本刊記者| 王　元

 

　　地球表面71% 的面積是海洋，我國擁有300 多萬平方公里的藍色國土。目前海洋經濟正成為全球經濟新的增長點。隨著我國建設海洋強國戰略的確立，海洋資源的加快開發，沿海經濟的飛速發展。然而海洋新材料的發展仍然面臨著諸多問題， 海洋裝備和海洋工程用材料的腐蝕和生物污損問題也已經嚴重制約了我國建設海洋強國的步伐。值此海洋發展建設關鍵之際， 《腐蝕防護之友》記者對中交天津港灣工程研究院有限公司副總工程師、高級工程師、防腐技術研究所所長、中國腐蝕與防護協會常務理事馬化雄先生進行了以海洋防腐為主題的電話專訪。
 

海洋防腐
 

　　《腐蝕防護之友》：21 世紀是海洋的世紀，海洋強國戰略正當時，談談您對它的戰略意義的看法？

 

　　馬所長：海洋是生命的搖籃、資源的寶庫、經濟的紐帶、國防的前哨，是我國實現可持續發展的動力源泉。經過多年發展，我國已成為依賴海洋通道的外向型經濟大國，在全球擁有廣泛的海洋戰略利益。海洋興則國家興，海洋強則國家強。海洋強國戰略是保障國家安全、維護海洋權益和促進我國經濟發展，實現中華民族偉大復興中國夢的重要舉措。“21 世紀海上絲綢之路”和亞洲基礎設施投資銀行的逐步落實和發展，對于助推海洋強國戰略有著積極的意義。

 

　　海洋強國戰略的實施，給海洋工程領域帶來新的機遇和挑戰。一方面，海洋強國戰略需要大量的海洋工程和基礎設施作為依托，為海洋工程材料產業帶來了巨大的市場空間；另一方面，由于海洋環境的嚴酷腐蝕性，也對海洋工程材料提出了新的要求。正所謂機遇與挑戰并存，以海洋強國戰略實施為契機，大力發展我國海洋工程及相關材料產業，不僅為我國經濟注入了新的驅動力，而且也為海洋強國戰略的深度推進提供強有力的支持。

 

　　《腐蝕防護之友》：您是海洋材料這方面的權威專家，請詳細介紹一下你們的研究方向（比如海港工程鋼結構、混凝土結構腐蝕防護等等）？

 

　　馬所長：中交天津港灣工程研究院有限公司始建于1959 年，主要從事與港口、海岸、海洋及其他土木工程有關的工程技術研究和實踐工作，擁有天津港和錦州港兩個暴露試驗站。防腐專業在我單位有著悠久的歷史，經過多年發展，防腐所現已成為集科研、設計、施工和檢測于一體的綜合性研究所，現有三個主要研究方向： 海洋鋼結構腐蝕與防護技術、海洋鋼筋混凝土結構腐蝕與防護技術和海洋工程結構腐蝕與防護檢/ 監測及評估技術。

 

　　海洋鋼結構腐蝕與防護技術主要涉及陰極保護技術、涂層防腐技術、復層礦脂包覆防腐技術、金屬熱噴涂技術等。典型研究課題：天津港海工鋼結構犧牲陽極防腐蝕系統可用壽命的研究（國際先進）、不同海域新型礦脂包覆防蝕技術及示范（國家科技支撐計劃）、深中通道沉管鋼殼防腐技術研究等。

 

　　海洋鋼筋混凝土結構腐蝕與防護技術主要涉及混凝土涂層防腐技術、陰極保護技術、特種鋼筋技術、硅烷浸漬技術、阻銹劑技術、電化學處理技術等。典型研究課題：港珠澳大橋環氧涂層鋼筋防腐性能的影響因素研究、混凝土鋼筋犧牲陽極陰極保護技術研究、滲鋅鋼筋在海工混凝土構筑物中的防腐應用研究等。

 

　　海洋工程結構腐蝕與防護檢/ 監測及評估技術主要涉及海水、大氣、土壤、混凝土環境中鋼結構和鋼筋混凝土結構的腐蝕與防護檢/ 監測及評估技術，海洋工程結構腐蝕與防護調查，海洋腐蝕數據采集與共享等。典型研究課題：港工結構鋼筋腐蝕智能監測及可靠度評估技術研究（國際先進）、我國腐蝕狀況及控制戰略研究（港口碼頭部分）、港珠澳大橋主體工程CB03 標段耐久性監測系統的現場實施等。

 

　　《腐蝕防護之友》：鹽霧箱作為一種常用的腐蝕評價設備，在您的工作中會不會用到像鹽霧箱這種腐蝕評價方法？請介紹一下相關典型案例。

 

