本刊記者| 王　元

 

　　地球表面71% 的面積是海洋，我國擁有300 多萬平方公里的藍(lán)色國土。目前海洋經(jīng)濟(jì)正成為全球經(jīng)濟(jì)新的增長點(diǎn)。隨著我國建設(shè)海洋強(qiáng)國戰(zhàn)略的確立，海洋資源的加快開發(fā)，沿海經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展。然而海洋新材料的發(fā)展仍然面臨著諸多問題， 海洋裝備和海洋工程用材料的腐蝕和生物污損問題也已經(jīng)嚴(yán)重制約了我國建設(shè)海洋強(qiáng)國的步伐。值此海洋發(fā)展建設(shè)關(guān)鍵之際， 《腐蝕防護(hù)之友》記者對中交天津港灣工程研究院有限公司副總工程師、高級工程師、防腐技術(shù)研究所所長、中國腐蝕與防護(hù)協(xié)會常務(wù)理事馬化雄先生進(jìn)行了以海洋防腐為主題的電話專訪。
 

海洋防腐
 

　　《腐蝕防護(hù)之友》：21 世紀(jì)是海洋的世紀(jì)，海洋強(qiáng)國戰(zhàn)略正當(dāng)時，談?wù)勀鷮λ膽?zhàn)略意義的看法？

 

　　馬所長：海洋是生命的搖籃、資源的寶庫、經(jīng)濟(jì)的紐帶、國防的前哨，是我國實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的動力源泉。經(jīng)過多年發(fā)展，我國已成為依賴海洋通道的外向型經(jīng)濟(jì)大國，在全球擁有廣泛的海洋戰(zhàn)略利益。海洋興則國家興，海洋強(qiáng)則國家強(qiáng)。海洋強(qiáng)國戰(zhàn)略是保障國家安全、維護(hù)海洋權(quán)益和促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興中國夢的重要舉措。“21 世紀(jì)海上絲綢之路”和亞洲基礎(chǔ)設(shè)施投資銀行的逐步落實(shí)和發(fā)展，對于助推海洋強(qiáng)國戰(zhàn)略有著積極的意義。

 

　　海洋強(qiáng)國戰(zhàn)略的實(shí)施，給海洋工程領(lǐng)域帶來新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。一方面，海洋強(qiáng)國戰(zhàn)略需要大量的海洋工程和基礎(chǔ)設(shè)施作為依托，為海洋工程材料產(chǎn)業(yè)帶來了巨大的市場空間；另一方面，由于海洋環(huán)境的嚴(yán)酷腐蝕性，也對海洋工程材料提出了新的要求。正所謂機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存，以海洋強(qiáng)國戰(zhàn)略實(shí)施為契機(jī)，大力發(fā)展我國海洋工程及相關(guān)材料產(chǎn)業(yè)，不僅為我國經(jīng)濟(jì)注入了新的驅(qū)動力，而且也為海洋強(qiáng)國戰(zhàn)略的深度推進(jìn)提供強(qiáng)有力的支持。

 

　　《腐蝕防護(hù)之友》：您是海洋材料這方面的權(quán)威專家，請?jiān)敿?xì)介紹一下你們的研究方向（比如海港工程鋼結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕防護(hù)等等）？

 

　　馬所長：中交天津港灣工程研究院有限公司始建于1959 年，主要從事與港口、海岸、海洋及其他土木工程有關(guān)的工程技術(shù)研究和實(shí)踐工作，擁有天津港和錦州港兩個暴露試驗(yàn)站。防腐專業(yè)在我單位有著悠久的歷史，經(jīng)過多年發(fā)展，防腐所現(xiàn)已成為集科研、設(shè)計(jì)、施工和檢測于一體的綜合性研究所，現(xiàn)有三個主要研究方向： 海洋鋼結(jié)構(gòu)腐蝕與防護(hù)技術(shù)、海洋鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕與防護(hù)技術(shù)和海洋工程結(jié)構(gòu)腐蝕與防護(hù)檢/ 監(jiān)測及評估技術(shù)。

 

　　海洋鋼結(jié)構(gòu)腐蝕與防護(hù)技術(shù)主要涉及陰極保護(hù)技術(shù)、涂層防腐技術(shù)、復(fù)層礦脂包覆防腐技術(shù)、金屬熱噴涂技術(shù)等。典型研究課題：天津港海工鋼結(jié)構(gòu)犧牲陽極防腐蝕系統(tǒng)可用壽命的研究（國際先進(jìn)）、不同海域新型礦脂包覆防蝕技術(shù)及示范（國家科技支撐計(jì)劃）、深中通道沉管鋼殼防腐技術(shù)研究等。

 

