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            我國研制新型塗料挑戰120年耐久性 聯合防護技術守護港珠澳大橋

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              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計標準打破瞭國內通常的“百年慣例”,制定瞭120年設計標準。其背後有一項護航的關鍵技術,是由中國科學院金屬研究所(簡稱中科院金屬所)自主研發的聯合防護技術。

              中科院金屬所耐久性防護與工程化課題組負責人李京告訴經濟日報-中國經濟網記者:“我們完成瞭港珠澳大橋基礎鋼管復合樁防護塗層工藝設計、陰極保護系統設計、原位腐蝕監測系統設計等,研制出用於大橋混凝土結構用的新一代高性能環氧塗層鋼筋,並參與瞭大橋基礎的防腐塗裝施工,保障瞭大橋基礎120年耐久性設計要求。”

              海水沖擊腐蝕是對跨海大橋的直接挑戰。針對港珠澳大橋特定的海泥環境,大橋論證時,課題組就開展瞭相關塗層的研發工作,先後從塗層的抗滲透性、耐陰極剝離性等關鍵性能指標著手,研制新型塗料,解決塗層的耐久性問題。科研人員通過調整塗層配方和改善塗裝工藝,降低瞭塗層的吸水率和溶出率,有效提高瞭塗層的抗滲透能力,增強瞭塗層與金屬的黏結強度。

              120年的耐久性設計要求僅僅依靠塗層防腐的防護手段是遠遠達不到的,必須與陰極保護技術聯合使用。陰極保護技術是指通過電化學的方法,將需要保護的金屬結構極化,使之電位向負向移動,達到免腐蝕電位,使金屬結構處於被保護狀態。

              據介紹,以往我國跨海大橋的陰極保護重點是浸在海水中的鋼管樁,而港珠澳大橋的多數鋼管復合樁均位於混凝土承臺下的海泥中,如何實施陰極保護沒有先例可以借鑒。

              中科院金屬所科研人員針對該腐蝕環境和結構特點,重點研究瞭鋼管復合樁在灌入不同地質層後陰極保護面臨的難題,采取巧妙方法,選取極端邊界參數推算保護效果,即計算在土壤電阻率最大和最小兩種情況下,陰極保護的電位是否能達到保護要求,並將此作為類似工程陰極保護設計的一種手段,有效解決瞭復雜環境中陰極保護設計問題。

              為驗證鋼管復合樁陰極保護設計的可行性,科研人員按照1∶20的比例進行瞭模擬實驗,並盡可能地模擬瞭港珠澳大橋鋼管復合樁穿越的地質環境。縮比模型實驗證明該設計計算方法是正確可行的,隨後在港珠澳大橋實地進行1∶1工程足尺結構試驗驗證,結果表明新型陰極保護方式能滿足大橋基礎的防護要求。

              在模擬實驗後,科研人員采取鋼管內壁安裝保護設施監測探頭的方法,將探頭伴隨打樁深入近百米的海泥下實施原位監測,有效解決瞭在海泥下安裝探測設備難的問題。采用這種方式安裝探測設備,在全球海洋工程界尚屬首次。

              港珠澳大橋基礎橋墩使用的混凝土是海工混凝土,除應滿足設計、施工要求外,在抗滲性、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出一種高性能塗層鋼筋技術,專傢鑒定認為其技術性能超過現有國內外相關塗層鋼筋的技術指標,在同類產品中處於國際領先水平,可滿足港珠澳大橋工程需求。

              這些防護技術的研發和應用使得港珠澳大橋實現120年設計標準。(經濟日報-中國經濟網記者 孫潛彤 通訊員 封 葑)