什么是納米材料？由粒徑不超過(guò)200納米的顆粒組成的超細(xì)粉體材料，一根頭發(fā)絲的直徑相當(dāng)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(hù)安全性、增加強(qiáng)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(yàn)檢測(cè)分公司試驗(yàn)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(hào)的HB7-2型噴射混凝土納米材料（文中簡(jiǎn)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(wèn)題、創(chuàng)新思維、開發(fā)核心技術(shù)?！痹囼?yàn)檢測(cè)分公司研發(fā)負(fù)責(zé)人丁建彤博士表示。

2016年，新材料分部經(jīng)過(guò)大量現(xiàn)場(chǎng)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(wèn)題。

找到問(wèn)題所在，該如何有效破解？新材料分部負(fù)責(zé)人雷英強(qiáng)認(rèn)為，將解決噴射混凝土回彈率問(wèn)題作為突破口，是實(shí)現(xiàn)降本增效的有力舉措之一。

從原材料到新材料，團(tuán)隊(duì)先是依靠邏輯推理來(lái)想象，而后根據(jù)混凝土在強(qiáng)度、塑性和粘結(jié)等方面的性能特質(zhì)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)采用納米級(jí)粉體可以有效改善混凝土的和易性，從而達(dá)到降低噴射混凝土回彈率的目的。于是在團(tuán)隊(duì)鍥而不舍的研發(fā)試驗(yàn)下，2017年6月，第一代納米材料應(yīng)運(yùn)而生。先后獲得了水電七局優(yōu)化變更創(chuàng)效獎(jiǎng)、中國(guó)水利工程協(xié)會(huì)QC III類成果獎(jiǎng)、中國(guó)施工企業(yè)管理協(xié)會(huì)工程建設(shè)行業(yè)高推廣價(jià)值專利大賽三等獎(jiǎng)等榮譽(yù)。在白鶴灘水電站、新建京張鐵路、固增水電站、成都地鐵18號(hào)線等重大項(xiàng)目展開應(yīng)用過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)了早期強(qiáng)度30%以上，28天強(qiáng)度可提高15%以上，同時(shí)，開挖支護(hù)安全性和耐久性都得到了提升。

“產(chǎn)品開發(fā)要人無(wú)我有、人有我新，這樣才能始終占據(jù)市場(chǎng)制高點(diǎn)。我們要在第一代納米材料基礎(chǔ)上進(jìn)行再創(chuàng)新，降低納米材料摻量，提高性價(jià)比?！倍〔┦刻嶙h道。

于是，團(tuán)隊(duì)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(jí)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(tuán)隊(duì)集思廣益、群策群力通過(guò)不斷翻閱文獻(xiàn)、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(shí)間，團(tuán)隊(duì)一邊總結(jié)失敗經(jīng)驗(yàn)，一邊通過(guò)大量試驗(yàn)去發(fā)現(xiàn)現(xiàn)象、總結(jié)規(guī)律、分析機(jī)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(shuō)是國(guó)內(nèi)獨(dú)一無(wú)二的?！崩子?qiáng)自豪的介紹說(shuō)。

然而，如此優(yōu)秀的新材料在同年推廣初期進(jìn)行的并不順利。

“很麻煩！”

“一來(lái)你們的納米材料沒有實(shí)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(lái)市面上的噴射臺(tái)車的噴槍口沒有相匹配的噴射管道。要想用到我們項(xiàng)目施工中恐怕有一定難度哦?！惫疽晃豁?xiàng)目經(jīng)理在聽了團(tuán)隊(duì)的推廣介紹后，搖了搖頭委婉地拒絕道。

“材料我們免費(fèi)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(jì)！請(qǐng)您給我們一次機(jī)會(huì)?！奔幢惚痪芙^，雷英強(qiáng)仍態(tài)度堅(jiān)定地說(shuō)。

面對(duì)困難關(guān)卡，團(tuán)隊(duì)開始逐一擊破。

為設(shè)計(jì)出噴射管道，團(tuán)隊(duì)根據(jù)噴射混凝土機(jī)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(guò)不斷與高原項(xiàng)目機(jī)械師進(jìn)行管道設(shè)計(jì)探討研究，在一遍遍畫圖、改圖后，團(tuán)隊(duì)成員拿著定稿的機(jī)械圖紙奔前赴后找工廠加工，歷時(shí)數(shù)月，設(shè)備問(wèn)題迎刃而解。

為展示出現(xiàn)場(chǎng)加入第二代納米材料后可降低噴射混凝土回彈率的真實(shí)效果，今年上半年，團(tuán)隊(duì)卯足了勁兒，6噸回彈料，6個(gè)人一鍬鍬鏟起，用60公斤的桶足足裝了100桶，夜里12點(diǎn)到次日清晨6點(diǎn)在隧洞里加班也是家常便飯。終于，在反復(fù)進(jìn)行30次現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試、9次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)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(chǎng)數(shù)據(jù)支撐，二代納米材料的實(shí)用之處得到了驗(yàn)證。

“太好了！”

“從現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)來(lái)看，無(wú)論是施工效果還是經(jīng)濟(jì)效果都十分顯著，看來(lái)你們的納米材料的確是名不虛傳！我們項(xiàng)目要立即全線推廣使用?！痹诳吹綄?shí)際應(yīng)用效果后，對(duì)方十分滿意地點(diǎn)了點(diǎn)頭稱贊說(shuō)。

從拒絕到認(rèn)可，將現(xiàn)場(chǎng)噴射混凝土回彈率由20%降至7%以內(nèi)，每延米的凈噴射時(shí)間縮短15%左右，這是新材料分部堅(jiān)持不懈反復(fù)實(shí)踐的結(jié)果。

截止目前，納米材料已獲得發(fā)明專利5項(xiàng)、發(fā)表論文5篇。在為施工降本增效、提升效率，提高項(xiàng)目質(zhì)量水平，保障工程履約，降低安全風(fēng)險(xiǎn)等方面發(fā)揮了良好作用。

“小納米”匯聚大能量。未來(lái)，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(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

團(tuán)隊(duì)在討論問(wèn)題