　　海洋鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕與防護(hù)技術(shù)主要涉及混凝土涂層防腐技術(shù)、陰極保護(hù)技術(shù)、特種鋼筋技術(shù)、硅烷浸漬技術(shù)、阻銹劑技術(shù)、電化學(xué)處理技術(shù)等。典型研究課題：港珠澳大橋環(huán)氧涂層鋼筋防腐性能的影響因素研究、混凝土鋼筋犧牲陽極陰極保護(hù)技術(shù)研究、滲鋅鋼筋在海工混凝土構(gòu)筑物中的防腐應(yīng)用研究等。

 

　　海洋工程結(jié)構(gòu)腐蝕與防護(hù)檢/ 監(jiān)測及評估技術(shù)主要涉及海水、大氣、土壤、混凝土環(huán)境中鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕與防護(hù)檢/ 監(jiān)測及評估技術(shù)，海洋工程結(jié)構(gòu)腐蝕與防護(hù)調(diào)查，海洋腐蝕數(shù)據(jù)采集與共享等。典型研究課題：港工結(jié)構(gòu)鋼筋腐蝕智能監(jiān)測及可靠度評估技術(shù)研究（國際先進(jìn)）、我國腐蝕狀況及控制戰(zhàn)略研究（港口碼頭部分）、港珠澳大橋主體工程CB03 標(biāo)段耐久性監(jiān)測系統(tǒng)的現(xiàn)場實(shí)施等。

 

　　《腐蝕防護(hù)之友》：鹽霧箱作為一種常用的腐蝕評價設(shè)備，在您的工作中會不會用到像鹽霧箱這種腐蝕評價方法？請介紹一下相關(guān)典型案例。

 

　　馬所長：鹽霧試驗(yàn)是一種利用鹽霧試驗(yàn)設(shè)備所創(chuàng)造的人工模擬鹽霧環(huán)境條件來考核金屬材料或電子元件、零部件、涂料等產(chǎn)品耐腐蝕性能的環(huán)境試驗(yàn)。鹽霧試驗(yàn)操作簡便，試驗(yàn)條件嚴(yán)酷，與現(xiàn)場暴露試驗(yàn)相比，得到試驗(yàn)結(jié)果的時間大大縮短， 為各類材料耐鹽霧性能研究提供了統(tǒng)一的平臺和方法。基于上述優(yōu)點(diǎn)，鹽霧試驗(yàn)備受青睞，被眾多海洋工程相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范所采用，如JTS 153-3-2007《海港工程鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范》、GB/T 18226-2015《公路交通工程鋼構(gòu)件防腐技術(shù)條件》、JT/T 722-2008《公路橋梁鋼結(jié)構(gòu)防腐涂裝技術(shù)條件》、JT/T 694-2007 《懸索橋主纜系統(tǒng)防腐涂裝技術(shù)條件》、JT/T 733-2008 《港口機(jī)械鋼結(jié)構(gòu)表面防腐涂層技術(shù)條件》、NB/T 31006-2011 《海上風(fēng)電場鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》等。

 

　　上述規(guī)范在我們單位的工作中經(jīng)常被采用，因此鹽霧試驗(yàn)箱也就成為我單位必備的重要設(shè)備。目前，常用的鹽霧腐蝕有中性鹽霧（NSS）試驗(yàn)、醋酸鹽霧（ASS） 試驗(yàn)、銅加速的醋酸鹽霧（CASS） 試驗(yàn)等， 其中中性鹽霧（NSS）試驗(yàn)在我單位使用最廣泛，主要用于評價各類防腐蝕涂料、碳鋼、低合金鋼、不銹鋼、金屬涂覆層、金屬復(fù)合材料、復(fù)層礦脂包覆防蝕系統(tǒng)用防蝕礦脂等材料的耐鹽霧性能，并供相關(guān)工程選材、耐鹽霧質(zhì)量評判或防腐性能對比研究所用。

 

　　鹽霧試驗(yàn)是工程選材或耐鹽霧質(zhì)量評判的有效手段，被廣泛用于海洋工程。然而實(shí)際工程中，出于對結(jié)構(gòu)安全性和耐久性的考慮，往往更看重現(xiàn)場暴露試驗(yàn)的結(jié)果。但是，現(xiàn)場暴露試驗(yàn)周期較長，而且工作量大。將現(xiàn)場暴露試驗(yàn)與鹽霧試驗(yàn)相結(jié)合，建立兩者腐蝕速度的對應(yīng)關(guān)系，不僅能夠發(fā)揮鹽霧試驗(yàn)周期短的優(yōu)勢，而且可使所得試驗(yàn)結(jié)果更加接近實(shí)際情況。此外，在鹽霧試驗(yàn)過程中耦合其它作用，如荷載、應(yīng)力、老化等，則能更準(zhǔn)確地預(yù)測海洋工程材料的使用壽命。

