什么是納米材料？由粒徑不超過200納米的顆粒組成的超細粉體材料，一根頭發(fā)絲的直徑相當于它的250倍！
納米材料有什么用？在噴射混凝土方面，它可以提高開挖支護安全性、增加強度、降低回彈率、提升耐久性、加快施工速度，這是水電七局試驗檢測分公司試驗室新材料分部給出的答案。目前，新材料分部已研發(fā)出第一代、第二代共4種不同型號的HB7-2型噴射混凝土納米材料（文中簡稱為納米材料）。
“要從根本上降本增效，重要途徑之一是去一線發(fā)現(xiàn)問題、創(chuàng)新思維、開發(fā)核心技術(shù)。”試驗檢測分公司研發(fā)負責人丁建彤博士表示。
2016年，新材料分部經(jīng)過大量現(xiàn)場調(diào)研，發(fā)現(xiàn)公司承建的地下工程施工中普遍存在噴射混凝土材料成本較高、且回彈率大的問題。
找到問題所在，該如何有效破解？新材料分部負責人雷英強認為，將解決噴射混凝土回彈率問題作為突破口，是實現(xiàn)降本增效的有力舉措之一。
從原材料到新材料，團隊先是依靠邏輯推理來想象，而后根據(jù)混凝土在強度、塑性和粘結(jié)等方面的性能特質(zhì)進行分析，發(fā)現(xiàn)采用納米級粉體可以有效改善混凝土的和易性，從而達到降低噴射混凝土回彈率的目的。于是在團隊鍥而不舍的研發(fā)試驗下，2017年6月，第一代納米材料應(yīng)運而生。先后獲得了水電七局優(yōu)化變更創(chuàng)效獎、中國水利工程協(xié)會QC III類成果獎、中國施工企業(yè)管理協(xié)會工程建設(shè)行業(yè)高推廣價值專利大賽三等獎等榮譽。在白鶴灘水電站、新建京張鐵路、固增水電站、成都地鐵18號線等重大項目展開應(yīng)用過程中，實現(xiàn)了早期強度30%以上，28天強度可提高15%以上，同時，開挖支護安全性和耐久性都得到了提升。
“產(chǎn)品開發(fā)要人無我有、人有我新，這樣才能始終占據(jù)市場制高點。我們要在第一代納米材料基礎(chǔ)上進行再創(chuàng)新，降低納米材料摻量，提高性價比?！倍〔┦刻嶙h道。
于是，團隊開啟了第二代納米材料的研發(fā)之旅。
2019年研發(fā)前期，納米級二氧化硅一直不能在液體中穩(wěn)定分散，這一現(xiàn)象引起大家的注意，于是團隊集思廣益、群策群力通過不斷翻閱文獻、查找資料，隨著深入研究發(fā)現(xiàn)：常見的分散劑并不適用于分散納米材料，調(diào)配出合適的分散劑是關(guān)鍵，研究視野就此打開。
“成功了！”
半年時間，團隊一邊總結(jié)失敗經(jīng)驗，一邊通過大量試驗去發(fā)現(xiàn)現(xiàn)象、總結(jié)規(guī)律、分析機理。2022年，成功研制出摻量可降至0.05%、僅為一代產(chǎn)品摻量千分之三的第二代納米材料。
“我們研發(fā)出的第二代噴射混凝土用納米材料及其成套技術(shù)可以說是國內(nèi)獨一無二的?！崩子娮院赖慕榻B說。
然而，如此優(yōu)秀的新材料在同年推廣初期進行的并不順利。
“很麻煩！”
“一來你們的納米材料沒有實際應(yīng)用的效果可以作為參考，多一種材料，就要多加一道工序和工藝流程；二來市面上的噴射臺車的噴槍口沒有相匹配的噴射管道。要想用到我們項目施工中恐怕有一定難度哦?！惫疽晃豁椖拷?jīng)理在聽了團隊的推廣介紹后，搖了搖頭委婉地拒絕道。
“材料我們免費提供；多出的工序和工藝流程，我們自己干；噴槍沒有適用的噴射管道，我們自己改裝設(shè)計！請您給我們一次機會。”即便被拒絕，雷英強仍態(tài)度堅定地說。
面對困難關(guān)卡，團隊開始逐一擊破。
為設(shè)計出噴射管道，團隊根據(jù)噴射混凝土機械臂的基本原理，開展了適用于這類超低摻量材料的添加設(shè)備的研制。通過不斷與高原項目機械師進行管道設(shè)計探討研究，在一遍遍畫圖、改圖后，團隊成員拿著定稿的機械圖紙奔前赴后找工廠加工，歷時數(shù)月，設(shè)備問題迎刃而解。
為展示出現(xiàn)場加入第二代納米材料后可降低噴射混凝土回彈率的真實效果，今年上半年，團隊卯足了勁兒，6噸回彈料，6個人一鍬鍬鏟起，用60公斤的桶足足裝了100桶，夜里12點到次日清晨6點在隧洞里加班也是家常便飯。終于，在反復(fù)進行30次現(xiàn)場調(diào)試、9次現(xiàn)場試驗后，噴射混凝土回彈率始終保持在7%以內(nèi)，并且單方混凝土成本可節(jié)約45元，有了現(xiàn)場數(shù)據(jù)支撐，二代納米材料的實用之處得到了驗證。
“太好了！”
“從現(xiàn)場數(shù)據(jù)來看，無論是施工效果還是經(jīng)濟效果都十分顯著，看來你們的納米材料的確是名不虛傳！我們項目要立即全線推廣使用。”在看到實際應(yīng)用效果后，對方十分滿意地點了點頭稱贊說。
從拒絕到認可，將現(xiàn)場噴射混凝土回彈率由20%降至7%以內(nèi)，每延米的凈噴射時間縮短15%左右，這是新材料分部堅持不懈反復(fù)實踐的結(jié)果。
截止目前，納米材料已獲得發(fā)明專利5項、發(fā)表論文5篇。在為施工降本增效、提升效率，提高項目質(zhì)量水平，保障工程履約，降低安全風險等方面發(fā)揮了良好作用。
“小納米”匯聚大能量。未來，新材料分部將繼續(xù)厚植科研沃土，讓“創(chuàng)新之花”結(jié)出更多“豐碩成果”。
微觀納米材料
進行現(xiàn)場試驗
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