　　馬所長：鹽霧試驗是一種利用鹽霧試驗設備所創造的人工模擬鹽霧環境條件來考核金屬材料或電子元件、零部件、涂料等產品耐腐蝕性能的環境試驗。鹽霧試驗操作簡便，試驗條件嚴酷，與現場暴露試驗相比，得到試驗結果的時間大大縮短， 為各類材料耐鹽霧性能研究提供了統一的平臺和方法。基于上述優點，鹽霧試驗備受青睞，被眾多海洋工程相關標準規范所采用，如JTS 153-3-2007《海港工程鋼結構防腐蝕技術規范》、GB/T 18226-2015《公路交通工程鋼構件防腐技術條件》、JT/T 722-2008《公路橋梁鋼結構防腐涂裝技術條件》、JT/T 694-2007 《懸索橋主纜系統防腐涂裝技術條件》、JT/T 733-2008 《港口機械鋼結構表面防腐涂層技術條件》、NB/T 31006-2011 《海上風電場鋼結構防腐蝕技術標準》等。

 

　　上述規范在我們單位的工作中經常被采用，因此鹽霧試驗箱也就成為我單位必備的重要設備。目前，常用的鹽霧腐蝕有中性鹽霧（NSS）試驗、醋酸鹽霧（ASS） 試驗、銅加速的醋酸鹽霧（CASS） 試驗等， 其中中性鹽霧（NSS）試驗在我單位使用最廣泛，主要用于評價各類防腐蝕涂料、碳鋼、低合金鋼、不銹鋼、金屬涂覆層、金屬復合材料、復層礦脂包覆防蝕系統用防蝕礦脂等材料的耐鹽霧性能，并供相關工程選材、耐鹽霧質量評判或防腐性能對比研究所用。

 

　　鹽霧試驗是工程選材或耐鹽霧質量評判的有效手段，被廣泛用于海洋工程。然而實際工程中，出于對結構安全性和耐久性的考慮，往往更看重現場暴露試驗的結果。但是，現場暴露試驗周期較長，而且工作量大。將現場暴露試驗與鹽霧試驗相結合，建立兩者腐蝕速度的對應關系，不僅能夠發揮鹽霧試驗周期短的優勢，而且可使所得試驗結果更加接近實際情況。此外，在鹽霧試驗過程中耦合其它作用，如荷載、應力、老化等，則能更準確地預測海洋工程材料的使用壽命。

 

　　如上所述的現場暴露試驗和鹽霧試驗數據極其寶貴，需要大量研究工作和長期積累。若能通過我國廣大防腐工作者的共同努力和協同合作，建立不同材料、不同鹽霧模擬環境與實際海洋腐蝕環境對應關系的數據庫，不僅可以加快我國海洋工程耐蝕材料的研發速度，而且對于提升新型防腐技術的推廣應用效率也有著重要意義。

 

　　《腐蝕防護之友》：談談我國海洋工程材料的現狀和存在的主要問題？

 

　　馬所長：海洋工程是指以開發、利用、保護、恢復海洋資源為目的，并且工程主體位于海岸線向海一側的新建、改建、擴建工程。海洋工程類型繁多，具體包括海港工程、跨海大橋、人工島、海底隧道等。按照水深和空間劃分，海洋工程可分為海岸工程、離岸工程和深水工程等。盡管海洋工程類型多樣，但按工程結構所使用的材料劃分，可分為鋼結構、鋼筋混凝土結構和組合結構。另外，防腐材料作為保障海洋環境中工程結構耐久性的關鍵，也是重要的海洋工程材料。基于此，可將海洋工程材料分為鋼材料、鋼筋混凝土材料和防腐材料三類。

 

　　海洋工程屬于大型工程，材料用量很大，因此其主體結構一般都采用成本較低的材料。以海港工程為例，最常用的結構鋼材主要有低碳鋼（如Q235）、低合金鋼（如Q345）等，常用的鋼筋混凝土結構材料主要是普通混凝土、高性能混凝土、普通鋼筋（ 如II 級螺紋鋼筋） 等。

 

　　海洋工程防腐是一個復雜的系統工程， 不同結構和腐蝕區域采用防腐材料不盡相同。對于海港工程鋼結構而言，常用的防腐材料有防腐涂料、復層礦脂包覆材料、陰極保護材料、金屬噴涂材料等。對于海港工程鋼筋混凝土結構而言，常用的防腐材料有防腐涂料、特種鋼筋（不銹鋼筋、環氧涂層鋼筋、滲鍍鋅鋼筋等）、阻銹劑、玻璃鋼包覆材料、硅烷浸漬材料、陰極保護材料等。

 

