◎洪恒飛  高曉靜 本報(bào)記者 江 耘

一橋飛架，跨越伶仃。近日，深圳至中山跨江通道（以下簡稱“深中通道”）通車試運(yùn)營。

作為粵港澳大灣區(qū)核心樞紐工程，深中通道集“橋、島、隧、水下互通”于一體，全長約24公里。深中通道管理中心總工程師宋神友介紹，深中通道是我國推進(jìn)“平安百年品質(zhì)工程”的示范工程。

臺(tái)風(fēng)頻發(fā)、高溫高鹽、海底情況復(fù)雜……深中通道面臨著苛刻的服役環(huán)境。為此，工程建設(shè)人員集成應(yīng)用一批創(chuàng)新技術(shù)，為深中通道順利建設(shè)保駕護(hù)航。

其中，由中國工程院院士薛群基和中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所研究員王立平領(lǐng)銜的科研團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合寧波科鑫腐蝕控制工程有限公司研制的二維納米材料增強(qiáng)高耐久性熔融結(jié)合環(huán)氧涂層鋼筋技術(shù)，在深中通道首次應(yīng)用。

聯(lián)合團(tuán)隊(duì)成員、中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所研究員趙文杰介紹，深中大橋是深中通道關(guān)鍵控制性工程之一。大橋的承臺(tái)和墩身結(jié)構(gòu)使用了2萬噸經(jīng)二維納米材料增強(qiáng)熔融環(huán)氧涂層加工的鋼筋。這種鋼筋將傳統(tǒng)的被動(dòng)維修改變?yōu)橹鲃?dòng)防范，可有效抵抗海水、酸雨、化學(xué)品以及混凝土助劑對鋼筋的腐蝕，使用壽命大大延長。

常規(guī)涂層材料難以兼顧強(qiáng)度與韌性

由于鋼筋混凝土中存在縫隙或空隙，海工設(shè)施在服役過程中會(huì)受到鹽水或酸雨等侵蝕，引起鋼筋銹蝕。銹蝕產(chǎn)生的氧化鐵皮讓鋼筋的體積膨脹，久而久之導(dǎo)致混凝土開裂、保護(hù)層剝落，腐蝕和性能劣化速度加快。

“目前建筑施工中，主要采用兩種防腐鋼筋：不銹鋼鋼筋和環(huán)氧涂層鋼筋?！睂幉砌胃g控制工程有限公司副總經(jīng)理、高級(jí)工程師徐旭鋒介紹，環(huán)氧涂層鋼筋的制作過程是將除銹后的鋼筋加熱到200攝氏度，噴上基于環(huán)氧樹脂制作的粉末，待經(jīng)粉末熔融、固化后即可成型。環(huán)氧涂層鋼筋表面涂層厚度是150—220微米。

徐旭鋒告訴記者，不銹鋼鋼筋成本偏高，每噸價(jià)格35000元左右。環(huán)氧涂層鋼筋的制作成本在每噸2000元左右，算上原有的鋼筋價(jià)格，每噸價(jià)格3500元左右。相對來說，環(huán)氧涂層鋼筋制作工藝簡單，性價(jià)比高。

在施工過程中，由于運(yùn)輸不規(guī)范、工人操作不當(dāng)?shù)仍?，環(huán)氧涂層鋼筋表面免不了磕碰，造成涂層局部損壞。根據(jù)實(shí)際需要，鋼筋還會(huì)被加工成不同的造型，彎折處的環(huán)氧涂層容易開裂。

涂層與基材之間的結(jié)合強(qiáng)度，即涂層結(jié)合力，直接影響涂層的使用壽命和性能表現(xiàn)。涂料的配方和成分直接影響涂層結(jié)合強(qiáng)度。但在材料學(xué)領(lǐng)域，高強(qiáng)度和高韌性通常難以兼顧。

徐旭鋒說，涂層要防止磕碰損傷，需要厚一些，從而增加強(qiáng)度。但單純增加涂層厚度的話，它在彎折時(shí)容易開裂。

特殊結(jié)構(gòu)令腐蝕介質(zhì)“放慢腳步”

此次應(yīng)用于深中大橋的二維納米材料增強(qiáng)高耐久性熔融結(jié)合環(huán)氧涂層鋼筋技術(shù)，有何奧妙？針對深中大橋的施工需要，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所與寧波科鑫腐蝕控制工程有限公司的科研人員，在環(huán)氧樹脂粉末中添加了以石墨烯為代表的二維納米材料，研制出二維納米材料增強(qiáng)熔融環(huán)氧涂層。多次調(diào)整測試顯示，涂層各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到預(yù)期效果。

“二維片層結(jié)構(gòu)的納米材料起到造‘迷宮’的作用?！壁w文杰介紹，這種涂層附著在鋼筋上后，二維納米材料會(huì)發(fā)揮優(yōu)異的阻隔特性，大幅降低腐蝕介質(zhì)在涂層中的滲透擴(kuò)散速率，使腐蝕介質(zhì)難以接觸金屬表面。它與環(huán)氧樹脂協(xié)同，使鋼筋獲得優(yōu)異的耐蝕功能。

記者了解到，相比常規(guī)的環(huán)氧涂層鋼筋，深中大橋此次用到的防腐鋼筋，環(huán)氧涂層厚度增加了50%。趙文杰介紹，傳統(tǒng)環(huán)氧涂層的涂層結(jié)合強(qiáng)度通常在10兆帕以下。經(jīng)過測試，聯(lián)合團(tuán)隊(duì)研制的這款環(huán)氧涂層，結(jié)合強(qiáng)度能達(dá)到50兆帕以上，同時(shí)具有干縮小、延性大以及可彎性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

趙文杰說，此次研發(fā)的涂層材料，在抗沖擊、耐彎曲、硬度、耐磨、附著力、陰極剝離、光澤和邊角覆蓋等技術(shù)指標(biāo)方面具有巨大的優(yōu)勢，未來可廣泛應(yīng)用于深潛器、海上風(fēng)電、油氣鉆采平臺(tái)、輸氣管道、工程機(jī)械等在苛刻環(huán)境下服役的裝備和設(shè)施。

值得一提的是，雖然環(huán)氧涂層配方有所調(diào)整，需要對二維納米材料進(jìn)行表面化學(xué)改性，但這批防腐鋼筋基本上仍然按照傳統(tǒng)環(huán)氧涂層鋼筋的工藝流程制作，制作成本增幅并不大。

“單純就環(huán)氧涂層進(jìn)行改進(jìn)的空間越來越小。從復(fù)合涂層的角度，對鋼筋進(jìn)行防腐處理，選擇會(huì)更多。”徐旭鋒透露，圍繞這一方向，他們正與中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所聯(lián)合研制一款金屬鋅與環(huán)氧涂層結(jié)合的復(fù)合涂層，可讓鋼筋在遭到磕碰后自行修復(fù)。修復(fù)后，鋼筋表層仍有環(huán)氧涂層保護(hù)。