一桥飞架，跨越伶仃。近日，深圳至中山跨江通道（以下简称“深中通道”）通车试运营。

作为粤港澳大湾区核心枢纽工程，深中通道集“桥、岛、隧、水下互通”于一体，全长约24公里。深中通道管理中心总工程师宋神友介绍，深中通道是我国推进“平安百年品质工程”的示范工程。

台风频发、高温高盐、海底情况复杂……深中通道面临着苛刻的服役环境。为此，工程建设人员集成应用一批创新技术，为深中通道顺利建设保驾护航。

其中，由中国工程院院士薛群基和中国科学院宁波材料技术与工程研究所研究员王立平领衔的科研团队，联合宁波科鑫腐蚀控制工程有限公司研制的二维纳米材料增强高耐久性熔融结合环氧涂层钢筋技术，在深中通道首次应用。

联合团队成员、中国科学院宁波材料技术与工程研究所研究员赵文杰介绍，深中大桥是深中通道关键控制性工程之一。大桥的承台和墩身结构使用了2万吨经二维纳米材料增强熔融环氧涂层加工的钢筋。这种钢筋将传统的被动维修改变为主动防范，可有效抵抗海水、酸雨、化学品以及混凝土助剂对钢筋的腐蚀，使用寿命大大延长。

常规涂层材料难以兼顾强度与韧性

由于钢筋混凝土中存在缝隙或空隙，海工设施在服役过程中会受到盐水或酸雨等侵蚀，引起钢筋锈蚀。锈蚀产生的氧化铁皮让钢筋的体积膨胀，久而久之导致混凝土开裂、保护层剥落，腐蚀和性能劣化速度加快。

“目前建筑施工中，主要采用两种防腐钢筋：不锈钢钢筋和环氧涂层钢筋。”宁波科鑫腐蚀控制工程有限公司副总经理、高级工程师徐旭锋介绍，环氧涂层钢筋的制作过程是将除锈后的钢筋加热到200摄氏度，喷上基于环氧树脂制作的粉末，待经粉末熔融、固化后即可成型。环氧涂层钢筋表面涂层厚度是150—220微米。

徐旭锋告诉记者，不锈钢钢筋成本偏高，每吨价格35000元左右。环氧涂层钢筋的制作成本在每吨2000元左右，算上原有的钢筋价格，每吨价格3500元左右。相对来说，环氧涂层钢筋制作工艺简单，性价比高。

在施工过程中，由于运输不规范、工人操作不当等原因，环氧涂层钢筋表面免不了磕碰，造成涂层局部损坏。根据实际需要，钢筋还会被加工成不同的造型，弯折处的环氧涂层容易开裂。

涂层与基材之间的结合强度，即涂层结合力，直接影响涂层的使用寿命和性能表现。涂料的配方和成分直接影响涂层结合强度。但在材料学领域，高强度和高韧性通常难以兼顾。

徐旭锋说，涂层要防止磕碰损伤，需要厚一些，从而增加强度。但单纯增加涂层厚度的话，它在弯折时容易开裂。

特殊结构令腐蚀介质“放慢脚步”

此次应用于深中大桥的二维纳米材料增强高耐久性熔融结合环氧涂层钢筋技术，有何奥妙？针对深中大桥的施工需要，中国科学院宁波材料技术与工程研究所与宁波科鑫腐蚀控制工程有限公司的科研人员，在环氧树脂粉末中添加了以石墨烯为代表的二维纳米材料，研制出二维纳米材料增强熔融环氧涂层。多次调整测试显示，涂层各项指标达到预期效果。

“二维片层结构的纳米材料起到造‘迷宫’的作用。”赵文杰介绍，这种涂层附着在钢筋上后，二维纳米材料会发挥优异的阻隔特性，大幅降低腐蚀介质在涂层中的渗透扩散速率，使腐蚀介质难以接触金属表面。它与环氧树脂协同，使钢筋获得优异的耐蚀功能。

记者了解到，相比常规的环氧涂层钢筋，深中大桥此次用到的防腐钢筋，环氧涂层厚度增加了50%。赵文杰介绍，传统环氧涂层的涂层结合强度通常在10兆帕以下。经过测试，联合团队研制的这款环氧涂层，结合强度能达到50兆帕以上，同时具有干缩小、延性大以及可弯性强等优点。

赵文杰说，此次研发的涂层材料，在抗冲击、耐弯曲、硬度、耐磨、附着力、阴极剥离、光泽和边角覆盖等技术指标方面具有巨大的优势，未来可广泛应用于深潜器、海上风电、油气钻采平台、输气管道、工程机械等在苛刻环境下服役的装备和设施。

值得一提的是，虽然环氧涂层配方有所调整，需要对二维纳米材料进行表面化学改性，但这批防腐钢筋基本上仍然按照传统环氧涂层钢筋的工艺流程制作，制作成本增幅并不大。

“单纯就环氧涂层进行改进的空间越来越小。从复合涂层的角度，对钢筋进行防腐处理，选择会更多。”徐旭锋透露，围绕这一方向，他们正与中国科学院宁波材料技术与工程研究所联合研制一款金属锌与环氧涂层结合的复合涂层，可让钢筋在遭到磕碰后自行修复。修复后，钢筋表层仍有环氧涂层保护。

文/洪恒飞 高晓静 江耘

来源：科技日报