應(yīng)用｜兩款石墨烯新產(chǎn)品成功應(yīng)用于世界級(jí)工程——深中通道

　　6月30日，歷時(shí)7年建設(shè)的深圳至中山跨江通道（簡(jiǎn)稱“深中通道”）正式通車試運(yùn)營(yíng)。這座粵港澳大灣區(qū)核心樞紐工程集“橋、島、隧、水下互通”于一體，全長(zhǎng)約24公里。由于深中通道面臨頻發(fā)的臺(tái)風(fēng)、高鹽高濕的苛刻環(huán)境、復(fù)雜的海底情況等，是當(dāng)前世界上綜合建設(shè)難度最高的跨海集群工程之一。

　　7年研究和建設(shè)，深中通道創(chuàng)下了世界最大跨徑全離岸鋼箱梁懸索橋、世界最大海中懸索橋錨碇等10項(xiàng)世界之最，及海洋環(huán)境大跨徑懸索橋超高強(qiáng)纜索制造與防腐技術(shù)、海中大型錨碇建造集成技術(shù)等10大國(guó)際領(lǐng)先技術(shù)。超級(jí)工程的背后，石墨烯材料也參與并發(fā)揮了關(guān)鍵作用：

　　一、為應(yīng)對(duì)苛刻的服役環(huán)境，深中大橋的鋼護(hù)筒、承臺(tái)和墩身結(jié)構(gòu)采用了石墨烯增強(qiáng)高耐久熔融結(jié)合環(huán)氧防腐涂層和環(huán)氧鋼筋材料，大幅提升了相關(guān)結(jié)構(gòu)的防腐、耐磨等性能，為深中通道工程提供了可滿足百年服役壽命的綜合防護(hù)解決方案。

　　二、深中大橋1666米特長(zhǎng)懸索橋主纜的金屬鋼結(jié)構(gòu)上采用了高性能石墨烯鋅涂料，該涂料具有卓越的防腐性能，可以為深中通道提供30年以上的長(zhǎng)效保護(hù)。

　　01　石墨烯增強(qiáng)高耐久性熔融結(jié)合環(huán)氧涂層鋼筋技術(shù)

　　由中國(guó)工程院院士薛群基和中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所研究員王立平領(lǐng)銜的科研團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合寧波科鑫腐蝕控制工程有限公司研制的二維納米材料增強(qiáng)高耐久性熔融結(jié)合環(huán)氧涂層鋼筋技術(shù)，在深中通道首次應(yīng)用。

　　由于鋼筋混凝土中存在縫隙或空隙，海工設(shè)施在服役過(guò)程中會(huì)受到鹽水或酸雨等侵蝕，引起鋼筋銹蝕。銹蝕產(chǎn)生的氧化鐵皮讓鋼筋的體積膨脹，久而久之導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂、保護(hù)層剝落，腐蝕和性能劣化速度加快。常規(guī)環(huán)氧涂層鋼筋在施工過(guò)程中，涂層容易發(fā)生磕碰損傷，因此需要將涂層做厚從而增加強(qiáng)度，但單純?cè)黾油繉雍穸?，加工過(guò)程中彎折處的涂層更容易發(fā)生開(kāi)裂，即常規(guī)涂層的高強(qiáng)度和高韌性通常難以兼顧。

　　聯(lián)合團(tuán)隊(duì)的科研人員在環(huán)氧樹(shù)脂粉末中添加了以石墨烯為代表的二維納米材料，研制出二維納米材料增強(qiáng)熔融環(huán)氧涂層。多次調(diào)整測(cè)試顯示，涂層各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到預(yù)期效果。這種涂層附著在鋼筋上后，二維納米材料會(huì)發(fā)揮優(yōu)異的阻隔特性，大幅降低腐蝕介質(zhì)在涂層中的滲透擴(kuò)散速率，使腐蝕介質(zhì)難以接觸金屬表面。它與環(huán)氧樹(shù)脂協(xié)同，使鋼筋獲得優(yōu)異的耐蝕功能。

　　相比常規(guī)的環(huán)氧涂層鋼筋，深中大橋此次用到的防腐鋼筋，環(huán)氧涂層厚度增加了50％，結(jié)合強(qiáng)度達(dá)到50兆帕以上（常規(guī)涂層結(jié)合強(qiáng)度通常在10兆帕以下），涂層還具有干縮小、延性大以及可彎性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。此外，雖然環(huán)氧涂層配方有所調(diào)整，但這批防腐鋼筋基本上仍然按照傳統(tǒng)環(huán)氧涂層鋼筋的工藝流程制作，制作成本增幅并不大。

　　聯(lián)合團(tuán)隊(duì)正進(jìn)一步研究金屬鋅與環(huán)氧涂層結(jié)合的復(fù)合涂層技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)鋼筋在受到磕碰后自行修復(fù)的功能，提供更強(qiáng)的防護(hù)性能。未來(lái)，這些創(chuàng)新技術(shù)有望廣泛應(yīng)用于深潛器、海上風(fēng)電、油氣鉆采平臺(tái)等苛刻環(huán)境中的工程和設(shè)施。

　　02　高性能石墨烯鋅涂料

　　百年工程深中通道，橋梁上金屬構(gòu)件處于海洋大氣環(huán)境中，腐蝕環(huán)境惡劣，涂裝工程量巨大，后期維修難度高，涂裝質(zhì)量直接影響到橋梁的使用壽命和可靠性、安全性。為達(dá)到長(zhǎng)效防腐效果，經(jīng)過(guò)專家組多次論證，首次在橋梁主跨1666米特長(zhǎng)懸索橋的金屬鋼構(gòu)采用石墨烯涂料。

　　中科院蘇州納米所攜手蘇州格瑞豐、涂創(chuàng)時(shí)代和德謙新材，產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同創(chuàng)新，開(kāi)發(fā)了高性能石墨烯鋅涂料，這種高性能石墨烯鋅涂料是在鋅的陰極保護(hù)機(jī)理上，引進(jìn)純碳本征石墨烯，將配方進(jìn)行優(yōu)化，全面激活高純度鋅，獲得陰極保護(hù)、屏蔽效應(yīng)、抑制作用三合一的防腐蝕機(jī)理，表現(xiàn)出卓越的防腐性能。100μm厚度的該涂層劃×鹽霧超過(guò)5000小時(shí)，遠(yuǎn)超傳統(tǒng)環(huán)氧涂層材料附著力和抗開(kāi)裂性能，滿足了設(shè)計(jì)需求，并在深中大橋1666米特長(zhǎng)懸索橋主纜的金屬鋼結(jié)構(gòu)上得到了規(guī)模應(yīng)用，為跨海橋梁建設(shè)和維護(hù)提供了安全耐久保障。

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　　現(xiàn)階段，聯(lián)盟的標(biāo)準(zhǔn)制定工作有序進(jìn)行，為助力石墨烯產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展而不斷努力。標(biāo)準(zhǔn)的制定需要產(chǎn)業(yè)各方的參與，歡迎各相關(guān)單位積極參與聯(lián)盟的標(biāo)準(zhǔn)制定工作。