我国既有建筑物及构筑物存量巨大且发展迅速，现存民用建筑近700亿平方米，桥梁45万座，高铁营业里程2.9万公里以上，公路总里程484.65万公里，全国港口拥有万吨级及以上泊位2444个，民用航空机场235个，各类水库98795座，其中大型水库732座，各类防堤30.6万公里，水闸10万余座。

    纵观世界各国建筑业发展趋势，建筑行业发展分为三大历史阶段：大规模新建阶段——新建与维修改造并重阶段——旧建筑改造维修加固为主阶段。

    欧美国家自上世纪60年代就进入了大规模加固改造阶段，而我国目前已经进入新建与维修并重的历史发展阶段。近年来，建筑检测鉴定与修复加固行业随之兴起并蓬勃发展，成为国民经济发展的支柱产业。

    中国建筑材料科学研究总院中建材中岩科技有限公司（以下简称中岩科技），是中国特种工程材料研究及应用的发源地。近年来，中岩科技工程防护修复与加固的团队就像一把钥匙，解决了一个又一个关键技术问题，为各类工程的安全运行保驾护航。

    3小时维保窗口护航高铁安全

    自2008年奥运会前夕中国首条350公里时速的京津城际铁路开通以来，我国高铁已完成了四横四纵的建设，加快向八横八纵网络迈进。

    从跟跑、并跑到领跑世界，中国高铁也成为我国在国际上的一张靓丽名片。

    然而，高速铁路实现350公里的中国速度背后，是数以万计科技工作者和工务人员的不懈奋斗，是无数创新技术的集中体现。

    高速铁路具有高平顺性、高稳定性、高耐久性的特点，稳定平顺的道床结构是实现高铁速度的前提，对道床结构的维修保养是确保其百年设计寿命必不可少的一环。

    高速铁路使用的是钢筋混凝土纵向连续的道床结构，在温差作用、1000赫兹高频动荷载、冻融循环、腐蚀性环境等因素的综合作用下，持续稳定的道床结构离不开必要的防护措施、大量的例行巡检工作和日常维修保养工作。然而，由于我国幅员辽阔、列车营运时间很长，每天留给巡检和维保的时间“窗口”仅有夜间3—5小时，除去上下线时间，每天的工作时间仅约1.5—3小时。

    快速抢修成为高铁维保的日常，对材料、机具、工效也提出了较工民建和公路工程更为严苛的要求。

    2017年，某高铁部分路段道床结构底座板出现了较严重的混凝土开裂，可能引起混凝土脱落，影响行车安全。且病害发展速度较快，如不尽快修复，可能引起更大范围的混凝土开裂。经调研发现，该路段施工过程中存在保护层厚度不足及反水坡坡度不足的问题，但加高其混凝土保护层会使上部结构无法排水，传统的混凝土置换法已无法满足该工程需求。

    受高铁某工务处及工务段的委托，中岩科技开展了相关修补材料的研究及技术方案的制定工作，最终通过采用自研的快速固化型环氧基混凝土损伤修补材料（以下简称修补料）解决了该工程问题。该材料具有良好的界面粘接力和防水性能，可以避免材料二次脱落，提高结构防水性能、避免底座板混凝土在保护层厚度不足时引起进一步冻融破坏。经权威检测机构鉴定，试验结果表明，1 厘米修补料的承载能力与4厘米砂浆承载力相当，可以实现在不增加结构厚度的前提下，恢复底座板的结构承载力。

    经过长时间的论证考察，为避免病害进一步加剧，2017年冬季，该方案正式实施。

    然而，接近零下的施工温度与试验环境温度相去甚远，材料固化时间大大延长，在适当加快材料固化速度的前提下，改进施工工艺迫在眉睫。

    中岩科技组织技术力量，在短时间内研发了智能温控模板。该模板不仅提高了材料固化阶段的温度、缩短了材料固化时间，而且可实现材料固化后降温阶段温度不迅速下降，有效避免了材料高温固化、拆除模板时温差过大引起的温度裂缝。目前该工程已稳定运行两年有余。

    为地铁“关键块”修复加固

    高铁是人们差旅的好伴侣，而穿行于城市中的地铁轨道交通则与多数人的日常生活息息相关。

    截至2018年底，共有35个城市开通城轨交通运营线路185条，运营线路总长度5761.4公里，其中地下线占比63.2%、道面线占比14.4%、高架线占比22.4%。

