科创中国

行业领域

新材料技术

需求背景

 1）地理环境：青海地处高原，地域辽阔、环境特殊、地震等自然灾害发生较为频繁，且严寒环境（温度低于-10℃）下周期较长，混凝土桥梁、道路和机场跑道等重要基础设施的快速修复施工作业难度；2）材料强度：严寒环境下机场跑道、混凝土路面和混凝土结构的修复材料应具有凝结硬化速度快和早期强度高的特点。在零下施工技术养护中，如果提高强度需要掺加早强剂或防冻剂，还需要较为复杂的养护措施保证修复材料冻结时的强度高于临界受冻强度；3）现有技术：目前市场上快硬早强水泥都难以满足严寒环境抢修施工对修复材料早期强度的要求，更难以制备出用于严寒和高海拔地区机场跑道、桥梁和道路的快速修复材料，导致抢险救灾过程中应急抢修抢建施工以及道路的冬季日常维护无法实施。

需解决的主要技术难题

1）材料不成熟。常用的修复材料在低温环境下早期强度较低。高海拔地区的道路和机场跑道等基础设施的冬季日常维护需要适用于严寒环境的快速修复材料，目前以环氧树脂为代表的有机类修复材料掺加低温固化剂并采用辅助加热措施可以在-5～-10℃固化，但固化后强度较低，难以满足抢修施工对早期强度的要求从而满足冬季日常维护的需求。
  2）外界因素大。低温环境下硅酸盐水泥凝结硬化速度慢，甚至无法正常凝结硬化，即使采取复杂的养护措施，其早期强度也难以满足应急抢修施工的要求。
  3）成熟性能要求严。硫铝酸盐水泥和快硬硅酸盐水泥均为成熟的工业产品，对其低温水化性能的研究较为充分。常温下成型的硫铝酸盐水泥试样在0℃养护1d，抗压强度仅为10MPa；快硬硅酸盐水泥在5℃成型并养护4h，抗压强度可以达到10.5MPa，但后期强度增长幅度很小。在温度低于0℃的环境下，如果缺乏有效的养护措施，硫铝酸盐水泥和快硬硅酸盐水泥都无法正常凝结硬化。

期望实现的主要技术目标

技术指标：在-20℃环境下成型与养护，2h抗压强度≥30MPa，抗弯强度≥3.5MPa；且1d抗压强度≥40MPa，抗弯强度≥4.5MPa。

需求解析

解析单位：青海省西宁市 解析时间：2022-11-12

杨全芬

西宁科技大市场

副研究员

综合评价

此项需求描述较为清晰，便于专家进行需求跟进。 针对快速修复材料的应用需求，国内外研究人员和工程技术人员开展了大量的研究。综合对比现有研究结果，目前国内外未见采用硫铝酸盐水泥、快硬硅酸盐水泥、碱激发水泥制备出适用于严寒环境且无需养护即可实现快硬早强的修复材料的报道。磷酸镁水泥在负温时的早期力学性能更为优异。通过系统分析磷酸镁水泥及其混凝土在负温环境下的凝结硬化特征和力学发展规律，与现有的低温修复材料相比，磷酸镁修复材料的组成和制备以及施工工艺更为简单，且浇筑完成后无需养护，可以显著提高修复施工效率。本团队开发的适用于严寒环境的磷酸镁修复材料，主要技术指标处于国际领先水平，不仅可以满足青海省高寒高海拔地区冬季混凝土路面和桥梁以及机场跑道的快速修复需求，也可以促进青海省交通领域快速修复材料的研发与生产技术发展，提升青海省交通领域快速修复材料的应用技术水平。 此专家提供的挑战报告中技术路线清晰，技术方向明确，已开展此需求难题的基础研究，有一定的成熟度，可以解决此需求描述的问题。

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