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联合防护技术守护港珠澳大桥 挑战120年耐久性

2018-12-16 10:26 来源:经济日报 参与互动 
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  中国科学院金属研究所研制新型涂料,挑战120年耐久性

  联合防护技术守护港珠澳大桥

  本报记者 孙潜彤 通讯员 封 葑

  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。

  孙潜彤

【编辑:房家梁】
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