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“平安百年品質工程”的示范工程。

　　臺風頻發(fā)、高溫高鹽、海底情況復雜……深中通道面臨著苛刻的服役環(huán)境。為此，工程建設人員集成應用一批創(chuàng)新技術，為深中通道順利建設保駕護航。

　　其中，由中國工程院院士薛群基和中國科學院寧波材料技術與工程研究所研究員王立平領銜的科研團隊，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高耐久性熔融結合環(huán)氧涂層鋼筋技術，在深中通道首次應用。

　　聯(lián)合團隊成員、中國科學院寧波材料技術與工程研究所研究員趙文杰介紹，深中大橋是深中通道關鍵控制性工程之一。大橋的承臺和墩身結構使用了2萬噸經(jīng)二維納米材料增強熔融環(huán)氧涂層加工的鋼筋。這種鋼筋將傳統(tǒng)的被動維修改變?yōu)橹鲃臃婪?，可有效抵抗海水、酸雨、化學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度與韌性

　　由于鋼筋混凝土中存在縫隙或空隙，海工設施在服役過程中會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，久而久之導致混凝土開裂、保護層剝落，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。”寧波科鑫腐蝕控制工程有限公司副總經(jīng)理、高級工程師徐旭鋒介紹，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，算上原有的鋼筋價格，每噸價格3500元左右。相對來說，環(huán)氧涂層鋼筋制作工藝簡單，性價比高。

　　在施工過程中，由于運輸不規(guī)范、工人操作不當?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)實際需要，鋼筋還會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合強度，即涂層結合力，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合強度。但在材料學領域，高強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，從而增加強度。但單純增加涂層厚度的話，它在彎折時容易開裂。

　　特殊結構令腐蝕介質“放慢腳步”

　　此次應用于深中大橋的二維納米材料增強高耐久性熔融結合環(huán)氧涂層鋼筋技術，有何奧妙？針對深中大橋的施工需要，中國科學院寧波材料技術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熔融環(huán)氧涂層。多次調(diào)整測試顯示，涂層各項指標達到預期效果。

　　“二維片層結構的納米材料起到造‘迷宮’的作用。”趙文杰介紹，這種涂層附著在鋼筋上后，二維納米材料會發(fā)揮優(yōu)異的阻隔特性，大幅降低腐蝕介質在涂層中的滲透擴散速率，使腐蝕介質難以接觸金屬表面。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)氧涂層的涂層結合強度通常在10兆帕以下。經(jīng)過測試，聯(lián)合團隊研制的這款環(huán)氧涂層，結合強度能達到50兆帕以上，同時具有干縮小、延性大以及可彎性強等優(yōu)點。

　　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指標方面具有巨大的優(yōu)勢，未來可廣泛應用于深潛器、海上風電、油氣鉆采平臺、輸氣管道、工程機械等在苛刻環(huán)境下服役的裝備和設施。

　　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行表面化學改性，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)氧涂層進行改進的空間越來越小。從復合涂層的角度，對鋼筋進行防腐處理，選擇會更多。”徐旭鋒透露，圍繞這一方向，他們正與中國科學院寧波材料技術與工程研究所聯(lián)合研制一款金屬鋅與環(huán)氧涂層結合的復合涂層，可讓鋼筋在遭到磕碰后自行修復。修復后，鋼筋表層仍有環(huán)氧涂層保護。洪恒飛 高曉靜 記者 江 耘