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備受矚目的港珠澳大橋日前正式開通。 這座世界長跨海大橋的設(shè)計標準打破了國內(nèi)一般的百年慣例，制定了120年的設(shè)計標準。 其背后是中科院金屬研究所(中科院金屬所)自主開發(fā)的聯(lián)合防護技術(shù)——護航關(guān)鍵技術(shù)。

中國科學(xué)院金屬所耐久性防護工程化課題組負責(zé)人李京告訴經(jīng)濟日報記者。 完成了港珠澳大橋基礎(chǔ)鋼管復(fù)合樁防護涂層技術(shù)設(shè)計、陰極保護系統(tǒng)設(shè)計、原位腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計等，開發(fā)了大橋混凝土結(jié)構(gòu)用的新一代高性能環(huán)氧涂層鋼筋，參與了大橋基礎(chǔ)的防腐涂裝工程，保障了大橋基礎(chǔ)的120年耐久性設(shè)計要求。

海水沖擊腐蝕是對跨海大橋的直接挑戰(zhàn)。 與港珠澳大橋特定的海泥環(huán)境進行對比，大橋論證時，課題組開展了相關(guān)涂層的研制，從涂層的抗?jié)B性、抗陰極剝落性等重要性能指標出發(fā)研制了新的涂料，處理了涂層的耐久性問題。 科研人員通過調(diào)整涂層配方、改進涂裝工藝，降低涂層吸水率和溶出率，比較有效地提高了涂層的防滲能力，加強了涂層與金屬的粘結(jié)強度。

120年的耐久性設(shè)計要求僅靠涂層防腐的防護手段是不夠的，必須與陰極保護技術(shù)結(jié)合使用。 陰極保護技術(shù)是將需要電化學(xué)保護的金屬結(jié)構(gòu)極化，使電位向負方向移動，達到不腐蝕的電位，使金屬結(jié)構(gòu)處于受保護的狀態(tài)。

據(jù)介紹，以往我國跨海大橋的陰極保護要點是海水浸泡的鋼管樁，但港珠澳大橋的鋼管復(fù)合樁大多位于混凝土承臺下的海泥中，如何實施陰極保護是史無前例的。

中科院金屬所的科研人員比較了該腐蝕環(huán)境和結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，重點研究了鋼管復(fù)合樁流入不同地質(zhì)層后，陰極保護面臨的難題，運用巧妙的方法，選取了極端的邊界參數(shù)估算了保護效果。 即在土壤電阻率大和小的情況下計算陰極保護的電位是否滿足保護要求，以此作為工程陰極保護設(shè)計的一種手段，有效地處理了許多復(fù)雜環(huán)境中的陰極保護設(shè)計問題。

為了驗證鋼管復(fù)合樁陰極保護設(shè)計的可行性，科研人員以1∶20的比例進行了模擬，盡量模擬港珠澳大橋鋼管復(fù)合樁穿越的地質(zhì)環(huán)境。 縮比模型實驗表明該設(shè)計計算方法準確可行，然后在港珠澳大橋現(xiàn)場進行了1:1工程足尺結(jié)構(gòu)試驗驗證，結(jié)果表明新型陰極保護方法能夠滿足大橋的基礎(chǔ)性防護要求。

模擬后，科研人員采用鋼管內(nèi)壁設(shè)置保護設(shè)施監(jiān)測探測器的做法，將探測器在隨打樁深入近100米的海底泥土下進行原位監(jiān)測，比較有效地處理了海底泥土下安裝探測設(shè)備的難題。 用這種方法安裝探測設(shè)備，在世界海洋工程界還是屬。

港珠澳大橋基礎(chǔ)橋墩采用的混凝土是海工混凝土，除了滿足設(shè)計、施工要求外，在防滲、耐腐蝕、鋼筋防銹和施工抗碰撞方面有更高的要求。 為此，中科院金屬所的科研人員開發(fā)了高性能涂層鋼筋技術(shù)，專家鑒定其技術(shù)性超過了目前國內(nèi)外相關(guān)涂層鋼筋的技術(shù)指標，在同類產(chǎn)品中處于國際領(lǐng)先水平，能夠滿足港珠澳大橋工程的訴求。

通過這些防護技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用，港珠澳大橋?qū)崿F(xiàn)了120年的設(shè)計標準。