全球首創(chuàng)！哈工程團(tuán)隊讓牡蠣軍團(tuán)變身“海洋衛(wèi)士”！

2023-06-10 05:13:17來源：黑龍江網(wǎng)

“牡蠣海底大作戰(zhàn)”這個只在科幻片中出現(xiàn)的片段，如今竟真的在哈工程學(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(hù)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(tuán)隊為保護(hù)海洋環(huán)境、推進(jìn)“雙碳”目標(biāo)，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(rèn)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(hù)海岸工程，同時也保衛(wèi)著海洋生態(tài)環(huán)境。

(資料圖片)

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(jìn)海洋生態(tài)修復(fù)，減少碳排放、甚至負(fù)碳排放的目標(biāo)，是我們項目最具特色的創(chuàng)新點。”團(tuán)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(tuán)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，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、多方面地改善海洋生態(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。

小小“牡蠣”大用處開啟防腐新思路

指導(dǎo)教師對團(tuán)隊進(jìn)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(tuán)隊成員都是學(xué)校“混凝土俱樂部”的成員， 2017年，在呂建福老師帶領(lǐng)下，團(tuán)隊成員前往山東青島進(jìn)行實際工程考察，發(fā)現(xiàn)市南區(qū)海域棧橋附近的一些工程建筑，存在嚴(yán)重的鋼筋混凝土腐蝕情況。

“海水中含有大量氯離子，當(dāng)滲透進(jìn)混凝土中的氯離子達(dá)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(jìn)一步降低鋼筋混凝土的抗腐蝕性能。”呂老師告訴大家。

“牡蠣也許能大大降低海水對鋼筋混凝土的腐蝕。”呂建福做出判斷。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。黃建濤大膽地假設(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。”高明提醒同學(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(dá)數(shù)個小時，強度增長慢，很有可能強度未漲潮汐先漲。”

“樹脂固化快，節(jié)約時間，但是，有水就沒法固化呀。”

……

在老師的指導(dǎo)下，團(tuán)隊定下科研目標(biāo)，經(jīng)過認(rèn)真的調(diào)研、查閱文獻(xiàn)，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(tuán)隊決定就用硫鋁酸鹽水泥作為涂料主體，進(jìn)一步進(jìn)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(xiàn)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(xiàn)可參考，這項研究幾乎是顛覆性的，過程的艱難可想而知。

“創(chuàng)新是一條未知的道路，但是我們堅信方向?qū)α耍鸵欢軌虺晒Α！眻F(tuán)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)鍵的一步。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(jìn)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、粘結(jié)力、凝結(jié)時間的影響，在保證誘導(dǎo)劑對涂料性能的負(fù)面影響可控前提下，進(jìn)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(jìn)一步改良誘導(dǎo)劑的性能才能實現(xiàn)目標(biāo)。

準(zhǔn)備出發(fā)實海試驗

為了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(jìn)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，水池搭建的繁瑣、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，經(jīng)歷試驗一次次失敗，但團(tuán)隊成員從未放棄。

經(jīng)過三年的不懈努力，團(tuán)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(jìn)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(hù)層達(dá)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)做貢獻(xiàn)

團(tuán)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)榭赡埽屖挛锇l(fā)揮出其有益于人類，有益于自然的一面。”黃建濤說，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重防腐、生態(tài)修復(fù)和零甲醛排放。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(biāo)。近年來，團(tuán)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(tuán)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(hù)，并為全球海洋潮差區(qū)鋼筋混凝土防腐技術(shù)進(jìn)步做出貢獻(xiàn)。”

哈工程混凝土俱樂部學(xué)生社團(tuán)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(tuán)變身“海洋衛(wèi)士”，讓青春在服務(wù)海洋生態(tài)保護(hù)與“雙碳”戰(zhàn)略中綻放灼灼光彩。

世界海洋日對于熱愛海洋、謀海濟國的哈工程學(xué)子來說有著尋常的意義，學(xué)校海洋文化館、船舶學(xué)院舉辦了系列特色活動。同學(xué)們在海洋文化館，通過VR設(shè)施登上遼寧艦親自體驗駕駛的樂趣。

同學(xué)們還參加了海洋知識競答、探館尋寶等活動，既增長了知識又開闊了視野，對海洋的了解和熱愛進(jìn)一步加深了。6月7日，第八屆全國涉海高校海洋慢跑公益活動在哈爾濱工程大學(xué)奧列霍夫廣場舉辦。活動將強健體魄與增長海洋文化知識的知識問答相結(jié)合，同學(xué)們以昂揚向上的風(fēng)采迎接世界海洋日的到來。（趙琳琳記者徐楠）

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