改革開放四十多年來，中國迎來了飛速發(fā)展的歷史機遇，一系列大規(guī)模基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)尤其是超級工程拔地而起，令世界刮目相看。由于這些超級工程建設(shè)環(huán)境復(fù)雜、施工難度巨大，攻克這些難題的過程中，也促使我國建筑領(lǐng)域的新材料新技術(shù)實現(xiàn)了一個又一個突破。

2018年10月23日開通的粵港澳大橋連接了香港、澳門和珠海，全長約55公里，被業(yè)界譽為橋梁界的“珠穆朗瑪峰”。作為一座跨海大橋，海洋氣候高鹽高濕的特點，對建筑材料有著極高的要求。

桂林理工大學(xué)材料科學(xué)工程學(xué)院 劉榮進(jìn)教授

海水中有很高的氯離子的含量，氯離子會對混凝土中的鋼筋有很強的銹蝕作用，這種銹蝕會導(dǎo)致混凝土開裂，大大縮短混凝土材料和混凝土結(jié)構(gòu)的壽命。

海洋中，還有溫差、鹽霧、海浪沖磨、干濕循環(huán)等復(fù)雜環(huán)境，會進(jìn)一步銹蝕脹裂破壞混凝土結(jié)構(gòu)，從而降低混凝土強度，導(dǎo)致材料失效，造成嚴(yán)重后果。解決這一難題的關(guān)鍵在于，研發(fā)出適應(yīng)海洋氣候的高抗蝕建筑材料。桂林理工大學(xué)材料科學(xué)工程學(xué)院在這一領(lǐng)域已經(jīng)走在了前面。

桂林理工大學(xué)材料科學(xué)工程學(xué)院 趙艷榮博士

趙博士向記者展示了水泥水化產(chǎn)物放大5000倍的形貌圖，由這些圖片可以看出水泥腐蝕前后，它的形貌結(jié)構(gòu)包括一些產(chǎn)物發(fā)生了哪些變化，有些什么新物相生成，哪些物相被溶解或者哪些物相消失了，由此可以判斷它的腐蝕性能的好壞。

研發(fā)高抗蝕建筑材料，一種思路就是讓水泥更加密實，再給鋼筋穿上“外衣”，從而阻止海水中氯離子和硫酸根離子的侵蝕。科研人員經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，高鐵低鈣水泥混凝土的結(jié)構(gòu)強度比普通水泥混凝土高出一截。

接下來如何給鋼筋穿上“外衣”呢？這就要在鋼筋涂層上做文章了。這種特制的抗蝕粉末通過靜電涂層工藝，可以在鋼筋表面形成保護(hù)膜，從而有效阻隔海水中氯離子對鋼筋的腐蝕。如此雙管齊下，海洋建筑工程的性能和使用壽命得以大為提升。

桂林理工大學(xué)土木與建筑工程學(xué)院 陳平教授

陳教授介紹道：“海洋工程建設(shè)中，包括碼頭、橋梁、機場等，我們這種材料就會起到特殊的用途，現(xiàn)在我們這個材料已經(jīng)應(yīng)用到大藤峽水電站，還有廣西防城港核電站等，下一步我們還要用到北海的跨海大橋，我們研發(fā)的這個海工材料將會大大助力我們國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、海洋經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。”

在建筑領(lǐng)域，除了找尋研發(fā)高抗蝕性材料，及時探尋發(fā)現(xiàn)腐蝕疲勞隱患，也是一個重要課題。2019年10月1日，臺灣宜蘭南方澳跨海大橋發(fā)生坍塌事故，導(dǎo)致三艘漁船被壓垮，6人重傷，4人輕傷，5人失聯(lián)。事后調(diào)查發(fā)現(xiàn)，大橋坍塌是因橋梁拉索被腐蝕產(chǎn)生疲勞斷裂所導(dǎo)致。橋梁拉索是拱橋、懸索橋等索承結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵傳力構(gòu)件，是橋梁的生命線，其耐久性與可靠性直接關(guān)系到橋梁的安全運行與使用壽命。

廣西漢西鳴科技有限責(zé)任公司 黃家柱副總經(jīng)理

黃經(jīng)理向記者展示了傳統(tǒng)的壓力環(huán)傳感器，它是目前常用在橋梁拉索上面監(jiān)測索力的一種傳感器，在惡劣的使用環(huán)境和惡劣的天氣下，對它的長期監(jiān)測影響很大。

傳統(tǒng)的拉索受力監(jiān)測方法由于外掛傳感器本身存在各種不足，很難組成在線監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行可靠監(jiān)測。為保險起見，很多橋梁的拉索會在使用壽命時限前被提早更換，這不僅造成資源浪費，也增加了橋梁的管護(hù)成本。

那么，如何才能科學(xué)有效地監(jiān)測橋梁拉索的狀態(tài)呢？來自桂林理工大學(xué)的科研團(tuán)隊苦心研究，終于找到了創(chuàng)新升級的方向。

桂林理工大學(xué)土木與建筑工程學(xué)院 覃荷瑛教授

覃教授介紹道：“傳感光纖是由兩部分組成，一個是光纖，還有一個是光纖上面的光柵。光纖特別能夠抗拉力，很強的拉力它都拉不斷的。我們就把這個光纖嵌到橋梁拉索中去，能夠解決我們現(xiàn)在遇到的最大難題。”

此外，光纖光柵傳感器還有抗電磁干擾、耐腐蝕、化學(xué)性能穩(wěn)定、傳輸及熔接損耗小、體積小、重量輕、傳輸容量大、電絕緣性能好等優(yōu)點，把刻有傳感光柵的光纖和鋼絞線的中心絲進(jìn)行耦合，這樣的鋼絞線就可以制成自感知的橋梁智慧拉索，其內(nèi)部的光纖光柵通過光傳輸數(shù)據(jù)，實現(xiàn)受力和傳感一體化，精準(zhǔn)監(jiān)測拉索內(nèi)部受力狀態(tài)。可以說是，四兩撥千斤。

經(jīng)過半年的攻堅克難，桂林理工大學(xué)的科研團(tuán)隊終于可以讓光纖光柵跟蹤監(jiān)測到鋼絞線臨近屈服甚至斷裂的時刻，這個技術(shù)在國內(nèi)也是首次能夠做到這一點。

桂林理工大學(xué)土木與建筑工程學(xué)院 劉豐榮研究生

劉豐榮研究生介紹了他們研發(fā)的智慧拉索，它是通過光信號采集數(shù)據(jù)，然后通過現(xiàn)場布置的采集儀，將現(xiàn)場的光信號傳輸?shù)皆贫藬?shù)據(jù)庫，之后技術(shù)人員在客戶數(shù)據(jù)段進(jìn)行分析，然后再展現(xiàn)給業(yè)主和管理部門，他們就可以一目了然地了解橋梁的安全情況。我們也可以隨時隨通過手機端、電腦端對橋梁的狀態(tài)進(jìn)行查詢。

橋梁智慧拉索

橋梁智慧拉索就是在傳統(tǒng)構(gòu)件中植入高科技光纖，升級為自感知元件，實現(xiàn)受力和傳感一體化，再通過數(shù)據(jù)采集、無線傳輸、智能診斷系統(tǒng)，可對橋梁拉鎖工作狀態(tài)實現(xiàn)實時跟蹤，科學(xué)決策，延長使用壽命。這個技術(shù)也讓廣西在錨具、拉索行業(yè)擁有領(lǐng)先地位。