通訊員 趙琳琳 科技日?qǐng)?bào)記者 李麗云

(資料圖)

“牡蠣海底大作戰(zhàn)”這個(gè)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(jiǎn)稱哈工程）學(xué)子手中實(shí)現(xiàn)了！

6月8日是第15個(gè)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(duì)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(xiàng)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(shí)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(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(xiàng)目最具特色的創(chuàng)新點(diǎn)。”該團(tuán)隊(duì)隊(duì)長(zhǎng)、哈工程航建學(xué)院研三學(xué)生黃建濤說(shuō)。

指導(dǎo)老師與團(tuán)隊(duì)成員參加互聯(lián)網(wǎng)＋集訓(xùn)營(yíng)。

在哈工程航建學(xué)院呂建福、高明和中國(guó)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(lè)、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(xiàng)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(shí)，多方面改善海洋生態(tài)環(huán)境，該項(xiàng)目曾獲第十三屆“挑戰(zhàn)杯”中國(guó)大學(xué)生創(chuàng)業(yè)計(jì)劃競(jìng)賽銅獎(jiǎng)。

小“牡蠣”大用處 開(kāi)啟防腐新思路

指導(dǎo)教師對(duì)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行輔導(dǎo)。

“從沒(méi)想過(guò)我們這些研究混凝土材料的會(huì)跟海洋生物打上交道……”黃建濤笑著說(shuō)。團(tuán)隊(duì)成員都是哈工程“混凝土俱樂(lè)部”成員。2017年，在呂建福老師帶領(lǐng)下，團(tuán)隊(duì)成員前往山東青島進(jìn)行實(shí)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(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(huì)破壞鋼筋鈍化膜，引起局部鋼筋銹蝕，產(chǎn)生的鐵銹會(huì)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(duì)鋼筋混凝土的腐蝕。”呂建福作出判斷。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(guò)現(xiàn)場(chǎng)取樣，并帶回學(xué)校實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)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(gè)設(shè)想得到指導(dǎo)教師的肯定。

“那就開(kāi)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(duì)工程結(jié)構(gòu)的腐蝕。”徐德海和張亞杰不約而同地提出來(lái)。

“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(kāi)發(fā)新型的水泥基涂料，可能會(huì)帶來(lái)較高的成本。”高明提醒同學(xué)們。

“涂料這種形式確實(shí)比較合適，普通硅酸鹽水泥凝結(jié)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)數(shù)個(gè)小時(shí)，強(qiáng)度增長(zhǎng)慢，很有可能強(qiáng)度未漲潮汐先漲。”

“樹(shù)脂固化快，節(jié)約時(shí)間，但是，有水就沒(méi)法固化呀。”

……

在老師指導(dǎo)下，團(tuán)隊(duì)定下科研目標(biāo)，經(jīng)過(guò)認(rèn)真調(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(duì)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(kāi)發(fā)及涂料性能測(cè)試等階段。

牡蠣變害為寶，這個(gè)“變身”有點(diǎn)難

“對(duì)海洋工程、艦船裝備而言，‘百害而無(wú)一利’，這是過(guò)往文獻(xiàn)對(duì)牡蠣類海洋生物的判斷，更沒(méi)有其他變害為寶的相關(guān)文獻(xiàn)可參考，這項(xiàng)研究幾乎是顛覆性的，過(guò)程的艱難可想而知。”團(tuán)隊(duì)成員介紹。

“創(chuàng)新是一條未知的道路，但是我們堅(jiān)信方向?qū)α耍鸵欢軌虺晒Α！眻F(tuán)隊(duì)成員表示。要使更多的牡蠣附著在防腐涂料上，開(kāi)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(guó)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(yàn)，每一種誘導(dǎo)劑均需要測(cè)試對(duì)涂料強(qiáng)度、抗?jié)B性、黏結(jié)力、凝結(jié)時(shí)間的影響，在保證誘導(dǎo)劑對(duì)涂料性能的負(fù)面影響可控前提下，進(jìn)行牡蠣在實(shí)驗(yàn)室、實(shí)海環(huán)境附著試驗(yàn)，驗(yàn)證涂料對(duì)牡蠣的誘導(dǎo)能力。

試驗(yàn)過(guò)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(qiáng)度、流動(dòng)性會(huì)大幅降低；有些誘導(dǎo)劑會(huì)大幅度延緩?fù)苛瞎袒瘯r(shí)間，需要進(jìn)一步改良誘導(dǎo)劑的性能才能實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。

準(zhǔn)備出發(fā)，開(kāi)展實(shí)海試驗(yàn)。

為驗(yàn)證涂料對(duì)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(gè)月的牡蠣幼蟲(chóng)附著試驗(yàn)。試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有現(xiàn)成的試驗(yàn)設(shè)施，一切都需要自己動(dòng)手解決，繁瑣的水池搭建、牡蠣幼蟲(chóng)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(wèn)題出現(xiàn)，經(jīng)歷一次次試驗(yàn)失敗，但團(tuán)隊(duì)成員從未放棄。

經(jīng)過(guò)三年不懈努力，團(tuán)隊(duì)終于開(kāi)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(kāi)發(fā)的誘導(dǎo)劑，能促進(jìn)海洋中的牡蠣幼蟲(chóng)在工程結(jié)構(gòu)表面附著生長(zhǎng)，形成致密保護(hù)層達(dá)到防腐目的。同時(shí)，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(jià)值。

“海洋衛(wèi)士”盡其責(zé) 保衛(wèi)海洋生態(tài)作貢獻(xiàn)

團(tuán)隊(duì)實(shí)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(shuō)。項(xiàng)目利用牡蠣附著性強(qiáng)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(diǎn)。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(huì)減弱反而會(huì)隨之逐步增長(zhǎng)。該涂料不僅不含污染環(huán)境的甲醛等揮發(fā)性有機(jī)物，還能實(shí)現(xiàn)一定的固碳能力，大大降低總碳排放，真正實(shí)現(xiàn)“高耐久與生態(tài)修復(fù)一體化”。

實(shí)海實(shí)驗(yàn)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(shí)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(lái)，團(tuán)隊(duì)積極對(duì)接海岸工程相關(guān)項(xiàng)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(duì)成員希望：“這項(xiàng)技術(shù)能夠在投入應(yīng)用后實(shí)現(xiàn)對(duì)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)步作出貢獻(xiàn)。”

哈工程混凝土俱樂(lè)部學(xué)生社團(tuán)以敢為必成、開(kāi)放合作的創(chuàng)新理念，真刀真槍開(kāi)展創(chuàng)新實(shí)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”目標(biāo)中綻放灼灼光彩。

（哈工程供圖）

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