杭州灣跨海大橋鋼管樁

在海洋開(kāi)發(fā)利用的過(guò)程中，基礎(chǔ)設(shè)施和重要工業(yè)設(shè)施的腐蝕問(wèn)題日益嚴(yán)重，已成為影響船舶、近海工程、深遠(yuǎn)海裝備安全性、可靠性和壽命的最重要因素。

“針對(duì)金屬材料在海洋環(huán)境下腐蝕嚴(yán)重、壽命低的問(wèn)題，近年來(lái)我們突破了重腐蝕防護(hù)涂層、高性能涂層和陰極保護(hù)聯(lián)合防護(hù)、新一代耐腐蝕涂層鋼筋及其工程化等技術(shù)。”日前，中國(guó)科學(xué)院金屬研究所（以下簡(jiǎn)稱金屬所）海洋工程重腐蝕防護(hù)技術(shù)研究與應(yīng)用項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人李京在接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》采訪時(shí)表示，“這些技術(shù)將為國(guó)家從近海走向深海、建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó)提供服務(wù)和支撐。”

國(guó)外技術(shù)“水土不服”

20世紀(jì)90年代中期，金屬所開(kāi)始組建重腐蝕防護(hù)技術(shù)及工程化項(xiàng)目組。當(dāng)年，熔融結(jié)合環(huán)氧粉末涂料是一種熱固性防腐涂料，已被一些發(fā)達(dá)國(guó)家的業(yè)內(nèi)人士公認(rèn)為埋地管道首選的防護(hù)涂料，但這一產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)尚屬空白。

以此為切入點(diǎn)，項(xiàng)目組開(kāi)展了與涂層性能相關(guān)的基礎(chǔ)研究，先后開(kāi)發(fā)出兩大系列重防腐涂料， 分別是SEBF熔融結(jié)合環(huán)氧粉末涂料和 SLF高分子復(fù)合液體涂料，并應(yīng)用于石油化工、煤炭能源、化學(xué)纖維等行業(yè)。

項(xiàng)目組還研發(fā)了耐電解液和耐摩擦的電解銅種板邊框防護(hù)技術(shù)，化纖車(chē)間在強(qiáng)腐蝕化學(xué)介質(zhì)中異型設(shè)備的防腐，各種強(qiáng)腐蝕環(huán)境下使用的風(fēng)機(jī)、泵、閥的防腐，減阻、耐磨管道的防腐技術(shù)等。

20世紀(jì)90年代末，我國(guó)第一座核電站——秦山核電站在建設(shè)過(guò)程中遭遇海水冷卻系統(tǒng)腐蝕難題，國(guó)外的技術(shù)方案因“水土不服”面臨尷尬境地。

“國(guó)外的耐海水鋼材在當(dāng)?shù)厥褂梅错懞芎茫瑓s不適合秦山核電站當(dāng)?shù)氐暮Ｑ蟓h(huán)境。”李京解釋道，“這是因?yàn)槌撕Ｋ疂q落潮的海洋環(huán)境，這里還面臨著泥沙沖刷以及海水和淡水交替帶來(lái)的新的腐蝕問(wèn)題。”

發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后，秦山核電站開(kāi)始尋求援助，金屬所研發(fā)的重防腐涂料派上了用場(chǎng)。該涂料經(jīng)過(guò)驗(yàn)證后當(dāng)即被用戶采納，解決了秦山核電站海水冷卻系統(tǒng)的管道、管件、泵、閥、波紋管等部件的腐蝕防護(hù)問(wèn)題。

緊接著，項(xiàng)目組又在2002年初西氣東輸彎管防腐工程中標(biāo)。李京告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》：“我們?cè)O(shè)計(jì)的專用彎管防腐涂裝生產(chǎn)線，一個(gè)月就在現(xiàn)場(chǎng)建成并調(diào)試成功，首先在國(guó)內(nèi)實(shí)現(xiàn)了大型復(fù)雜工件多層熔結(jié)涂層技術(shù)的應(yīng)用。”

“重要的技術(shù)選擇”

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，海洋工程結(jié)構(gòu)材料（橋梁）和裝備材料（船舶）均對(duì)超長(zhǎng)壽命、耐久性提出需求，項(xiàng)目組大顯身手的機(jī)會(huì)也隨之到來(lái)。

2003年11月14日，寧波杭州灣跨海大橋在中引橋C28號(hào)橋墩所在的位置順利打下了主體工程第一根樁，這根鋼管樁的一大特色是經(jīng)過(guò)了整體防腐蝕處理，背后的技術(shù)團(tuán)隊(duì)正是來(lái)自金屬所。

在建設(shè)之初，寧波杭州灣跨海大橋的設(shè)計(jì)使用壽命要求達(dá)到100年，支撐大橋的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)由直徑1.5～1.6米、長(zhǎng)度達(dá)88米的整體鋼管樁組成，單件鋼管樁重量在70噸以上。“如何實(shí)現(xiàn)跨海大橋鋼管樁的全面腐蝕控制是橋梁設(shè)計(jì)與工程中的難題。”李京回憶道，“經(jīng)過(guò)調(diào)查研究和設(shè)計(jì)，我們項(xiàng)目組提出了以高性能復(fù)合涂層為主、輔以犧牲陽(yáng)極聯(lián)合防護(hù)的創(chuàng)意。”