　　鋼材、鋼筋混凝土材料及防腐材料的組合形式，既經濟又能達到相應的功能需求，被廣泛應用于海洋工程領域。然而， 防腐材料實施后并非一勞永逸，受施工質量、環境變化等因素影響，其在運行過程中，也會逐步劣化或被破壞，導致性能下降或失效。一旦防腐材料性能下降或失效， 鋼材及鋼筋混凝土材料就會遭受腐蝕，影響整體結構安全性和耐久性。

 

　　例如：涂層受施工、運輸、外力作用等因素的影響，常會出現局部破損，工程上通常的作法是進行補涂。大量實踐和檢測表明，涂層局部破損補涂修復后的效果并不理想，一般在1~3 年就會發生破損或鼓泡等現象。此時，海洋工程已在海上運行， 受眾多因素影響，再用涂料修補就會比較困難，特別是在水位變動區和浪濺區等潮濕的部位，涂料修補難度極大。若涂層局部破損不能及時修復，隨著時間的推移， 破損面積將逐步增大，直至涂層整體失效。目前常用海洋防腐涂料的質量都較好，然而正是由于施工過程中造成的缺陷導致了涂層防腐性能的下降。

 

　　又如：理論上講，當鋁合金犧牲陽極質量合格、設計合理時，只要陽極所處海洋環境狀態良好，陽極將按正常速度逐步消耗直至壽命結束。然而實際上，由于海洋環境的復雜性和工程使用的需要，鋁合金犧牲陽極常處于不利的工作環境中，如在回淤港口被淤積的海泥掩埋、被海生物覆蓋等。這樣的環境變化，會造成陽極的不均勻溶解，使得陽極性能下降、壽命縮短，嚴重影響陰極保護的效果和年限。目前的犧牲陽極材料在海水中有著良好的工作性能，然而正是環境的變化使得陽極材料表面發生改變，使得其工作性能下降甚至失效。

 

　　隨著我國經濟的飛速發展，環保意識和可持續發展理念的深入貫徹，對碼頭和跨海大橋的耐久性提出了新的要求。近些年所建成的跨海大橋，如東海大橋、青島海灣大橋和杭州灣跨海大橋的設計壽命都達到了100 年。近期在建的港珠澳大橋的設計使用年限更是達到了120 年。新的耐久性要求也給海洋工程材料提出了更高的要求，如何從材料角度或防腐材料有效組合角度，實現海洋工程結構的長壽命化也是海洋工程材料面臨的主要問題。

 

　　綜上所述，海洋工程材料要達到應有的功能，不僅需要材料本身質量過關、防腐效果達標，而且需要良好的現場實施。然而，海洋環境復雜多變，海洋工程影響因素眾多，常使得防腐材料不能達到預期的防腐壽命和效果。因此，對海洋工程進行定期檢查或實時監測就顯得尤為重要， 它可為及時發現腐蝕破壞、及早采取預防維護措施提供技術支持，對于延長結構使用壽命和降低后期維護費用有著重要意義。

 

　　另外，我國在高性能工程結構材料方面，與國外仍有一定差距，一些海洋工程裝備材料嚴重依賴進口。我國海洋工程材料的產學研用脫節，基礎研究薄弱，應用研究不足，受經濟因素和傳統思想的影響， 海洋工程新材料難以得到廣泛認可，推廣應用困難。海洋工程材料存在問題，同樣也有很大發展空間。以海洋強國戰略實施為契機，加強海洋工程材料基礎和應用研究，促進工程材料數據共享，推動產學研用一體化，對于助推我國海洋工程材料產業科學、健康、快速發展有著重要意義。

 

　　《腐蝕防護之友》：海洋強國戰略的確立，海洋用新材料產業已成為當今科技創新最為活躍的領域之一。您對于未來海洋材料研發有什么看法？

 

　　馬所長：海洋強國戰略的確立以及陸續進入修復期的海洋工程，不僅為海洋用新材料產業提供了廣闊的市場空間，而且對海洋用新材料產業提出了新的要求。海洋用新材料產業提供了廣闊的基于我國海洋工程材料的現狀和存在的主要問題，我認為未來海洋材料的研發有如下重要方向：

 

　　1、低成本高耐久性的海洋工程結構材料，如金屬復合材料、金屬- 非金屬復合材料、耐蝕鋼筋、特種高分子材料等。

 

　　2、耐極端環境海洋環境的長效防腐材料，如高性能海洋防腐涂料、陰極保護用高性能防海水電纜材料等。

 

　　3、長效且施工方便的海洋防腐修復材料，如復層礦脂包覆防蝕材料、海泥環境用犧牲陽極材料、氧化聚合型包覆防蝕材料等。

 

　　4、長效高性能特種材料，如深海工程材料、深海犧牲陽極、高強度海洋用鋼、耐生物腐蝕材料、海洋工程裝備用關鍵材料等。