10月23日，港珠澳大橋舉行開通儀式。除了是世界最長的跨海大橋，港珠澳大橋的設(shè)計標準更是打破了國內(nèi)通常的“百年慣例”，制定了120年設(shè)計標準。這其中，由中國科學院金屬研究所自主研發(fā)的“SEBF/SLF高性能涂層加犧牲陽極”聯(lián)合防護技術(shù)功不可沒。

中科院金屬所耐久性防護與工程化課題組負責人李京研究員告訴筆者：“我們完成了大橋基礎(chǔ)鋼管復(fù)合樁防護涂層工藝設(shè)計、陰極保護系統(tǒng)設(shè)計、原位腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計等，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)計要求。”

挑戰(zhàn)120年耐久性設(shè)計

中科院金屬所材料耐久性防護與工程化研究始于20世紀90年代，20多年來獲得專利50多項，但針對120年的設(shè)計要求，此前原有的跨海大橋耐久性設(shè)計方案已不能滿足需求，這對中科院金屬所科研人員提出了新的挑戰(zhàn)。

李京介紹到，針對港珠澳大橋特定的海泥環(huán)境，從大橋論證時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)鍵性能指標著手，研制新型涂料，解決涂層的耐久性問題?？蒲腥藛T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，增強了涂層與金屬的粘結(jié)強度。

有效解決復(fù)雜環(huán)境中保護難題

120年耐久性設(shè)計要求僅僅依靠涂層防腐的防護手段是遠遠達不到的，必須與陰極保護技術(shù)聯(lián)合使用。陰極保護技術(shù)是指通過電化學的方法，將需要保護的金屬結(jié)構(gòu)極化，使之電位向負向移動，達到免腐蝕電位，使金屬結(jié)構(gòu)處于被保護狀態(tài)。

據(jù)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(shù)鋼管復(fù)合樁均位于混凝土承臺下的海泥中，如何實施陰極保護沒有先例可鑒。

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，重點研究了鋼管復(fù)合樁在灌入不同地質(zhì)層后陰極保護面臨的難題，采取巧妙方法，選取極端邊界參數(shù)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，并將此作為類似工程陰極保護設(shè)計的一種手段，有效解決了復(fù)雜環(huán)境中陰極保護設(shè)計問題。

全球海洋工程界尚屬首次

為驗證鋼管復(fù)合樁陰極保護設(shè)計的可行性，科研人員按照1∶20的比例進行了模擬實驗，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比模型實驗證明該設(shè)計計算方法是正確可行的，隨后在港珠澳大橋址實地進行1∶1工程足尺結(jié)構(gòu)試驗驗證，結(jié)果表明在海水中安裝高效犧牲鋁陽極能充分保護海泥中的鋼管樁，即新型陰極保護方式能滿足大橋基礎(chǔ)的防護要求。

為讓用戶相信陰極保護確實能保護海泥下的基礎(chǔ)鋼管復(fù)合樁，在模擬實驗后，科研人員采取鋼管內(nèi)壁安裝保護設(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。

研發(fā)高性能涂層鋼筋技術(shù)

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、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，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。港珠澳大橋的設(shè)計和建設(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)及標準?；炷林袖摻畈皇芨g，混凝土的強度也就有了保證。正是應(yīng)用了以上綜合技術(shù)，才使港珠澳大橋達到120年設(shè)計標準。