 

　　如上所述的現(xiàn)場暴露試驗(yàn)和鹽霧試驗(yàn)數(shù)據(jù)極其寶貴，需要大量研究工作和長期積累。若能通過我國廣大防腐工作者的共同努力和協(xié)同合作，建立不同材料、不同鹽霧模擬環(huán)境與實(shí)際海洋腐蝕環(huán)境對應(yīng)關(guān)系的數(shù)據(jù)庫，不僅可以加快我國海洋工程耐蝕材料的研發(fā)速度，而且對于提升新型防腐技術(shù)的推廣應(yīng)用效率也有著重要意義。

 

　　《腐蝕防護(hù)之友》：談?wù)勎覈Ｑ蠊こ滩牧系默F(xiàn)狀和存在的主要問題？

 

　　馬所長：海洋工程是指以開發(fā)、利用、保護(hù)、恢復(fù)海洋資源為目的，并且工程主體位于海岸線向海一側(cè)的新建、改建、擴(kuò)建工程。海洋工程類型繁多，具體包括海港工程、跨海大橋、人工島、海底隧道等。按照水深和空間劃分，海洋工程可分為海岸工程、離岸工程和深水工程等。盡管海洋工程類型多樣，但按工程結(jié)構(gòu)所使用的材料劃分，可分為鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和組合結(jié)構(gòu)。另外，防腐材料作為保障海洋環(huán)境中工程結(jié)構(gòu)耐久性的關(guān)鍵，也是重要的海洋工程材料。基于此，可將海洋工程材料分為鋼材料、鋼筋混凝土材料和防腐材料三類。

 

　　海洋工程屬于大型工程，材料用量很大，因此其主體結(jié)構(gòu)一般都采用成本較低的材料。以海港工程為例，最常用的結(jié)構(gòu)鋼材主要有低碳鋼（如Q235）、低合金鋼（如Q345）等，常用的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)材料主要是普通混凝土、高性能混凝土、普通鋼筋（ 如II 級螺紋鋼筋） 等。

 

　　海洋工程防腐是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程， 不同結(jié)構(gòu)和腐蝕區(qū)域采用防腐材料不盡相同。對于海港工程鋼結(jié)構(gòu)而言，常用的防腐材料有防腐涂料、復(fù)層礦脂包覆材料、陰極保護(hù)材料、金屬噴涂材料等。對于海港工程鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)而言，常用的防腐材料有防腐涂料、特種鋼筋（不銹鋼筋、環(huán)氧涂層鋼筋、滲鍍鋅鋼筋等）、阻銹劑、玻璃鋼包覆材料、硅烷浸漬材料、陰極保護(hù)材料等。

 

　　鋼材、鋼筋混凝土材料及防腐材料的組合形式，既經(jīng)濟(jì)又能達(dá)到相應(yīng)的功能需求，被廣泛應(yīng)用于海洋工程領(lǐng)域。然而， 防腐材料實(shí)施后并非一勞永逸，受施工質(zhì)量、環(huán)境變化等因素影響，其在運(yùn)行過程中，也會逐步劣化或被破壞，導(dǎo)致性能下降或失效。一旦防腐材料性能下降或失效， 鋼材及鋼筋混凝土材料就會遭受腐蝕，影響整體結(jié)構(gòu)安全性和耐久性。

 

　　例如：涂層受施工、運(yùn)輸、外力作用等因素的影響，常會出現(xiàn)局部破損，工程上通常的作法是進(jìn)行補(bǔ)涂。大量實(shí)踐和檢測表明，涂層局部破損補(bǔ)涂修復(fù)后的效果并不理想，一般在1~3 年就會發(fā)生破損或鼓泡等現(xiàn)象。此時，海洋工程已在海上運(yùn)行， 受眾多因素影響，再用涂料修補(bǔ)就會比較困難，特別是在水位變動區(qū)和浪濺區(qū)等潮濕的部位，涂料修補(bǔ)難度極大。若涂層局部破損不能及時修復(fù)，隨著時間的推移， 破損面積將逐步增大，直至涂層整體失效。目前常用海洋防腐涂料的質(zhì)量都較好，然而正是由于施工過程中造成的缺陷導(dǎo)致了涂層防腐性能的下降。

 

