10月23日，港珠澳大橋舉行開(kāi)通儀式。除了是世界最長(zhǎng)的跨海大橋，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(méi)。

中科院金屬所耐久性防護(hù)與工程化課題組負(fù)責(zé)人李京研究員告訴筆者：“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。”

挑戰(zhàn)120年耐久性設(shè)計(jì)

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(lái)獲得專利50多項(xiàng)，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)。

李京介紹到，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(kāi)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(wèn)題。科研人員通過(guò)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。

有效解決復(fù)雜環(huán)境中保護(hù)難題

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(guò)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)。

據(jù)介紹，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(méi)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(wèn)題。

全球海洋工程界尚屬首次

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(wèn)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。

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(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(kāi)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(guò)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(guò)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年設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。