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水利博士当起了混凝土“美容师” 励志做修复界阿甘

2015-08-12 09:03 网络 TF005

2015年8月12日讯,铁路公路、桥梁隧道、水利水电......凡是有混凝土的地方,就免不了要面对养护防护和裂缝修复的难题。来自清华大学水利水电系的博士生姚国友,偶然机会下做起了混凝土的“美容师”:他带领团队研发出一种基于纳米技术的混凝土养护修复剂——“佳固士”,既能做新建混凝土的“面膜”,美容滋润,抑制其裂缝的产生;又能充当已裂缝混凝土的“创可贴”,让混凝土的伤口修复如初。

 

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混凝土护理

瓜子大小淡水贝激发大灵感

说起来,这新材料的创意来源还真有些“误打误撞”。2011年进入清华大学水利系读博士后,姚国友跟随导师安雪晖做了一个有关“淡水贝”的课题。在南方某些地区的供水管道上,常常会附着着一种淡水贝,这种贝类虽然只有瓜子大小,但是繁殖能力很强,在水管内能积聚成10厘米左右的厚度,不仅影响管内水流速度,其分泌物对水管的混凝土结构还会造成一定的腐蚀作用。相关单位每年需要花费大量的人工和时间成本,对这种贝类进行清除。姚国友所在的导师课题组的任务,就是试图寻找一种新型的涂料,来减少甚至是防止这种淡水贝的附着。

为此,姚国友搜集了市场上所有的防腐蚀材料一一进行实验,正是在这个过程中,一种特殊材料偶然间进入到姚国友的视野之中:虽然它的防贝效果不明显,但是对于混凝土本身强度的提高却有着明显的改善效果。不过,遗憾的是,这种进口的防护材料非常昂贵,每平方米的价格接近100元。这个价格对于动辄上千、上万平米的混凝土工程来说,并不是个小数目。姚国友却由此得到启发,如果能破解出这种材料的配方,将其国产化,必定能将成本大大下降,那么它的市场前景不可小觑。

姚国友算了一笔账,专家预计,2015年中国混凝土新建市场将达到69亿平米,混凝土的维修市场估算为73亿平米,且逐年递增,因此混凝土表面需做养护防护的总面积为142亿平米,“如果按照30元/m2的单价计算,未来的市场容量将超过4000亿元。”

向导师汇报后,导师安雪晖对姚国友的想法极为认可。有如此广阔的市场前景,加上导师的支持。于是,“佳固士”品牌在2012年横空出世。姚国友解释说,“佳固”与“加固”谐音,显示了该材料的本质功能;同时,像“佳洁士”为牙齿保驾护航一样,“佳固士”也在为混凝土保驾护航。

实验模具堆满半间屋子

姚国友解释说,在混凝土的硬化过程中,大约只有30%的水参与水泥的水化反应,使混凝土变硬;另有70%的水会随着时间推移不断蒸发,而伴随着水汽的离开,混凝土材料的内部会留下很多小气孔,正是这些小气孔成了混凝土的“软肋”——混凝土强度的降低以及表面的裂缝都与气泡有关。

针对这一问题,传统方法多采用物理保护,即在混凝土表面上刷上一层防护涂料,施工时需要一边加热将防护材料熔化,一边涂抹,不仅效率低下、要耗费较高的人工成本,还常常治标不治本。而姚国友的混凝土养护修复“美容配方”,像浇花一样,喷洒在混凝土的表面之后,会与其中的氢氧化钙发生化学反应,生成的新物质能将水汽离开时留下的气泡填满,从而达到修复效果。此外,化学反应生成的硅酸钙,本身又是混凝土中的成分之一,不会与原本的材料发生“排异”,也就避免了热胀冷缩等不良反应的出现。

听上去不难,而实际摸索出这个美容配方,姚国友花了整整两年的时间。这两年的反复实验,让他对爱迪生发明电灯的故事有了更深的体验。“爱迪生在发明电灯时,实验灯丝材料失败了1000多次,我们这实验过程也差不多了。”实验时,姚国友需要通过测试涂了“美容液”的混凝土对水压的耐受力变化幅度,来评估不同配方“美容液”的修复效果。在这整个过程中,每次实验,从混凝土的备料、制成、到硬化养护......时间周期长达一个多月。

“你别看我挺瘦的,力气可不小,这都是练出来的。”姚国友说,单单是将备料倒进搅拌机这个过程,就直接把去健身房的钱给省下来了。除了间接健了身,姚国友戏言,自己的厨艺也长进了不少,“做菜不也是配料嘛,连我女朋友都夸我饭做得越来越好吃了。”据了解,用来实验的单个混凝土块不足一块砖大,而两年的实验累积下来,这混凝土块至少也能堆满半间实验室了。

“整个过程其实挺枯燥的。”姚国友告诉记者,除了实验,每天几乎还要拿出一半的时间来清洗制备混凝土的搅拌机。“搅拌机的叶片很多,清洗起来很麻烦,但是每天又都得用。”

不过,功夫不负有心人。两年的煎熬之后,姚国友迎来“丰收”:最终的配方实验结果显示,喷洒了“美容液”的混凝土对水压的承载力是“素颜”混凝土的3.5倍,远远高于标准规定的2倍,国产配方的某些性能甚至还要优于国外配方。整体折算下来,使用“美容液”的综合防护成本,要低于传统的物理防护。

这事儿成了。

做喷遍中国混凝土的“姚阿甘”

美容液的配方有了,姚国友在推广上却碰了不少壁。原来,这“美容液”的主要成分是硅酸钠,无色无味。本来,对于修复剂来说,无色无味无毒是件好事儿;可是无色的液体喷在混凝土的表面,其修复性能也就难以用肉眼直接观察出来。这样一来,别说用户对修复效果半信半疑了,带着“美容液”出行的姚国友经常连安检关都过不了。有一次在机场,尽管已经向安检人员提供了液体无毒的证明材料,但是安检人员仍执意不肯放行。无奈之下,姚国友只得小抿一口,来表明携带液体的无害性。

于是,姚国友不得不再次动起心思,能不能开发一种便携设备,现场就能让人直接看到“美容液”的修复效果呢?通过大量的实验数据积累,团队总结出喷洒量与混凝土内部气泡变化的对应关系,通过混凝土内部气泡的变化来揭示美容液的修复效果。未来,姚国友还希望能开发出一个手机APP,用户可以通过选择修复效果的强度,而直接实现对“美容液”喷洒量的控制。

迈向市场的第一步尽管颤颤巍巍,姚国友对未来却是信心满满。“我导师总是用阿甘来鼓励我,他说阿甘是跑遍美国,那我要喷遍中国的混凝土。免费喷100家总能拿到1个单子吧?”顺义、青海、烟台......当前,“姚阿甘”正奔赴在喷遍全国混凝土的路上,他期待这一新的材料未来能在钢筋混凝土领域大展宏图。

 

来源:北京晚报-北晚新视觉网  作者:牛伟坤

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