港珠澳大橋我國研製新型塗料挑戰120年耐久性科學頭條網

港珠澳大橋開工效果圖

萬眾矚目的港珠澳大橋日前正式開通。這座世界最長的跨海大橋設計標準打破了國內通常的“百年慣例”，制定了120年設計標準。其背後有一項護航的關鍵技術，是由中國科學院金屬研究所(簡稱中科院金屬所)自主研發的聯合防護技術。

中科院金屬所耐久性防護與工程化課題組負責人李京告訴經濟日報-中國經濟網記者：“我們完成了港珠澳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，並參與了大橋基礎的防腐塗裝施工，保障了大橋基礎120年耐久性設計要求。”

海水衝擊腐蝕是對跨海大橋的直接挑戰。針對港珠澳大橋特定的海泥環境，大橋論證時，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黏結強度。

120年的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。

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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以借鑑。

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。

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，隨後在港珠澳大橋實地進行1∶1工程足尺結構試驗驗證，結果表明新型陰極保護方式能滿足大橋基礎的防護要求。

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。

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。

這些防護技術的研發和應用使得港珠澳大橋實現120年設計標準。