高性能塗層鋼筋在港珠澳大橋現場應用
腐蝕監測探頭安裝與防護
中科院金屬所參與港珠澳大橋埋置承臺足尺試驗研究項目
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，港珠澳大橋的設計標準更是打破了國內通常的“百年慣例”，制定了120年設計標準。這其中，由中國科學院金屬研究所自主研發的“SEBF/SLF高性能塗層加犧牲陽極”聯合防護技術功不可沒。
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記者：“我們完成了大橋基礎鋼管複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，研製出用於大橋混凝土結構用的新一代高性能環氧塗層鋼筋，並參與大橋基礎的防腐塗裝施工，保障了港珠澳大橋基礎120年耐久性設計要求。”
挑戰120年耐久性設計
中科院金屬所材料耐久性防護與工程化研究始於20世紀90年代，20多年來獲得專利50多項，但針對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，這對中科院金屬所科研人員提出了新的挑戰。
李京告訴記者，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，研製新型塗料，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，降低了塗層的吸水率和溶出率，有效提高了塗層的抗滲透能力，增強了塗層與金屬的粘結強度。
有效解決複雜環境中保護難題
120年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複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鑑。
中科院金屬所科研人員針對該腐蝕環境和結構特點，重點研究了鋼管複合樁在灌入不同地質層後陰極保護面臨的難題，採取巧妙方法，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，有效解決了複雜環境中陰極保護設計問題。
全球海洋工程界尚屬首次
為驗證鋼管複合樁陰極保護設計的可行性，科研人員按照1∶20的比例進行了模擬實驗，並儘可能地模擬了港珠澳大橋鋼管複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，隨後在港珠澳大橋址實地進行1∶1工程足尺結構試驗驗證，結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鋼管複合樁，在模擬實驗後，科研人員採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。採用這種方式安裝探測設備，在全球海洋工程界尚屬首次。
研發高性能塗層鋼筋技術
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、防止鋼筋鏽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，專家鑑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。港珠澳大橋的設計和建設過程，均採用了中科院金屬所研製的高性能塗層鋼筋技術及標準。混凝土中鋼筋不受腐蝕，混凝土的強度也就有了保證。正是應用了以上綜合技術，才使港珠澳大橋達到120年設計標準。
瀋陽日報、沈報融媒記者封葑
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