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寧波材料所與科鑫重工聯合研制成功有機/無機纖維復合增強新一代海洋重防腐材料
作者:,日期:2021-01-22

  近日,中國科學院寧波材料技術與工程研究所薛群基院士和王立平研究員帶領的海洋功能材料團隊與浙江科鑫重工有限公司聯合研制成功有機/無機纖維復合增強新一代海洋重防腐涂層材料,并在寧波舟山港主通道公路工程和海上風電建設中實現了工程應用。

  隨著海洋經濟的快速發展,海上交通工程、油氣資源、風能資源及海洋空間的開發利用力度不斷加大,海洋大型工程建設方興未艾。鋼管樁是大型工程結構所采用的主要基礎形式。然而,鋼管樁的服役環境非常苛刻。在水位變動區,鋼管處于周期性的干濕交替狀態,在飽和氧氣、陽光、潮濕海風和浪花飛濺等因素形成的“力學-電化學-老化”多因素耦合損傷環境持續作用下發生最嚴重的腐蝕(鋼結構在水位變動區的腐蝕速率比海水中高3~10倍,并易發生局部腐蝕破壞,這會使海工鋼結構的承載力大大降低,嚴重影響著鋼構造物的使用壽命和安全生產);同時,處于潮汐區的鋼管涂層容易受到船舶停靠及拋錨、夾樁施工及在拆卸承臺底模板過程中導致涂層的劃傷或撞傷,在海水和泥下的分界線由于泥沙和海水流體方向的改變,易形成紊流和湍流,造成防腐涂層沖刷磨損和空泡腐蝕的損壞;從而對海工結構的耐久性造成重大安全隱患。因此,開發長壽命、高可靠性和耐撞擊的鋼管樁防護涂層對保證海洋重大工程設施安全、持久運行,具有重要的經濟價值和社會意義。

  中科院寧波材料所與浙江科鑫重工有限公司、寧波科鑫腐蝕控制工程有限公司等單位開展了有機/無機纖維復合增強新一代海洋重防腐材料體系的技術合作,先后突破支鏈固化劑與改性環氧樹脂雙增韌、有機/無機纖維復合增強、纖維/陶瓷顆粒/片層材料協同增強、水下濕固化以及光固化涂層修復等關鍵技術,成功研發出新型高性能長壽命有機/無機纖維復合增強新一代海洋重防腐材料體系,采用的纖維材料包含玻璃纖維、玄武巖纖維、芳綸纖維、超高分子量聚乙烯纖維等。聯合研制的纖維增強復合涂層材料具有比強度高、抗腐蝕性和耐久性能好、熱膨脹系數與混凝土的相近等特點,有效解決了海洋工程用鋼管樁在水位變動區抗沖耐磨耐劃傷效果差、維護間隔時間短、維修成本高、主體結構不穩等技術瓶頸,能夠滿足現代海工結構向大跨、高聳、重載、輕質高強以及在惡劣條件下工作的重大發展需求,已達到國際同類產品領先水平。

  相關研究成果已申請國家發明專利21件,其中授權14件。該成果的應用,提供了具有自主知識產權的高耐久性鋼管樁(螺旋管最大直徑4米,長度140米;直縫管最大直徑7米,長度160米)防護涂層設計方案,將為我國重大海洋工程裝備和“一帶一路”海洋基礎設施建設提供強有力的技術保障。

  

海洋工程用大型鋼管樁制造

鋼管樁在跨海大橋中的工程應用

  (海洋材料實驗室 趙文杰)

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