中國粉體網(wǎng)訊 基于傳統(tǒng)涂層材料和涂裝體系,，即使采用國外知名涂料公司的材料或通過增加涂膜厚度的方法，已建成的鋼結(jié)構(gòu)橋梁,，最高設計防護壽命一般也不超過25年,。而即將合龍的福廈高鐵泉州灣跨海大橋，采用了自主創(chuàng)新的“石墨烯重防腐涂裝體系”,，將實現(xiàn)30年超長防腐壽命的突破,。
世界首座跨海高鐵大橋——設計行車速度為每小時350公里的福廈高鐵泉州灣跨海大橋（以下簡稱泉州灣跨海高鐵大橋），將于8月6日合龍,。
大橋采用了貝殼形曲線橋塔,，護欄設計為波浪形，寓意為“泉州作為福建省經(jīng)濟第一強市,、古代海上絲綢之路的起點及當時的東方第一大港”,，將在21世紀海上絲綢之路的發(fā)展契機下，揚帆起航,，重現(xiàn)海上貿(mào)易和世界大港的輝煌,。
“泉州灣跨海高鐵大橋，創(chuàng)新采用了‘石墨烯重防腐涂裝體系’,，將實現(xiàn)30年超長防腐壽命的突破,。”中國鐵建第四勘察設計院集團有限公司（以下簡稱鐵四院）福廈高鐵指揮長李平卓說,。據(jù)悉,，目前國內(nèi)已建成橋梁的最長設計防護壽命，均在25年以內(nèi),。
以耐久防腐和少維護為目標
解決海洋對大橋的腐蝕問題,，是設計跨海大橋遇到的一大難題。資料顯示,，腐蝕是世界各國工程建設面臨的共同問題,。
中國腐蝕與防護學會2014年的調(diào)研結(jié)果表明，世界各國每年腐蝕成本約占各國國內(nèi)生產(chǎn)總值的3%—5%,，大于自然災害,、各類事故損失的總和。我國2014年腐蝕總成本超過2萬億元,，約占同年國內(nèi)生產(chǎn)總值的3.34%,。
“在海洋環(huán)境中，多種因素導致工程設備更易受腐蝕損傷,�,！辫F四院橋梁院總工程師嚴愛國說。
原來，在潮濕的空氣中,，鋼鐵表面形成的水膜,，會溶解大氣中的二氧化碳、二氧化硫,、硫化氫等氣體，使水膜中含有一定量的氫離子,，形成含有電解質(zhì)溶液的薄膜,，恰與鋼鐵中的鐵和少量的碳構(gòu)成原電池。
“而海氣中彌散的大量鹽,，又促使電子在溶液中快速移動,，這種導電作用，加快了鋼鐵的腐蝕速度,�,！辫F四院泉州灣跨海高鐵大橋設計負責人曾甲華說。
鋼結(jié)構(gòu)的主要防腐方法是選用耐用的重防腐涂層,。
根據(jù)我國鐵路和公路橋梁鋼結(jié)構(gòu)防腐涂裝體系的現(xiàn)行標準,，基于傳統(tǒng)涂層材料和涂裝體系，即使采用國外知名涂料公司的材料或通過增加涂膜厚度的方法,，已建成的鋼結(jié)構(gòu)橋梁,，最好的設計防護壽命一般也不超過25年。
泉州灣跨海高鐵大橋鋼梁全長800米,，涂裝面積約10萬平方米,。“采用目前世界最好的涂料和施工方法,，15年左右就要進入維護階段,。”曾甲華告訴記者,，他們的計算結(jié)果表明,，按造價150元/平方米計算，100年內(nèi)大橋需涂裝7次（含通車后復涂6次）,，合計費用1.05億元,。
中鐵二院設計團隊意識到，泉州灣跨海高鐵大橋設計標準為100年,，必須找到一種新材料,，實現(xiàn)橋梁耐久防腐和減少維護的目標。
借航空石墨烯技術(shù)研制重防腐涂裝
正在建設的福廈高速鐵路線路全長300.483公里,，設計行車速度350公里/小時,。“橋梁的長度占線路總長的三分之一,，其中跨海大橋3座,，從福州往廈門方向,，依次為湄洲灣、泉州灣,、安海灣,。”李平卓表示,，其中泉州灣跨海高鐵大橋全長20.3公里,，主跨400米，為全線規(guī)模最大,、難度最高的關鍵控制性工程,。
業(yè)內(nèi)統(tǒng)計顯示，由于國內(nèi)橋梁主體鋼結(jié)構(gòu)防腐涂裝體系防腐年限一般在15年以內(nèi),，部分附屬結(jié)構(gòu)鋼構(gòu)件在3—5年內(nèi)即會出現(xiàn)涂裝起泡剝落現(xiàn)象而需重新涂裝,。
“鐵路干線及高速鐵路具有運載量大、高速列車行車密集,、天窗時間短等特點,，鋼結(jié)構(gòu)涂裝維護（修補、清除,、重涂）操作困難,、成本高昂�,！眹缾蹏f,，因此在設計時需要考慮減少對高鐵橋梁的維護次數(shù)。
