杭州灣跨海大橋鋼管樁

在海洋開發利用的過程中，基礎設施和重要工業設施的腐蝕問題日益嚴重，已成為影響船舶、近海工程、深遠海裝備安全性、可靠性和壽命的最重要因素。

“針對金屬材料在海洋環境下腐蝕嚴重、壽命低的問題，近年來我們突破了重腐蝕防護涂層、高性能涂層和陰極保護聯合防護、新一代耐腐蝕涂層鋼筋及其工程化等技術。”日前，中國科學院金屬研究所（以下簡稱金屬所）海洋工程重腐蝕防護技術研究與應用項目團隊負責人李京在接受《中國科學報》采訪時表示，“這些技術將為國家從近海走向深海、建設海洋強國提供服務和支撐。”

國外技術“水土不服”

20世紀90年代中期，金屬所開始組建重腐蝕防護技術及工程化項目組。當年，熔融結合環氧粉末涂料是一種熱固性防腐涂料，已被一些發達國家的業內人士公認為埋地管道首選的防護涂料，但這一產品在國內尚屬空白。

以此為切入點，項目組開展了與涂層性能相關的基礎研究，先后開發出兩大系列重防腐涂料， 分別是SEBF熔融結合環氧粉末涂料和 SLF高分子復合液體涂料，并應用于石油化工、煤炭能源、化學纖維等行業。

項目組還研發了耐電解液和耐摩擦的電解銅種板邊框防護技術，化纖車間在強腐蝕化學介質中異型設備的防腐，各種強腐蝕環境下使用的風機、泵、閥的防腐，減阻、耐磨管道的防腐技術等。

20世紀90年代末，我國第一座核電站——秦山核電站在建設過程中遭遇海水冷卻系統腐蝕難題，國外的技術方案因“水土不服”面臨尷尬境地。

“國外的耐海水鋼材在當地使用反響很好，卻不適合秦山核電站當地的海洋環境。”李京解釋道，“這是因為除了海水漲落潮的海洋環境，這里還面臨著泥沙沖刷以及海水和淡水交替帶來的新的腐蝕問題。”

發現問題后，秦山核電站開始尋求援助，金屬所研發的重防腐涂料派上了用場。該涂料經過驗證后當即被用戶采納，解決了秦山核電站海水冷卻系統的管道、管件、泵、閥、波紋管等部件的腐蝕防護問題。

緊接著，項目組又在2002年初西氣東輸彎管防腐工程中標。李京告訴《中國科學報》：“我們設計的專用彎管防腐涂裝生產線，一個月就在現場建成并調試成功，首先在國內實現了大型復雜工件多層熔結涂層技術的應用。”

“重要的技術選擇”

進入21世紀以來，海洋工程結構材料（橋梁）和裝備材料（船舶）均對超長壽命、耐久性提出需求，項目組大顯身手的機會也隨之到來。

2003年11月14日，寧波杭州灣跨海大橋在中引橋C28號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過了整體防腐蝕處理，背后的技術團隊正是來自金屬所。

在建設之初，寧波杭州灣跨海大橋的設計使用壽命要求達到100年，支撐大橋的基礎結構由直徑1.5～1.6米、長度達88米的整體鋼管樁組成，單件鋼管樁重量在70噸以上。“如何實現跨海大橋鋼管樁的全面腐蝕控制是橋梁設計與工程中的難題。”李京回憶道，“經過調查研究和設計，我們項目組提出了以高性能復合涂層為主、輔以犧牲陽極聯合防護的創意。”

“由于沒有成熟經驗可借鑒，為了在施工中不破壞高性能涂層，陽極塊安裝避免水下焊接，主要采用水下安裝、水上焊接的創新方法。”李京介紹道，“結果表明這種方案是經濟、有效和可行的，為國家重大工程特別是海洋工程中的重防腐開辟了全新的道路。”

從杭州灣跨海大橋到舟山連島金塘大橋、再到港珠澳大橋，李京帶領項目組經過20多年的歷練，在海洋工程重防腐領域不斷取得技術和應用的突破。“這些成果已經成為海洋工程用戶在重防腐防護領域重要的技術選擇。”李京這樣告訴記者。

此番結論并不夸張。“以港珠澳大橋為例，要讓用戶相信陰極保護確實能保護海泥下的基礎鋼管復合樁，則必須進行原位陰極保護電位監測。”李京說，“而在當時的海洋工程界，由于鋼樁打入工藝的限制，在鋼樁的海泥以下安裝監測探頭非常困難，這一點基本做不到。”

為解決這個難題，項目組設計了新型耐沖擊組合探頭，并在鋼管內壁設計了探頭和通信電纜保護裝置，探頭伴隨著打樁施工深入近百米的海泥下，實施了腐蝕防護的原位監測。“這在海洋工程界還是首次。”李京表示。

國產化的新出路

在工程化應用的過程中，李京發現了一些問題。

一方面，我國是海洋大國，卻不是海洋強國，海洋經濟在國民經濟中占比不大，但未來前景廣闊。另一方面，我國腐蝕現狀存在歷史問題，早年我國海洋腐蝕防護水平較為落后，在研究環境和支撐平臺方面幾乎是空白，大多參考國外海洋工程技術應用經驗，但很多技術資料國外對我國實施封鎖。

此外，隨著國外巨頭紛紛涌進中國市場，國內重防腐涂料市場很大程度被國外企業壟斷。“雖然我們掌握了核心技術，并較早注冊商標，具備一定技術優勢，但面對國外競爭者，我們缺乏市場優勢。”李京說。

有弊也有利。“國外企業分工較細，做材料的不做裝備，做裝備的不做工藝標準，做工程的把材料、裝備買來按照工藝標準施工。”李京告訴記者，團隊正在將這三者進行綜合研究，希望摸索出一條新的出路，實現國產化。

在參與杭州灣跨海大橋建設前，李京團隊已經開始嘗試做工程標準。“此前我們大多采用ISO12944標準，這個標準雖然對操作工藝步驟有約束，但對材料理化性能沒有明確約束，導致生產成本高低不一，我國很多工程的腐蝕防護也因此吃了虧。”

杭州灣跨海大橋不僅驗證了李京團隊自主研發的重腐蝕防護技術，也讓團隊制定了一套該工程專用標準，還參與了國家標準編制。“我們當時的標準比后來的國家標準要求還高。”李京向記者透露。

對目前的產業化進程，李京并不滿意，他認為市場有需求，但產業化進程有點慢，有必要引入技術經理人團隊，以更好地推動重腐蝕防護技術在近海和深遠海的應用。

另外，李京還希望建設新型涂層鋼鐵產品平臺，在鋼鐵企業對部分鋼鐵產品進行預涂裝，施工單位在現場直接應用，既可以實現節能減排、降低施工單位建設成本，又可為鋼鐵行業創造新的利潤增長點，滿足市場需求。