通訊員 趙琳琳 科技日報記者 李麗云
(相關資料圖)
“牡蠣海底大作戰”這個只在科幻片出現的片段，如今竟真的在哈爾濱工程大學（以下簡稱哈工程）學子手中實現了！
6月8日是第15個世界海洋日，主題是“保護海洋生態系統 人與自然和諧共生”。日前，哈工程一支學生科創團隊為保護海洋環境、推進“雙碳”目標，研發出一款全球首創的誘導型涂料，被行業專家稱為“一項顛覆傳統認知的海洋工程防腐技術”。他們讓海洋生物變身“海洋衛士”保護海岸工程，同時也保衛著海洋生態環境。
致密附著牡蠣的混凝土試件。
“利用海洋生物‘變身’防腐涂料，促進海洋生態修復，減少碳排放，甚至負碳排放的目標，是我們項目最具特色的創新點。”該團隊隊長、哈工程航建學院研三學生黃建濤說。
指導老師與團隊成員參加互聯網＋集訓營。
在哈工程航建學院呂建福、高明和中國科學院海洋研究所許飛3位老師指導下，航建學院黃建濤、徐成偉、沈美棲、楊千樂、郭靖祎以及經管學院、中科院海洋所等跨學院、校內外聯合的12名學生完成的《海洋保衛者——重防腐與生態修復一體化海洋工程涂料》項目，將海洋生物與防腐涂料相結合，大幅度提升海洋工程耐久性的同時，多方面改善海洋生態環境，該項目曾獲第十三屆“挑戰杯”中國大學生創業計劃競賽銅獎。
小“牡蠣”大用處 開啟防腐新思路
指導教師對團隊進行輔導。
“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。團隊成員都是哈工程“混凝土俱樂部”成員。2017年，在呂建福老師帶領下，團隊成員前往山東青島進行實際工程考察，發現青島市南區海域棧橋附近的一些工程建筑，存在嚴重的鋼筋混凝土腐蝕情況。
“海水中含有大量氯離子，當滲透進混凝土中的氯離子達到一定濃度，會破壞鋼筋鈍化膜，引起局部鋼筋銹蝕，產生的鐵銹會進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。”呂建福作出判斷。繼多處考察后，同學們發現海域附近附著有牡蠣的工程結構很少出現鋼筋銹蝕情況，經過現場取樣，并帶回學校實驗室檢測后發現，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，“要是能有一種可以把牡蠣誘導附著在表面的材料，應用到鋼筋混凝土工程表面就好了……”這個設想得到指導教師的肯定。
“那就開發一種誘導牡蠣附著的涂料吧，吸附的牡蠣就能減弱海水對工程結構的腐蝕。”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，開發新型的水泥基涂料，可能會帶來較高的成本。”高明提醒同學們。
“涂料這種形式確實比較合適，普通硅酸鹽水泥凝結時間長達數個小時，強度增長慢，很有可能強度未漲潮汐先漲。”
“樹脂固化快，節約時間，但是，有水就沒法固化呀。”
……
在老師指導下，團隊定下科研目標，經過認真調研、查閱文獻，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分鐘內硬化。團隊決定就用硫鋁酸鹽水泥作為涂料主體，進一步進入誘導性涂料開發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’，這是過往文獻對牡蠣類海洋生物的判斷，更沒有其他變害為寶的相關文獻可參考，這項研究幾乎是顛覆性的，過程的艱難可想而知。”團隊成員介紹。
“創新是一條未知的道路，但是我們堅信方向對了，就一定能夠成功。”團隊成員表示。要使更多的牡蠣附著在防腐涂料上，開發出合適的誘導劑是關鍵一步。在呂建福帶領下，同學們前往中國科學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余種誘導劑進一步試驗，每一種誘導劑均需要測試對涂料強度、抗滲性、黏結力、凝結時間的影響，在保證誘導劑對涂料性能的負面影響可控前提下，進行牡蠣在實驗室、實海環境附著試驗，驗證涂料對牡蠣的誘導能力。
試驗過程中，出現了很多大家意想不到的情況，如某些誘導劑可以顯著提高牡蠣附著數量，但涂料強度、流動性會大幅降低；有些誘導劑會大幅度延緩涂料固化時間，需要進一步改良誘導劑的性能才能實現目標。
準備出發，開展實海試驗。
為驗證涂料對牡蠣的誘導能力，黃建濤和徐德海等6人先后在青島進行了近3個月的牡蠣幼蟲附著試驗。試驗現場沒有現成的試驗設施，一切都需要自己動手解決，繁瑣的水池搭建、牡蠣幼蟲損失、水池氧氣供應不足、海水溫度不夠……各種意想不到的問題出現，經歷一次次試驗失敗，但團隊成員從未放棄。
經過三年不懈努力，團隊終于開發出重防腐與生態修復一體化海洋工程涂料。涂料中含有自主開發的誘導劑，能促進海洋中的牡蠣幼蟲在工程結構表面附著生長，形成致密保護層達到防腐目的。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、優化海洋環境等功能，該產品具有很高的生態修復價值。
“海洋衛士”盡其責 保衛海洋生態作貢獻
團隊實海涂抹涂料。
“任何事物都有其兩面性，而創新的意義在于將不可能變為可能，讓事物發揮出其有益于人類、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，研發的新型涂料具有高效率防腐、生態修復和零甲醛排放的特點。并且牡蠣具有群聚效應，涂有該款涂料的海工建筑抵抗腐蝕能力不會減弱反而會隨之逐步增長。該涂料不僅不含污染環境的甲醛等揮發性有機物，還能實現一定的固碳能力，大大降低總碳排放，真正實現“高耐久與生態修復一體化”。
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構建筑以及生態海岸的建設都可以使用該涂料，實現海岸工程50年以上服役壽命，修復局部海洋生態的目標。近年來，團隊積極對接海岸工程相關項目，讓“海洋衛士”真正發揮作用，保衛海洋生態環境。
團隊成員希望：“這項技術能夠在投入應用后實現對海洋環境的保護，并為全球海洋潮差區鋼筋混凝土防腐技術進步作出貢獻。”
哈工程混凝土俱樂部學生社團以敢為必成、開放合作的創新理念，真刀真槍開展創新實踐，讓牡蠣軍團變身“海洋衛士”，讓青春在服務海洋生態保護與“雙碳”目標中綻放灼灼光彩。
（哈工程供圖）
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