泉州灣跨海高鐵大橋設計標準為100年,，什么材料能達到鋼結(jié)構(gòu)高防腐要求,？通過多方調(diào)研，設計團隊把目光瞄向了石墨烯,。
“由于納米級石墨烯的片層結(jié)構(gòu)層層疊加,、交錯排列，用石墨烯改性防腐涂料,，可在涂層中形成‘迷宮式’屏蔽結(jié)構(gòu),，構(gòu)成一道屏蔽阻隔�,！眹缾蹏f,，這種屏蔽結(jié)構(gòu)能夠有效抑制腐蝕介質(zhì)的浸潤、滲透和擴散,，提高涂層的物理阻隔性,。同時，還可延長腐蝕介質(zhì)的滲透擴散路徑，從而提高涂層的抗?jié)B透性和使用壽命,。
早在2016年,，國家已將石墨烯改性防腐涂料列入了“十三五”規(guī)劃以及工信部重點發(fā)展的新材料清單，作為重點研發(fā)項目開始大力推進我國石墨烯改性防腐涂料的發(fā)展,。
近年來,，作為我國唯一面向航空，從事航空先進材料應用基礎研究,、材料研制與應用技術(shù)研究和工程化研究的綜合性科研機構(gòu),，中國航空發(fā)動機集團北京航空材料研究院（以下簡稱北京航材院）通過創(chuàng)新工藝，將石墨烯材料與熱塑性特種工程樹脂復合,，研制出一系列復合材料，不同程度地增強了樹脂基體的耐熱,、抗腐蝕,、耐磨損性能以及拉伸、彎曲,、沖擊等力學性能,。
鐵四院依托北京航材院等多家單位的研究成果，立項“石墨烯重防腐涂裝體系”,，研究其在福廈高鐵跨海大橋鋼結(jié)構(gòu)防腐技術(shù)方案和工程的應用可行性,。
“‘石墨烯重防腐涂裝體系’研究歷時兩年多，開展了材料組分設計和系列腐蝕試驗（耐鹽霧性,、耐人工加速老化性）等大量研究工作,。”嚴愛國說,。
耐鹽霧性為現(xiàn)有技術(shù)及標準的5倍以上
設計團隊充分利用石墨烯材料,，對傳統(tǒng)涂裝體系進行改性，利用片狀鋅粉,、石墨烯,、片狀云母的鱗片型涂層結(jié)構(gòu)，大幅提升了涂裝體系的防腐防護性能,。
這個“石墨烯重防腐涂裝體系”的真容是什么,？“是石墨烯納米材料改性鱗片型醇溶無機富鋅底漆和超耐候氟碳面漆�,！眹缾蹏忉尩�,，耐鹽霧性能檢測試驗報告表明,，70微米底漆涂層的耐鹽霧性能達到1萬小時以上,，耐鹽霧性為現(xiàn)有技術(shù)及標準的5倍以上，耐人工加速老化性可達現(xiàn)有技術(shù)的3倍以上,。
仿真計算及試驗表明，創(chuàng)新研究的“石墨烯重防腐涂裝體系”可實現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)在海洋腐蝕大氣環(huán)境下30年及以上的超長壽命耐久目標,。
“石墨烯重防腐涂裝體系”將為跨海大橋建設帶來顯著效益,。以泉州灣跨海高鐵大橋為例，曾甲華說,，采用“石墨烯重防腐涂裝體系”,，按照30年的設計涂裝壽命，100年內(nèi)只需涂裝4次,，可節(jié)約投資45%以上,，近5000萬元。
專家認為,，“石墨烯重防腐涂裝體系”實現(xiàn)了各類大氣環(huán)境下長效防腐和功能化,、輕量化及環(huán)保性的統(tǒng)一，較傳統(tǒng)重防腐涂料防腐性能提高3倍以上,，是我國自主知識產(chǎn)權(quán)的新一代重防腐涂料的發(fā)展方向,，并有助于打破國外諸多涂料巨頭對我國80%重防腐涂料市場的壟斷。
“目前,，技術(shù)團隊已編制出《泉州灣跨海大橋,、安海灣特大橋鋼梁超長壽命耐久防腐涂裝體系技術(shù)條件及驗收標準》和《鱗片型鋅粉底漆》等技術(shù)標準。涂裝體系也已應用于泉州灣跨海高鐵大橋,、安海灣跨海大橋的鋼結(jié)構(gòu),，涵蓋鋼箱梁、鋼桁梁和附屬鋼構(gòu)件（欄桿）等各類鋼結(jié)構(gòu),，并擬推廣應用到廣州至湛江高速鐵路的橋梁鋼結(jié)構(gòu),。”嚴愛國說,。
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/青黎）
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