我国研制新型涂料挑战120年耐久性 联合防护技术守护港珠澳大桥

万众瞩目的港珠澳大桥日前正式开通。这座世界最长的跨海大桥设计标准打破了国内通常的“百年惯例”，制定了120年设计标准。其背后有一项护航的关键技术，是由中国科学院金属研究所（简称中科院金属所）自主研发的联合防护技术。

中科院金属所耐久性防护与工程化课题组负责人李京告诉经济日报-中国经济网记者：“我们完成了港珠澳大桥基础钢管复合桩防护涂层工艺设计、阴极保护系统设计、原位腐蚀监测系统设计等，研制出用于大桥混凝土结构用的新一代高性能环氧涂层钢筋，并参与了大桥基础的防腐涂装施工，保障了大桥基础120年耐久性设计要求。”

海水冲击腐蚀是对跨海大桥的直接挑战。针对港珠澳大桥特定的海泥环境，大桥论证时，课题组就开展了相关涂层的研发工作，先后从涂层的抗渗透性、耐阴极剥离性等关键性能指标着手，研制新型涂料，解决涂层的耐久性问题。科研人员通过调整涂层配方和改善涂装工艺，降低了涂层的吸水率和溶出率，有效提高了涂层的抗渗透能力，增强了涂层与金属的黏结强度。

120年的耐久性设计要求仅仅依靠涂层防腐的防护手段是远远达不到的，必须与阴极保护技术联合使用。阴极保护技术是指通过电化学的方法，将需要保护的金属结构极化，使之电位向负向移动，达到免腐蚀电位，使金属结构处于被保护状态。

据介绍，以往我国跨海大桥的阴极保护重点是浸在海水中的钢管桩，而港珠澳大桥的多数钢管复合桩均位于混凝土承台下的海泥中，如何实施阴极保护没有先例可以借鉴。

中科院金属所科研人员针对该腐蚀环境和结构特点，重点研究了钢管复合桩在灌入不同地质层后阴极保护面临的难题，采取巧妙方法，选取极端边界参数推算保护效果，即计算在土壤电阻率最大和最小两种情况下，阴极保护的电位是否能达到保护要求，并将此作为类似工程阴极保护设计的一种手段，有效解决了复杂环境中阴极保护设计问题。

为验证钢管复合桩阴极保护设计的可行性，科研人员按照1∶20的比例进行了模拟实验，并尽可能地模拟了港珠澳大桥钢管复合桩穿越的地质环境。缩比模型实验证明该设计计算方法是正确可行的，随后在港珠澳大桥实地进行1∶1工程足尺结构试验验证，结果表明新型阴极保护方式能满足大桥基础的防护要求。

在模拟实验后，科研人员采取钢管内壁安装保护设施监测探头的方法，将探头伴随打桩深入近百米的海泥下实施原位监测，有效解决了在海泥下安装探测设备难的问题。采用这种方式安装探测设备，在全球海洋工程界尚属首次。

港珠澳大桥基础桥墩使用的混凝土是海工混凝土，除应满足设计、施工要求外，在抗渗性、抗蚀性、防止钢筋锈蚀和抵抗施工撞击方面都有更高的要求。为此，中科院金属所科研人员开发出一种高性能涂层钢筋技术，专家鉴定认为其技术性能超过现有国内外相关涂层钢筋的技术指标，在同类产品中处于国际领先水平，可满足港珠澳大桥工程需求。

这些防护技术的研发和应用使得港珠澳大桥实现120年设计标准。（经济日报-中国经济网记者 孙潜彤 通讯员 封 葑）