杭州灣跨海大橋,設計使用壽命100年;港珠澳大橋,突破我國「百年慣例」,設計標準達120年……重大工程設計標準的不斷攀升,一個令歐美知名公司豔羨不已的團隊在其中發揮了重要作用,它就是中國科學院金屬研究所材料耐久性防護與工程化創新團隊(以下簡稱為「防護團隊」)。近日,該團隊負責人李京研究員在金屬所師昌緒樓,解密了為國家重大工程保駕護航過程中發生的鮮為人知的故事。
團隊帶頭人李京研究員代表團隊領取建橋功臣獎。(圖片由中科院金屬所提供)
防護團隊組建於上世紀90年代,現已發展成為擁有5名研究員,共計50餘名專業人員的專業團隊。李京表示,材料耐久性防護,是重大工程必須面對的問題。20多年來,防護團隊成功突破重腐蝕防護塗層、「高性能塗層+犧牲陽極」聯合防護、高性能耐蝕塗層鋼筋及其工程化等關鍵技術,建立了具有自主智慧財產權的SEBF/SLF重腐蝕防護技術體系。至今已獲得授權專利65件。在眾多國家超級工程中,都能看到他們的身影。
涵蓋重腐蝕防護新材料、施工工藝和施工裝備研發的全鏈條工程化應用模式,是防護團隊在競爭中屢屢脫穎而出的主要原因。李京說:「彎道超車必須以創新為基礎。我們開展全鏈條一體化同步研發,使材料防護研發、工藝和施工裝備研發互為促進,提高了效率和整體競爭力。」在長達4200公裡的「西氣東輸」長輸管線工程中,調整海拔高度和管路走向的彎管腐蝕防護成為「卡脖子」難題,防護團隊臨危受命,不到40天的工期裡,在材料防護、工藝研發的基礎上,對施工裝備進行應急設計製造。他們吃住在裝備加工企業,20天研製出主要設備,5天後便生產出合格的彎管並火速運往施工現場,避免了潛在的重大工程損失。
港珠澳大橋入選「2018年中國十大科技進展」,「超長耐久性」成為四大亮點之一。金屬所防護團隊在建設過程中大顯身手,功不可沒。
港珠澳大橋橫跨的外伶仃洋區域,因位於珠江出海口,多年來形成了大量的生物腐敗沉積物,硫化物和亞硫酸鹽物質比例極高,因此成為厭氧菌的樂園。李京告訴記者,厭氧菌生活在海泥乏氧環境中,可通過腐蝕金屬獲得能量進行繁殖代謝,是海洋工程的大敵。因海洋環保的要求,港珠澳大橋的承臺全部設計在海泥以下,這樣一來,鋼管複合樁也整體埋置在海泥下。
面對120年設計要求和特殊的環境,防護團隊信心不減。李京說:「我們在聯合防護技術體系基礎上,在鋼管複合樁耐久性防護方面採用內外塗層法,對鋼管複合樁的內部鋼結構進行雙重保護;並在海水中安裝犧牲陽極,對處在海泥下的大型鋼結構進行陰極保護;使用普通碳鋼鋼筋加高性能塗層,提高混凝土結構壽命,降低建設成本;開展原位腐蝕與防護動態在線監測,對大橋的基礎結構不同部位的腐蝕狀態和防護狀態進行連續監測。」這些創新技術為工程結構安全性和可靠性控制提供了科學的方法,達到世界領先水平。尤其是經過多次試驗和調整塗料配方,防護團隊發現,複合樁內鋼結構高性能塗層非但不會破壞鋼結構和混凝土之間的力學耦合作用,還因為塗層的存在,在兩者之間添加了一個彈性過渡中間層,使整個複合樁的協調受力性能大幅度提高,大橋基礎的穩定性更好更安全了。
苛刻環境海洋工程是防護團隊的另一個戰場,他們要在高溫、高溼、高鹽霧、高紫外線輻照的「四高」重腐蝕環境下,克服常人難以想像的困難。晝伏夜出是常態,天氣再熱也要穿著厚厚的防護服,一天可經歷30餘次降雨,吃不到新鮮的蔬菜魚肉,甚至可以領略一下17級強颱風的威力……
團隊成員趙洪濤是一個年輕的小夥子,為了完成一個應急任務,他在島上堅守了220多天,體重減掉了40多斤。回到瀋陽後,同事們差點沒能認出又黑又瘦的他。李京曾連續駐守47天,原本準備用一個月的降壓藥,在最後階段「彈盡糧絕」,好不容易找到7片降壓藥,他每天只能吃半片。
即便如此,防護團隊在中國科學院A類戰略性先導科技專項和瀋陽市科技創新「雙百工程」項目的支持下攻關不停。升級苛刻環境海洋工程SEBF/SLF重防腐技術,為30餘萬件工件「穿」上了防護衣;研發出新一代高性能耐蝕塗層鋼筋,結束了苛刻環境海洋工程混凝土結構鋼筋無塗層「裸用」的歷史;研發出梯度結構塗層,為我國萬米級水下平臺提供腐蝕防護服務。建成了我國首個苛刻環境海洋材料綜合腐蝕科學觀測研究站,實現了對常用材料在海島大氣、海水和土壤環境下的全方位腐蝕監測。
帥正新聞、沈報全媒體記者 嶽雨
瀋陽日報社新媒體中心(瀋陽網)編輯 王沛霆