10月23日，世界蕞長(zhǎng)的跨海大橋港珠澳大橋通車。除了是世界蕞長(zhǎng)的大橋，港珠澳大橋的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)更是打破了國(guó)內(nèi)通常的“百年慣例”，制定了120年設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。這其中，由中國(guó)科學(xué)院金屬研究所自主研發(fā)的“SEBF/SLF高性能涂層加犧牲陽(yáng)極”聯(lián)合防護(hù)技術(shù)功不可沒。
中科院金屬所耐久性防護(hù)與工程化課題組負(fù)責(zé)人李京研究員告訴記者：“我們完成了大橋基礎(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(cè)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，并參與大橋基礎(chǔ)的防腐涂裝施工，保障了港珠澳大橋基礎(chǔ)120年耐久性設(shè)計(jì)要求?！?/p>
中科院金屬所材料耐久性防護(hù)與工程化研究始于20世紀(jì)90年代，20多年來先后開展了重防腐涂裝技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用研究與開發(fā)和生產(chǎn)，開發(fā)出SEBF熔融結(jié)合環(huán)氧粉末涂料和SLF高分子復(fù)合涂料，生產(chǎn)規(guī)模年產(chǎn)可達(dá)千噸;研究成功設(shè)計(jì)了國(guó)內(nèi)首例萬噸埋地管全自動(dòng)內(nèi)外涂裝生產(chǎn)線和中小型涂裝生產(chǎn)線，已在全國(guó)安裝8條;建立快速固化、常規(guī)熱固化和常溫固化三類涂裝工藝;主持編制《熔融結(jié)合環(huán)氧粉末涂料的防腐蝕涂裝》、《無溶劑環(huán)氧液體涂料的防腐蝕涂裝》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，參加編制《管道、設(shè)備防腐蝕設(shè)計(jì)與施工》國(guó)家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集，獲得專 利50多項(xiàng)。
該項(xiàng)技術(shù)成果已經(jīng)在秦山核電站海水冷卻回路系統(tǒng)、國(guó)家“西氣東輸”工程用天然氣管道彎管、杭州灣跨海大橋鋼管樁、舟山連島金塘大橋鋼管樁、上海市青草沙水源地原水工程輸水工程等重大基礎(chǔ)防腐工程中發(fā)揮了不可替代的作用。
雖然歷經(jīng)了國(guó)內(nèi)多項(xiàng)大型工程的考驗(yàn)，但針對(duì)120年的設(shè)計(jì)要求，此前原有的跨海大橋耐久性設(shè)計(jì)方案已不能滿足需求，這對(duì)中科院金屬所科研人員提出了新的挑戰(zhàn)。
港珠澳大橋的基礎(chǔ)防護(hù)工程主要是對(duì)鋼管復(fù)合樁的防腐施工，鋼管樁位于海泥環(huán)境中，防腐涂層的破壞方式主要來源于打樁過程中的機(jī)械損傷、泥砂碎石磨劃傷和泥下腐蝕因素的長(zhǎng)期侵蝕、性能衰退等。
李京告訴記者，針對(duì)港珠澳大橋特定的海泥環(huán)境，從大橋論證時(shí)起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)了涂層與金屬的粘結(jié)強(qiáng)度。
120年耐久性設(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(dòng)，達(dá)到免腐蝕電位，使金屬結(jié)構(gòu)處于被保護(hù)狀態(tài)。
以往我國(guó)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(tái)下的海泥中，如何實(shí)施陰極保護(hù)沒有先例可鑒。
中科院金屬所科研人員針對(duì)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)算在土壤電阻率蕞大和蕞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?？s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，隨后在港珠澳大橋址實(shí)地進(jìn)行1：1工程足尺結(jié)構(gòu)試驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果表明在海水中安裝高 效犧牲鋁陽(yáng)極能充分保護(hù)海泥中的鋼管樁，即新型陰極保護(hù)方式能滿足大橋基礎(chǔ)的防護(hù)要求。
為讓用戶相信陰極保護(hù)確實(shí)能保護(hù)海泥下的基礎(chǔ)鋼管復(fù)合樁，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(cè)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(cè)，有效解決了在海泥下安裝探測(cè)設(shè)備難的問題。采用這種方式安裝探測(cè)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(guó)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(guó)際領(lǐng) 先水平，可滿足港珠澳大橋工程需求。港珠澳大橋的設(shè)計(jì)和建設(shè)過程，均采用了中科院金屬所研制的高性能涂層鋼筋技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)。混凝土中鋼筋不受腐蝕，混凝土的強(qiáng)度也就有了保證。正是應(yīng)用了以上綜合技術(shù)，才使港珠澳大橋達(dá)到120年的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。
