赖以生存和发展的物质基础,是支撑海洋工程建设的物质基础,发展先进海洋工程材料,做到“材料先行”已是刻不容缓。水泥混凝土材料作为最大宗的人造材料,其凭借成本低廉、可施工性能佳、耐久性优异等突出的性能特点,是工程建设中使用最广泛的材料。在海洋工程建设中,水泥混凝土材料同样也是应用最为广泛的工程材料。在我国乃至全球海洋工程建设的高速发展阶段,对海洋工程材料尤其是水泥基海洋工程材料的需求也非常巨大,海洋工程水泥基材料具有非常广阔的市场前景。
海洋环境是最为恶劣的自然腐蚀性环境,对在其中服役的工程材料有着非常严重的腐蚀破坏作用。历史经验告诉我们,普通水泥基材料暴露在海洋环境下仅数年时间便受到严重的腐蚀破坏,甚至危及结构安全。因此,用于海洋工程建设的水泥基材料必须是高抗海水腐蚀的材料,并且采取多重防腐蚀和提高耐久性的措施,才能保障海洋工程的高耐久和长寿命。此外,海洋工程往往大陆边缘或远离大陆,物资、淡水资源匮乏,若使用传统的建筑材料进行远海工程施工,不仅存在着海上运输任务艰巨、运输成本过高的问题。因此,就地取材,合理利用海洋地材资源在海洋工程建设尤其是离岸海洋工程建设中十分必要。
本文结合国内外文献资料及水泥基材料在国内外海洋工程建筑物建设和使用中的具体情况,综述了水泥基材料在海工领域的研究和应用情况,并就水泥基材料在海洋工程领域的重点研究方向及关键技术提出建议,为我国混凝土材料在海洋工程领域的应用技术研究及发展提供参考。