    地铁具有节约土地资源、节约能源、通勤效率高等优势，但也存在建设周期长、造价高、防水灾难度大等缺点。由于大部分地铁属于地下工程，虽然建设之初在防水和排水设计上会开展大量工作，但在地质基础条件不理想、长期动荷载、杂散电流等因素作用和影响下，部分路段依然会出现混凝土裂缝及渗漏水的情况。

    地铁盾构施工采取混凝土预制管片拼接为圆形隧道的技术，施工过程中受盾构机抬头等因素影响，部分K块（Key block，也称关键块，是环形拼接过程最后插入的一块）会出现隐性裂缝。经过长期运营，裂缝逐渐扩展，存在小混凝土块脱落风险。

    地铁工程与高速铁路相似，均是天窗维修养护制度，可使用高铁相关修复材料及技术实现修复。但不同于高铁，地铁工程K块通常处于隧道管片侧墙或顶部，属于高空作业。严格的天窗时间限制、简单的脚手架工艺不能满足修复需求，顶部作业对材料的流挂性提出了更高要求。特别是侧墙作业时轨道升降车无法到达作业部位，只能被迫使用斜向脚手架，然而，脚手架的稳定性和工人的人身安全又成为管理者时刻牵挂的心病。

    地铁工程的另一种病害是渗漏水。由于地质条件不同、连接处应力集中等原因，不同结构形式的连接处是渗漏水较严重的区域和部位。

    渗漏水治理通常采用修复与引排相结合的方法，使用堵漏材料进行封堵止漏、加设排水设施对水进行引流。

    传统封堵材料分为两类，一类是发泡聚氨酯材料，该材料强度很低，仅限于临时封堵，不可用于补强修复，另一类是特种水泥堵漏材料，该材料反应速度快，但在有水环境下会持续膨胀，需要堵漏后拆除方能进行下一步施工。但两类材料均不能实现对裂缝的补强修复、不能实现两种结构形式的有效连接。

    依托某地铁工程，中岩科技开展了相关材料的研发和应用研究。这是对高铁修复工程材料的进一步拓展。环氧基灌浆材料及修补材料被应用于干燥裂缝修复和干燥基面粘接的可靠性已被工程界广泛认可，但潮湿基面的粘接性能会大打折扣。

    科研人员通过对固化剂进行改性，提高其对混凝土界面的浸润性，将潮湿界面处的水分挤走，实现与混凝土的可靠粘接。该产品被应用于隧道工程、水利工程、水下桩基墩柱等修复加固领域，不仅解决潮湿及水下混凝土的粘接修复问题，也成为海工工程腐蚀防护一把利剑。

    中岩科技防护修复与加固团队以水下固化环氧树脂为基础，开发了水下环氧灌浆料，该产品被应用于水下玻纤套筒加固技术。玻纤套筒技术以玻纤套筒为模板，采用水下自密实可固化的环氧树脂灌浆材料实现模板与混凝土基面间的有效粘接，方法简单有效，可以避免二次腐蚀破坏，具有很好的推广和应用价值。

    防患于未然科普任重道远

    美国学者用“五倍定律”形象地形容了防护对建筑耐久性的重要性，该理论的主要内涵是：新建项目在钢筋锈蚀防护方面，每节省1美元，则发现钢筋锈蚀时需多追加5美元防护费用，混凝土开裂时需多追加25美元维护费用，严重破坏时则需多追加125美元维护费用。这一可怕的放大效应，使得各国政府投入大量资金用于钢筋混凝土结构的耐久性与加固研究。

    重建设、轻维护。目前，在工程建设方面，我国各部门各单位投入大量精力、物力，但工程的日常维护水平较低，且往往将有限的维护资金用于严重工程问题的修复加固，忽略了防患于未然以及防微杜渐的重要性。

    对钢筋混凝土腐蚀防护，工程人员通常采用涂层防腐的方法，将混凝土与腐蚀性介质进行隔离。

    近年来，工程及科研人员发现，混凝土为多孔吸水材质，其与基础、河流、海水接触的环境下，无法将混凝土与水或腐蚀性介质完全隔离。混凝土中水分在环境温差作用下无法排除，导致腐蚀防护层脱空、脱落、最终导致防护失效。

    基本不改变混凝土外观的呼吸型产品被认为是混凝土防护更为理想的选择，目前也被广泛应用于清水混凝土防护工程。

    但中岩科技副总经理王健坦言，技术推广过程中，也曾遇到“涂料起码能看见，这个看不到”这样让人啼笑皆非的境况。“科研人员的责任不仅仅是推动科技的进步，科学普及更是任重道远。”