“联合防护技术守护港珠澳大桥”

备受瞩目的港珠澳大桥日前正式开通。 这座世界长跨海大桥的设计标准打破了国内一般的百年惯例，制定了120年的设计标准。 其背后是中科院金属研究所(中科院金属所)自主开发的联合防护技术——护航关键技术。

中国科学院金属所耐久性防护工程化课题组负责人李京告诉经济日报记者。 完成了港珠澳大桥基础钢管复合桩防护涂层技术设计、阴极保护系统设计、原位腐蚀监测系统设计等，开发了大桥混凝土结构用的新一代高性能环氧涂层钢筋，参与了大桥基础的防腐涂装工程，保障了大桥基础的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。 与港珠澳大桥特定的海泥环境进行对比，大桥论证时，课题组开展了相关涂层的研制，从涂层的抗渗性、抗阴极剥落性等重要性能指标出发研制了新的涂料，处理了涂层的耐久性问题。 科研人员通过调整涂层配方、改进涂装工艺，降低涂层吸水率和溶出率，比较有效地提高了涂层的防渗能力，加强了涂层与金属的粘结强度。

120年的耐久性设计要求仅靠涂层防腐的防护手段是不够的，必须与阴极保护技术结合使用。 阴极保护技术是将需要电化学保护的金属结构极化，使电位向负方向移动，达到不腐蚀的电位，使金属结构处于受保护的状态。

据介绍，以往我国跨海大桥的阴极保护要点是海水浸泡的钢管桩，但港珠澳大桥的钢管复合桩大多位于混凝土承台下的海泥中，如何实施阴极保护是史无前例的。

中科院金属所的科研人员比较了该腐蚀环境和结构的优势，重点研究了钢管复合桩流入不同地质层后，阴极保护面临的难题，运用巧妙的方法，选取了极端的边界参数估算了保护效果。 即在土壤电阻率大和小的情况下计算阴极保护的电位是否满足保护要求，以此作为工程阴极保护设计的一种手段，有效地处理了许多复杂环境中的阴极保护设计问题。

为了验证钢管复合桩阴极保护设计的可行性，科研人员以1∶20的比例进行了模拟，尽量模拟港珠澳大桥钢管复合桩穿越的地质环境。 缩比模型实验表明该设计计算方法准确可行，然后在港珠澳大桥现场进行了1:1工程足尺结构试验验证，结果表明新型阴极保护方法能够满足大桥的基础性防护要求。

模拟后，科研人员采用钢管内壁设置保护设施监测探测器的做法，将探测器在随打桩深入近100米的海底泥土下进行原位监测，比较有效地处理了海底泥土下安装探测设备的难题。 用这种方法安装探测设备，在世界海洋工程界还是属。

港珠澳大桥基础桥墩采用的混凝土是海工混凝土，除了满足设计、施工要求外，在防渗、耐腐蚀、钢筋防锈和施工抗碰撞方面有更高的要求。 为此，中科院金属所的科研人员开发了高性能涂层钢筋技术，专家鉴定其技术性超过了目前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，能够满足港珠澳大桥工程的诉求。

通过这些防护技术的开发和应用，港珠澳大桥实现了120年的设计标准。