中科院金屬所聯合防護技術助港珠澳大橋打破“百年慣例”

　　 10月23日，世界最長的跨海大橋港珠澳大橋通車。《中國科學報》記者了解到，港珠澳大橋120年的設計標準打破了國內通常的“百年慣例”，中國科學院金屬研究所自主研發的聯合防護技術功不可沒。

　　中科院金屬所材料耐久性防護與工程化研究課題始于20世紀90年代，20多年來先后開展了重防腐涂裝技術基礎和應用研究與開發和生產，成功設計了國內首例萬噸埋地管全自動內外涂裝生產線和中小型涂裝生產線，已在全國安裝8條。

　　該所課題組負責人李京研究員告訴《中國科學報》記者：“雖然歷經了國內多項大型工程的考驗，但針對港珠澳大橋120年的設計要求，此前原有的跨海大橋耐久性設計方案已不能滿足需求，這對我們科研人員提出了新的挑戰。”

　　港珠澳大橋的基礎防護工程主要是對鋼管復合樁的防腐施工，鋼管樁位于海泥環境中，防腐涂層的破壞方式主要來源于打樁過程中的機械損傷、泥砂碎石磨劃傷和泥下腐蝕因素的長期侵蝕、性能衰退等。

　　李京表示，針對港珠澳大橋特定的海泥環境，從大橋論證時起，課題組就開展了相關涂層的研發工作，先后從涂層的抗滲透性、耐陰極剝離性等關鍵性能指標著手，研制新型涂料，解決涂層的耐久性問題。科研人員通過調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滲透能力，增強了涂層與金屬的粘結強度。

　　120年耐久性設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，使金屬結構處于被保護狀態。

　　李京團隊再次遇到難題：“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。”

　　為此，中科院金屬所科研人員針對該腐蝕環境和結構特點，重點研究了鋼管復合樁在灌入不同地質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計的一種手段，解決了復雜環境中陰極保護設計問題。

　　為讓用戶相信陰極保護確實能保護海泥下的基礎鋼管復合樁，在模擬實驗后，中科院金屬所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，有效解決了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。”李京說。

　　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。于是，中科院金屬所科研人員開發出一種高性能涂層鋼筋技術，港珠澳大橋的設計和建設過程，均采用了這一技術及標準。混凝土中鋼筋不受腐蝕，混凝土的強度也就有了保證。

　　李京指出：“我們先后完成了港珠澳大橋基礎鋼管復合樁防護涂層工藝設計、陰極保護系統設計、原位腐蝕監測系統設計等，研制出用于大橋混凝土結構用的新一代高性能環氧涂層鋼筋，并參與大橋基礎的防腐涂裝施工，保障了港珠澳大橋基礎120年耐久性設計要求。”