“由于沒(méi)有成熟經(jīng)驗(yàn)可借鑒，為了在施工中不破壞高性能涂層，陽(yáng)極塊安裝避免水下焊接，主要采用水下安裝、水上焊接的創(chuàng)新方法。”李京介紹道，“結(jié)果表明這種方案是經(jīng)濟(jì)、有效和可行的，為國(guó)家重大工程特別是海洋工程中的重防腐開(kāi)辟了全新的道路。”

從杭州灣跨海大橋到舟山連島金塘大橋、再到港珠澳大橋，李京帶領(lǐng)項(xiàng)目組經(jīng)過(guò)20多年的歷練，在海洋工程重防腐領(lǐng)域不斷取得技術(shù)和應(yīng)用的突破。“這些成果已經(jīng)成為海洋工程用戶在重防腐防護(hù)領(lǐng)域重要的技術(shù)選擇。”李京這樣告訴記者。

此番結(jié)論并不夸張。“以港珠澳大橋?yàn)槔層脩粝嘈抨帢O保護(hù)確實(shí)能保護(hù)海泥下的基礎(chǔ)鋼管復(fù)合樁，則必須進(jìn)行原位陰極保護(hù)電位監(jiān)測(cè)。”李京說(shuō)，“而在當(dāng)時(shí)的海洋工程界，由于鋼樁打入工藝的限制，在鋼樁的海泥以下安裝監(jiān)測(cè)探頭非常困難，這一點(diǎn)基本做不到。”

為解決這個(gè)難題，項(xiàng)目組設(shè)計(jì)了新型耐沖擊組合探頭，并在鋼管內(nèi)壁設(shè)計(jì)了探頭和通信電纜保護(hù)裝置，探頭伴隨著打樁施工深入近百米的海泥下，實(shí)施了腐蝕防護(hù)的原位監(jiān)測(cè)。“這在海洋工程界還是首次。”李京表示。

國(guó)產(chǎn)化的新出路

在工程化應(yīng)用的過(guò)程中，李京發(fā)現(xiàn)了一些問(wèn)題。

一方面，我國(guó)是海洋大國(guó)，卻不是海洋強(qiáng)國(guó)，海洋經(jīng)濟(jì)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占比不大，但未來(lái)前景廣闊。另一方面，我國(guó)腐蝕現(xiàn)狀存在歷史問(wèn)題，早年我國(guó)海洋腐蝕防護(hù)水平較為落后，在研究環(huán)境和支撐平臺(tái)方面幾乎是空白，大多參考國(guó)外海洋工程技術(shù)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，但很多技術(shù)資料國(guó)外對(duì)我國(guó)實(shí)施封鎖。

此外，隨著國(guó)外巨頭紛紛涌進(jìn)中國(guó)市場(chǎng)，國(guó)內(nèi)重防腐涂料市場(chǎng)很大程度被國(guó)外企業(yè)壟斷。“雖然我們掌握了核心技術(shù)，并較早注冊(cè)商標(biāo)，具備一定技術(shù)優(yōu)勢(shì)，但面對(duì)國(guó)外競(jìng)爭(zhēng)者，我們?nèi)狈κ袌?chǎng)優(yōu)勢(shì)。”李京說(shuō)。

有弊也有利。“國(guó)外企業(yè)分工較細(xì)，做材料的不做裝備，做裝備的不做工藝標(biāo)準(zhǔn)，做工程的把材料、裝備買(mǎi)來(lái)按照工藝標(biāo)準(zhǔn)施工。”李京告訴記者，團(tuán)隊(duì)正在將這三者進(jìn)行綜合研究，希望摸索出一條新的出路，實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。

在參與杭州灣跨海大橋建設(shè)前，李京團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開(kāi)始嘗試做工程標(biāo)準(zhǔn)。“此前我們大多采用ISO12944標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)雖然對(duì)操作工藝步驟有約束，但對(duì)材料理化性能沒(méi)有明確約束，導(dǎo)致生產(chǎn)成本高低不一，我國(guó)很多工程的腐蝕防護(hù)也因此吃了虧。”

杭州灣跨海大橋不僅驗(yàn)證了李京團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的重腐蝕防護(hù)技術(shù)，也讓團(tuán)隊(duì)制定了一套該工程專用標(biāo)準(zhǔn)，還參與了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)編制。“我們當(dāng)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)比后來(lái)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求還高。”李京向記者透露。

對(duì)目前的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，李京并不滿意，他認(rèn)為市場(chǎng)有需求，但產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程有點(diǎn)慢，有必要引入技術(shù)經(jīng)理人團(tuán)隊(duì)，以更好地推動(dòng)重腐蝕防護(hù)技術(shù)在近海和深遠(yuǎn)海的應(yīng)用。

另外，李京還希望建設(shè)新型涂層鋼鐵產(chǎn)品平臺(tái)，在鋼鐵企業(yè)對(duì)部分鋼鐵產(chǎn)品進(jìn)行預(yù)涂裝，施工單位在現(xiàn)場(chǎng)直接應(yīng)用，既可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、降低施工單位建設(shè)成本，又可為鋼鐵行業(yè)創(chuàng)造新的利潤(rùn)增長(zhǎng)點(diǎn)，滿足市場(chǎng)需求。