 9月27日，歷時(shí)4年多的建設(shè)，世界最大的跨海大橋港珠澳大橋橋梁主體工程全面貫通。其中，由中國(guó)科學(xué)院金屬研究所自主研發(fā)的新型涂層和陰極保護(hù)聯(lián)合防護(hù)技術(shù)在該工程中發(fā)揮了重要作用。 中科院金屬所材料耐久性防護(hù)與工程化課題組負(fù)責(zé)人李京告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者：“我們完成了大橋基礎(chǔ)鋼管復(fù)合樁（含鋼管樁）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)等，研制出用于大橋橋墩的新一代高性能環(huán)氧涂層鋼筋，保障了港珠澳大橋基礎(chǔ)120年耐久性設(shè)計(jì)要求。” 研發(fā)重防腐涂裝技術(shù) 據(jù)悉，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)先后開(kāi)展了重防腐涂裝技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用的研究與開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)。 李京介紹：“金屬所更新了防腐涂裝技術(shù)理念以及重腐蝕涂層防護(hù)技術(shù)，自行設(shè)計(jì)并制造了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的涂裝設(shè)備，組建一支能啃硬骨頭的科研隊(duì)伍，從而走出一條自主創(chuàng)新之路。” 中科院金屬所以重防腐涂料的基礎(chǔ)研究為依據(jù)，開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)了兩個(gè)系列重防腐涂料，即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；研究設(shè)計(jì)成功了國(guó)內(nèi)首例萬(wàn)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(lèi)涂裝工藝；主持制訂《熔融結(jié)合環(huán)氧粉末涂料的防腐蝕涂裝》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，獲得專(zhuān)利24項(xiàng)。 目前，中科院金屬所自主研發(fā)的重防腐涂裝技術(shù)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。 挑戰(zhàn)百年技術(shù)極限 李京指出，港珠澳大橋的設(shè)計(jì)壽命打破了國(guó)內(nèi)通常的“百年慣例”，制定了120年的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，這對(duì)跨海大橋的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)鋼管樁的耐久性提出了更高的要求。 耐久性工作實(shí)際上是建橋的前提條件，此前原有的跨海大橋耐久性設(shè)計(jì)方案已不能滿足港珠澳大橋耐久性需求，這為國(guó)內(nèi)外海洋工程防護(hù)提出了新的挑戰(zhàn)。 港珠澳大橋的大部分鋼管復(fù)合樁位于泥下區(qū)，其涂層破壞方式主要來(lái)源于打樁過(guò)程中的機(jī)械損傷、泥砂碎石的磨劃傷和泥下腐蝕因素的長(zhǎng)期侵蝕、降解等。 中科院金屬所科研人員把研究防護(hù)涂層體系重點(diǎn)瞄準(zhǔn)在解決打樁過(guò)程中的耐劃傷性、耐磨損性和長(zhǎng)期服役過(guò)程中抗海水滲透性、耐陰極剝離性和長(zhǎng)期濕態(tài)附著力、耐微生物等方面。 因?yàn)楦壑榘拇髽蛟O(shè)計(jì)壽命更長(zhǎng)，需要在已有鋼管樁涂層技術(shù)的基礎(chǔ)上研發(fā)出性能更加優(yōu)越的涂層以滿足要求。針對(duì)港珠澳大橋特定的海泥環(huán)境，中科院金屬所科研人員在大橋論證時(shí)起開(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)著手解決涂層的耐久性問(wèn)題，最終保證了涂層的120年耐久性設(shè)計(jì)要求。 李京稱：“港珠澳大橋基礎(chǔ)橋墩使用的混凝土是海工混凝土，海工混凝土除強(qiáng)度和拌合物的和易性應(yīng)滿足設(shè)計(jì)、施工要求外，在抗?jié)B性、抗凍性、抗蝕性、防止鋼筋銹蝕和抵抗冰凌撞擊方面都有更高的要求。因此，用于海工混凝土的鋼筋也要做特殊的防護(hù)?！?/p> 為此，中科院金屬所開(kāi)發(fā)出了一種高性能涂層鋼筋技術(shù)，并通過(guò)中國(guó)腐蝕學(xué)會(huì)組織的鑒定，認(rèn)為其性能超過(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(lèi)產(chǎn)品中處于國(guó)際領(lǐng)先水平。