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。”試驗檢測分公司研發(fā)負責人丁建彤博士表示。
2016年，新材料分部經過大量現(xiàn)場調研，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、塑性和粘結等方面的性能特質進行分析，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，調配出合適的分散劑是關鍵，研究視野就此打開。
“成功了！”
半年時間，團隊一邊總結失敗經驗，一邊通過大量試驗去發(fā)現(xiàn)現(xiàn)象、總結規(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可以說是國內獨一無二的。”雷英強自豪的介紹說。
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。”公司一位項目經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。
面對困難關卡，團隊開始逐一擊破。
為設計出噴射管道，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備的研制。通過不斷與高原項目機械師進行管道設計探討研究，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，在反復進行30次現(xiàn)場調試、9次現(xiàn)場試驗后，噴射混凝土回彈率始終保持在7%以內，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，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實踐的結果。
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”結出更多“豐碩成果”。
微觀納米材料
進行現(xiàn)場試驗
團隊在討論問題
評論