　　又如：理論上講，當(dāng)鋁合金犧牲陽極質(zhì)量合格、設(shè)計(jì)合理時，只要陽極所處海洋環(huán)境狀態(tài)良好，陽極將按正常速度逐步消耗直至壽命結(jié)束。然而實(shí)際上，由于海洋環(huán)境的復(fù)雜性和工程使用的需要，鋁合金犧牲陽極常處于不利的工作環(huán)境中，如在回淤港口被淤積的海泥掩埋、被海生物覆蓋等。這樣的環(huán)境變化，會造成陽極的不均勻溶解，使得陽極性能下降、壽命縮短，嚴(yán)重影響陰極保護(hù)的效果和年限。目前的犧牲陽極材料在海水中有著良好的工作性能，然而正是環(huán)境的變化使得陽極材料表面發(fā)生改變，使得其工作性能下降甚至失效。

 

　　隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，環(huán)保意識和可持續(xù)發(fā)展理念的深入貫徹，對碼頭和跨海大橋的耐久性提出了新的要求。近些年所建成的跨海大橋，如東海大橋、青島海灣大橋和杭州灣跨海大橋的設(shè)計(jì)壽命都達(dá)到了100 年。近期在建的港珠澳大橋的設(shè)計(jì)使用年限更是達(dá)到了120 年。新的耐久性要求也給海洋工程材料提出了更高的要求，如何從材料角度或防腐材料有效組合角度，實(shí)現(xiàn)海洋工程結(jié)構(gòu)的長壽命化也是海洋工程材料面臨的主要問題。

 

　　綜上所述，海洋工程材料要達(dá)到應(yīng)有的功能，不僅需要材料本身質(zhì)量過關(guān)、防腐效果達(dá)標(biāo)，而且需要良好的現(xiàn)場實(shí)施。然而，海洋環(huán)境復(fù)雜多變，海洋工程影響因素眾多，常使得防腐材料不能達(dá)到預(yù)期的防腐壽命和效果。因此，對海洋工程進(jìn)行定期檢查或?qū)崟r監(jiān)測就顯得尤為重要， 它可為及時發(fā)現(xiàn)腐蝕破壞、及早采取預(yù)防維護(hù)措施提供技術(shù)支持，對于延長結(jié)構(gòu)使用壽命和降低后期維護(hù)費(fèi)用有著重要意義。

 

　　另外，我國在高性能工程結(jié)構(gòu)材料方面，與國外仍有一定差距，一些海洋工程裝備材料嚴(yán)重依賴進(jìn)口。我國海洋工程材料的產(chǎn)學(xué)研用脫節(jié)，基礎(chǔ)研究薄弱，應(yīng)用研究不足，受經(jīng)濟(jì)因素和傳統(tǒng)思想的影響， 海洋工程新材料難以得到廣泛認(rèn)可，推廣應(yīng)用困難。海洋工程材料存在問題，同樣也有很大發(fā)展空間。以海洋強(qiáng)國戰(zhàn)略實(shí)施為契機(jī)，加強(qiáng)海洋工程材料基礎(chǔ)和應(yīng)用研究，促進(jìn)工程材料數(shù)據(jù)共享，推動產(chǎn)學(xué)研用一體化，對于助推我國海洋工程材料產(chǎn)業(yè)科學(xué)、健康、快速發(fā)展有著重要意義。

 

　　《腐蝕防護(hù)之友》：海洋強(qiáng)國戰(zhàn)略的確立，海洋用新材料產(chǎn)業(yè)已成為當(dāng)今科技創(chuàng)新最為活躍的領(lǐng)域之一。您對于未來海洋材料研發(fā)有什么看法？

 

　　馬所長：海洋強(qiáng)國戰(zhàn)略的確立以及陸續(xù)進(jìn)入修復(fù)期的海洋工程，不僅為海洋用新材料產(chǎn)業(yè)提供了廣闊的市場空間，而且對海洋用新材料產(chǎn)業(yè)提出了新的要求。海洋用新材料產(chǎn)業(yè)提供了廣闊的基于我國海洋工程材料的現(xiàn)狀和存在的主要問題，我認(rèn)為未來海洋材料的研發(fā)有如下重要方向：

 

　　1、低成本高耐久性的海洋工程結(jié)構(gòu)材料，如金屬復(fù)合材料、金屬- 非金屬復(fù)合材料、耐蝕鋼筋、特種高分子材料等。

 

　　2、耐極端環(huán)境海洋環(huán)境的長效防腐材料，如高性能海洋防腐涂料、陰極保護(hù)用高性能防海水電纜材料等。

 

　　3、長效且施工方便的海洋防腐修復(fù)材料，如復(fù)層礦脂包覆防蝕材料、海泥環(huán)境用犧牲陽極材料、氧化聚合型包覆防蝕材料等。

 

　　4、長效高性能特種材料，如深海工程材料、深海犧牲陽極、高強(qiáng)度海洋用鋼、耐生物腐蝕材料、海洋工程裝備用關(guān)鍵材料等。