金屬所通過(guò)對(duì)高性能環(huán)氧涂層鋼筋技術(shù)指標(biāo)的實(shí)驗(yàn)研究和耐久性分析，預(yù)期可用于設(shè)計(jì)壽命120年的海洋鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)工程。 突破陰極保護(hù)難題 “如果涂層系統(tǒng)的研究可以預(yù)測(cè)而提前進(jìn)行研究的話，陰極保護(hù)系統(tǒng)的研發(fā)可以說(shuō)是遭遇戰(zhàn)，因?yàn)樵诨A(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確定之前陰極保護(hù)是無(wú)法進(jìn)行的。”李京說(shuō)，“港珠澳大橋的鋼管復(fù)合樁的陰極保護(hù)給耐久性設(shè)計(jì)提出了很大難題，這是因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)、安裝方式與以往的大橋鋼樁不同?！?/p> 以往跨海大橋的陰極保護(hù)重點(diǎn)均為浸在海水中鋼管樁的陰極保護(hù)，即以保護(hù)海水中的鋼管樁來(lái)計(jì)算犧牲陰極使用量和設(shè)計(jì)陰極保護(hù)安裝形式。而港珠澳大橋的多數(shù)鋼管復(fù)合樁位于混凝土承臺(tái)下的海泥中，對(duì)于以往大橋鋼管樁泥下區(qū)的陰極保護(hù)，僅認(rèn)為會(huì)消耗部分陰極保護(hù)電流而對(duì)于這部分的陰極保護(hù)效果不做深入探討。李京很清楚，如何實(shí)施港珠澳大橋的陰極保護(hù)，沒(méi)有先例可以借鑒。 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)合樁在貫入不同地質(zhì)層后陰極保護(hù)面臨的難題。首先，科研人員摒棄陰極保護(hù)傳統(tǒng)做法，大膽采用海水中安裝保護(hù)泥下區(qū)的新方法，通過(guò)海水中的犧牲陽(yáng)極發(fā)射陰極保護(hù)電流通過(guò)界面流向海泥中的鋼管，以此解決海泥中更換犧牲陽(yáng)極難度過(guò)大的問(wèn)題。 在完成初始設(shè)計(jì)后，還需要用計(jì)算來(lái)預(yù)測(cè)設(shè)計(jì)的合理性。雖然應(yīng)用計(jì)算機(jī)對(duì)海洋結(jié)構(gòu)采用數(shù)值技術(shù)設(shè)計(jì)陰極保護(hù)系統(tǒng)得到了迅速發(fā)展，但是，陰極保護(hù)模型是需要以電解質(zhì)為均勻介質(zhì)為假設(shè)前提，而實(shí)際環(huán)境中，鋼管樁經(jīng)過(guò)的地質(zhì)層在理化性能上差異很大。 金屬所科研人員在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，目前的陰極保護(hù)模型并不適合當(dāng)前港珠澳大橋鋼管復(fù)合樁的陰極保護(hù)設(shè)計(jì)。于是科研人員采取了巧妙方法，選取極端情況估算保護(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(lèi)似工程陰極保護(hù)設(shè)計(jì)的一種手段。 實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的標(biāo)準(zhǔn)，在完成計(jì)算驗(yàn)證后，科研人員決定進(jìn)行模擬試驗(yàn)，驗(yàn)證港珠澳跨海大橋鋼管復(fù)合樁陰極保護(hù)設(shè)計(jì)的可行性。盡管該試驗(yàn)結(jié)果不能完全反映實(shí)際陰極保護(hù)的狀態(tài)，也可以為檢驗(yàn)陰極保護(hù)的設(shè)計(jì)方式提供依據(jù)。 科研人員科研人員按照1：20的比例，模擬直徑2.2米，長(zhǎng)度90米的鋼管樁，裝置中的土壤環(huán)境也盡可能地模擬了港珠澳大橋鋼管復(fù)合樁穿越的地質(zhì)，即5層結(jié)構(gòu)。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)方式能滿足防護(hù)要求。 “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，則必須進(jìn)行原位陰極保護(hù)電位監(jiān)測(cè)。”李京指出，“而在當(dāng)時(shí)的海洋工程界，這一點(diǎn)還做不到，這是由于海泥下安裝探測(cè)設(shè)備太困難。” 為解決這個(gè)難題，中科院金屬所科研人員采取了鋼管內(nèi)壁安裝保護(hù)設(shè)施保護(hù)探頭的方法，將探頭伴隨著打樁深入近百米的海泥下，實(shí)施了原位監(jiān)測(cè)，這是在海洋工程界首次實(shí)現(xiàn)的。 原標(biāo)題：新型涂層“護(hù)衛(wèi)”港珠澳大橋120年壽命 |
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來(lái)自： 霃楓 > 《政治財(cái)經(jīng)》
