杭州湾跨海大桥钢管桩

在海洋开发利用的过程中，基础设施和重要工业设施的腐蚀问题日益严重，已成为影响船舶、近海工程、深远海装备安全性、可靠性和寿命的最重要因素。

“针对金属材料在海洋环境下腐蚀严重、寿命低的问题，近年来我们突破了重腐蚀防护涂层、高性能涂层和阴极保护联合防护、新一代耐腐蚀涂层钢筋及其工程化等技术。”日前，中国科学院金属研究所（以下简称金属所）海洋工程重腐蚀防护技术研究与应用项目团队负责人李京在接受《中国科学报》采访时表示，“这些技术将为国家从近海走向深海、建设海洋强国提供服务和支撑。”

国外技术“水土不服”

20世纪90年代中期，金属所开始组建重腐蚀防护技术及工程化项目组。当年，熔融结合环氧粉末涂料是一种热固性防腐涂料，已被一些发达国家的业内人士公认为埋地管道首选的防护涂料，但这一产品在国内尚属空白。

以此为切入点，项目组开展了与涂层性能相关的基础研究，先后开发出两大系列重防腐涂料， 分别是SEBF熔融结合环氧粉末涂料和 SLF高分子复合液体涂料，并应用于石油化工、煤炭能源、化学纤维等行业。

项目组还研发了耐电解液和耐摩擦的电解铜种板边框防护技术，化纤车间在强腐蚀化学介质中异型设备的防腐，各种强腐蚀环境下使用的风机、泵、阀的防腐，减阻、耐磨管道的防腐技术等。

20世纪90年代末，我国第一座核电站——秦山核电站在建设过程中遭遇海水冷却系统腐蚀难题，国外的技术方案因“水土不服”面临尴尬境地。

“国外的耐海水钢材在当地使用反响很好，却不适合秦山核电站当地的海洋环境。”李京解释道，“这是因为除了海水涨落潮的海洋环境，这里还面临着泥沙冲刷以及海水和淡水交替带来的新的腐蚀问题。”

发现问题后，秦山核电站开始寻求援助，金属所研发的重防腐涂料派上了用场。该涂料经过验证后当即被用户采纳，解决了秦山核电站海水冷却系统的管道、管件、泵、阀、波纹管等部件的腐蚀防护问题。

紧接着，项目组又在2002年初西气东输弯管防腐工程中标。李京告诉《中国科学报》：“我们设计的专用弯管防腐涂装生产线，一个月就在现场建成并调试成功，首先在国内实现了大型复杂工件多层熔结涂层技术的应用。”

“重要的技术选择”

进入21世纪以来，海洋工程结构材料（桥梁）和装备材料（船舶）均对超长寿命、耐久性提出需求，项目组大显身手的机会也随之到来。

2003年11月14日，宁波杭州湾跨海大桥在中引桥C28号桥墩所在的位置顺利打下了主体工程第一根桩，这根钢管桩的一大特色是经过了整体防腐蚀处理，背后的技术团队正是来自金属所。

在建设之初，宁波杭州湾跨海大桥的设计使用寿命要求达到100年，支撑大桥的基础结构由直径1.5～1.6米、长度达88米的整体钢管桩组成，单件钢管桩重量在70吨以上。“如何实现跨海大桥钢管桩的全面腐蚀控制是桥梁设计与工程中的难题。”李京回忆道，“经过调查研究和设计，我们项目组提出了以高性能复合涂层为主、辅以牺牲阳极联合防护的创意。”

“由于没有成熟经验可借鉴，为了在施工中不破坏高性能涂层，阳极块安装避免水下焊接，主要采用水下安装、水上焊接的创新方法。”李京介绍道，“结果表明这种方案是经济、有效和可行的，为国家重大工程特别是海洋工程中的重防腐开辟了全新的道路。”

从杭州湾跨海大桥到舟山连岛金塘大桥、再到港珠澳大桥，李京带领项目组经过20多年的历练，在海洋工程重防腐领域不断取得技术和应用的突破。“这些成果已经成为海洋工程用户在重防腐防护领域重要的技术选择。”李京这样告诉记者。

此番结论并不夸张。“以港珠澳大桥为例，要让用户相信阴极保护确实能保护海泥下的基础钢管复合桩，则必须进行原位阴极保护电位监测。”李京说，“而在当时的海洋工程界，由于钢桩打入工艺的限制，在钢桩的海泥以下安装监测探头非常困难，这一点基本做不到。”

为解决这个难题，项目组设计了新型耐冲击组合探头，并在钢管内壁设计了探头和通信电缆保护装置，探头伴随着打桩施工深入近百米的海泥下，实施了腐蚀防护的原位监测。“这在海洋工程界还是首次。”李京表示。

国产化的新出路

在工程化应用的过程中，李京发现了一些问题。

一方面，我国是海洋大国，却不是海洋强国，海洋经济在国民经济中占比不大，但未来前景广阔。另一方面，我国腐蚀现状存在历史问题，早年我国海洋腐蚀防护水平较为落后，在研究环境和支撑平台方面几乎是空白，大多参考国外海洋工程技术应用经验，但很多技术资料国外对我国实施封锁。

此外，随着国外巨头纷纷涌进中国市场，国内重防腐涂料市场很大程度被国外企业垄断。“虽然我们掌握了核心技术，并较早注册商标，具备一定技术优势，但面对国外竞争者，我们缺乏市场优势。”李京说。

有弊也有利。“国外企业分工较细，做材料的不做装备，做装备的不做工艺标准，做工程的把材料、装备买来按照工艺标准施工。”李京告诉记者，团队正在将这三者进行综合研究，希望摸索出一条新的出路，实现国产化。

在参与杭州湾跨海大桥建设前，李京团队已经开始尝试做工程标准。“此前我们大多采用ISO12944标准，这个标准虽然对操作工艺步骤有约束，但对材料理化性能没有明确约束，导致生产成本高低不一，我国很多工程的腐蚀防护也因此吃了亏。”

杭州湾跨海大桥不仅验证了李京团队自主研发的重腐蚀防护技术，也让团队制定了一套该工程专用标准，还参与了国家标准编制。“我们当时的标准比后来的国家标准要求还高。”李京向记者透露。

对目前的产业化进程，李京并不满意，他认为市场有需求，但产业化进程有点慢，有必要引入技术经理人团队，以更好地推动重腐蚀防护技术在近海和深远海的应用。

另外，李京还希望建设新型涂层钢铁产品平台，在钢铁企业对部分钢铁产品进行预涂装，施工单位在现场直接应用，既可以实现节能减排、降低施工单位建设成本，又可为钢铁行业创造新的利润增长点，满足市场需求。