我國研制新型涂料挑戰(zhàn)120年耐久性 聯(lián)合防護(hù)技術(shù)守護(hù)港珠澳大橋

    萬眾矚目的港珠澳大橋日前正式開通。這座世界最長的跨海大橋設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)打破了國內(nèi)通常的“百年慣例”,制定了120年設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。其背后有一項(xiàng)護(hù)航的關(guān)鍵技術(shù)，是由中國科學(xué)院金屬研究所（簡稱中科院金屬所）自主研發(fā)的聯(lián)合防護(hù)技術(shù)。

    中科院金屬所耐久性防護(hù)與工程化課題組負(fù)責(zé)人李京告訴經(jīng)濟(jì)日報(bào)-中國經(jīng)濟(jì)網(wǎng)記者：“我們完成了港珠澳大橋基礎(chǔ)鋼管復(fù)合樁防護(hù)涂層工藝設(shè)計(jì)、陰極保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、原位腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)等，研制出用于大橋混凝土結(jié)構(gòu)用的新一代高性能環(huán)氧涂層鋼筋，并參與了大橋基礎(chǔ)的防腐涂裝施工，保障了大橋基礎(chǔ)120年耐久性設(shè)計(jì)要求。”

    海水沖擊腐蝕是對跨海大橋的直接挑戰(zhàn)。針對港珠澳大橋特定的海泥環(huán)境，大橋論證時(shí)，課題組就開展了相關(guān)涂層的研發(fā)工作，先后從涂層的抗?jié)B透性、耐陰極剝離性等關(guān)鍵性能指標(biāo)著手，研制新型涂料，解決涂層的耐久性問題。科研人員通過調(diào)整涂層配方和改善涂裝工藝，降低了涂層的吸水率和溶出率，有效提高了涂層的抗?jié)B透能力，增強(qiáng)了涂層與金屬的黏結(jié)強(qiáng)度。

    120年的耐久性設(shè)計(jì)要求僅僅依靠涂層防腐的防護(hù)手段是遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到的，必須與陰極保護(hù)技術(shù)聯(lián)合使用。陰極保護(hù)技術(shù)是指通過電化學(xué)的方法，將需要保護(hù)的金屬結(jié)構(gòu)極化，使之電位向負(fù)向移動，達(dá)到免腐蝕電位，使金屬結(jié)構(gòu)處于被保護(hù)狀態(tài)。

    據(jù)介紹，以往我國跨海大橋的陰極保護(hù)重點(diǎn)是浸在海水中的鋼管樁，而港珠澳大橋的多數(shù)鋼管復(fù)合樁均位于混凝土承臺下的海泥中，如何實(shí)施陰極保護(hù)沒有先例可以借鑒。

    中科院金屬所科研人員針對該腐蝕環(huán)境和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，重點(diǎn)研究了鋼管復(fù)合樁在灌入不同地質(zhì)層后陰極保護(hù)面臨的難題，采取巧妙方法，選取極端邊界參數(shù)推算保護(hù)效果，即計(jì)算在土壤電阻率最大和最小兩種情況下，陰極保護(hù)的電位是否能達(dá)到保護(hù)要求，并將此作為類似工程陰極保護(hù)設(shè)計(jì)的一種手段，有效解決了復(fù)雜環(huán)境中陰極保護(hù)設(shè)計(jì)問題。

    為驗(yàn)證鋼管復(fù)合樁陰極保護(hù)設(shè)計(jì)的可行性，科研人員按照1∶20的比例進(jìn)行了模擬實(shí)驗(yàn)，并盡可能地模擬了港珠澳大橋鋼管復(fù)合樁穿越的地質(zhì)環(huán)境。縮比模型實(shí)驗(yàn)證明該設(shè)計(jì)計(jì)算方法是正確可行的，隨后在港珠澳大橋?qū)嵉剡M(jìn)行1∶1工程足尺結(jié)構(gòu)試驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果表明新型陰極保護(hù)方式能滿足大橋基礎(chǔ)的防護(hù)要求。

    在模擬實(shí)驗(yàn)后，科研人員采取鋼管內(nèi)壁安裝保護(hù)設(shè)施監(jiān)測探頭的方法，將探頭伴隨打樁深入近百米的海泥下實(shí)施原位監(jiān)測，有效解決了在海泥下安裝探測設(shè)備難的問題。采用這種方式安裝探測設(shè)備，在全球海洋工程界尚屬首次。

    港珠澳大橋基礎(chǔ)橋墩使用的混凝土是海工混凝土，除應(yīng)滿足設(shè)計(jì)、施工要求外，在抗?jié)B性、抗蝕性、防止鋼筋銹蝕和抵抗施工撞擊方面都有更高的要求。為此，中科院金屬所科研人員開發(fā)出一種高性能涂層鋼筋技術(shù)，專家鑒定認(rèn)為其技術(shù)性能超過現(xiàn)有國內(nèi)外相關(guān)涂層鋼筋的技術(shù)指標(biāo)，在同類產(chǎn)品中處于國際領(lǐng)先水平，可滿足港珠澳大橋工程需求。

    這些防護(hù)技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用使得港珠澳大橋?qū)崿F(xiàn)120年設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。（經(jīng)濟(jì)日報(bào)-中國經(jīng)濟(jì)網(wǎng)記者 孫潛彤 通訊員 封 葑）