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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(biāo)準(zhǔn)打破了國內(nèi)一般的百年慣例，制定了120年的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。 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(hù)技術(shù)——護(hù)航關(guān)鍵技術(shù)。

中國科學(xué)院金屬所耐久性防護(hù)工程化課題組負(fù)責(zé)人李京告訴經(jīng)濟(jì)日報記者。 完成了港珠澳大橋基礎(chǔ)鋼管復(fù)合樁防護(hù)涂層技術(shù)設(shè)計、陰極保護(hù)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(jìn)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(biāo)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(jìn)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(hù)手段是不夠的，必須與陰極保護(hù)技術(shù)結(jié)合使用。 陰極保護(hù)技術(shù)是將需要電化學(xué)保護(hù)的金屬結(jié)構(gòu)極化，使電位向負(fù)方向移動，達(dá)到不腐蝕的電位，使金屬結(jié)構(gòu)處于受保護(hù)的狀態(tài)。

據(jù)介紹，以往我國跨海大橋的陰極保護(hù)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(hù)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(hù)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(hù)效果。 即在土壤電阻率大和小的情況下計算陰極保護(hù)的電位是否滿足保護(hù)要求，以此作為工程陰極保護(hù)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(hù)設(shè)計問題。

為了驗證鋼管復(fù)合樁陰極保護(hù)設(shè)計的可行性，科研人員以1∶20的比例進(jìn)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(zhǔn)確可行，然后在港珠澳大橋現(xiàn)場進(jìn)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(hù)方法能夠滿足大橋的基礎(chǔ)性防護(hù)要求。

模擬后，科研人員采用鋼管內(nèi)壁設(shè)置保護(hù)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(jìn)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(biāo)，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(hù)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(biāo)準(zhǔn)。