本刊记者| 王　元

 

　　地球表面71% 的面积是海洋，我国拥有300 多万平方公里的蓝色国土。目前海洋经济正成为全球经济新的增长点。随着我国建设海洋强国战略的确立，海洋资源的加快开发，沿海经济的飞速发展。然而海洋新材料的发展仍然面临着诸多问题， 海洋装备和海洋工程用材料的腐蚀和生物污损问题也已经严重制约了我国建设海洋强国的步伐。值此海洋发展建设关键之际， 《腐蚀防护之友》记者对中交天津港湾工程研究院有限公司副总工程师、高级工程师、防腐技术研究所所长、中国腐蚀与防护协会常务理事马化雄先生进行了以海洋防腐为主题的电话专访。
 

海洋防腐
 

　　《腐蚀防护之友》：21 世纪是海洋的世纪，海洋强国战略正当时，谈谈您对它的战略意义的看法？

 

　　马所长：海洋是生命的摇篮、资源的宝库、经济的纽带、国防的前哨，是我国实现可持续发展的动力源泉。经过多年发展，我国已成为依赖海洋通道的外向型经济大国，在全球拥有广泛的海洋战略利益。海洋兴则国家兴，海洋强则国家强。海洋强国战略是保障国家安全、维护海洋权益和促进我国经济发展，实现中华民族伟大复兴中国梦的重要举措。“21 世纪海上丝绸之路”和亚洲基础设施投资银行的逐步落实和发展，对于助推海洋强国战略有着积极的意义。

 

　　海洋强国战略的实施，给海洋工程领域带来新的机遇和挑战。一方面，海洋强国战略需要大量的海洋工程和基础设施作为依托，为海洋工程材料产业带来了巨大的市场空间；另一方面，由于海洋环境的严酷腐蚀性，也对海洋工程材料提出了新的要求。正所谓机遇与挑战并存，以海洋强国战略实施为契机，大力发展我国海洋工程及相关材料产业，不仅为我国经济注入了新的驱动力，而且也为海洋强国战略的深度推进提供强有力的支持。

 

　　《腐蚀防护之友》：您是海洋材料这方面的权威专家，请详细介绍一下你们的研究方向（比如海港工程钢结构、混凝土结构腐蚀防护等等）？

 

　　马所长：中交天津港湾工程研究院有限公司始建于1959 年，主要从事与港口、海岸、海洋及其他土木工程有关的工程技术研究和实践工作，拥有天津港和锦州港两个暴露试验站。防腐专业在我单位有着悠久的历史，经过多年发展，防腐所现已成为集科研、设计、施工和检测于一体的综合性研究所，现有三个主要研究方向： 海洋钢结构腐蚀与防护技术、海洋钢筋混凝土结构腐蚀与防护技术和海洋工程结构腐蚀与防护检/ 监测及评估技术。

 

　　海洋钢结构腐蚀与防护技术主要涉及阴极保护技术、涂层防腐技术、复层矿脂包覆防腐技术、金属热喷涂技术等。典型研究课题：天津港海工钢结构牺牲阳极防腐蚀系统可用寿命的研究（国际先进）、不同海域新型矿脂包覆防蚀技术及示范（国家科技支撑计划）、深中通道沉管钢壳防腐技术研究等。

 

　　海洋钢筋混凝土结构腐蚀与防护技术主要涉及混凝土涂层防腐技术、阴极保护技术、特种钢筋技术、硅烷浸渍技术、阻锈剂技术、电化学处理技术等。典型研究课题：港珠澳大桥环氧涂层钢筋防腐性能的影响因素研究、混凝土钢筋牺牲阳极阴极保护技术研究、渗锌钢筋在海工混凝土构筑物中的防腐应用研究等。

 

　　海洋工程结构腐蚀与防护检/ 监测及评估技术主要涉及海水、大气、土壤、混凝土环境中钢结构和钢筋混凝土结构的腐蚀与防护检/ 监测及评估技术，海洋工程结构腐蚀与防护调查，海洋腐蚀数据采集与共享等。典型研究课题：港工结构钢筋腐蚀智能监测及可靠度评估技术研究（国际先进）、我国腐蚀状况及控制战略研究（港口码头部分）、港珠澳大桥主体工程CB03 标段耐久性监测系统的现场实施等。

 

　　《腐蚀防护之友》：盐雾箱作为一种常用的腐蚀评价设备，在您的工作中会不会用到像盐雾箱这种腐蚀评价方法？请介绍一下相关典型案例。

 

　　马所长：盐雾试验是一种利用盐雾试验设备所创造的人工模拟盐雾环境条件来考核金属材料或电子元件、零部件、涂料等产品耐腐蚀性能的环境试验。盐雾试验操作简便，试验条件严酷，与现场暴露试验相比，得到试验结果的时间大大缩短， 为各类材料耐盐雾性能研究提供了统一的平台和方法。基于上述优点，盐雾试验备受青睐，被众多海洋工程相关标准规范所采用，如JTS 153-3-2007《海港工程钢结构防腐蚀技术规范》、GB/T 18226-2015《公路交通工程钢构件防腐技术条件》、JT/T 722-2008《公路桥梁钢结构防腐涂装技术条件》、JT/T 694-2007 《悬索桥主缆系统防腐涂装技术条件》、JT/T 733-2008 《港口机械钢结构表面防腐涂层技术条件》、NB/T 31006-2011 《海上风电场钢结构防腐蚀技术标准》等。

 

　　上述规范在我们单位的工作中经常被采用，因此盐雾试验箱也就成为我单位必备的重要设备。目前，常用的盐雾腐蚀有中性盐雾（NSS）试验、醋酸盐雾（ASS） 试验、铜加速的醋酸盐雾（CASS） 试验等， 其中中性盐雾（NSS）试验在我单位使用最广泛，主要用于评价各类防腐蚀涂料、碳钢、低合金钢、不锈钢、金属涂覆层、金属复合材料、复层矿脂包覆防蚀系统用防蚀矿脂等材料的耐盐雾性能，并供相关工程选材、耐盐雾质量评判或防腐性能对比研究所用。

 

　　盐雾试验是工程选材或耐盐雾质量评判的有效手段，被广泛用于海洋工程。然而实际工程中，出于对结构安全性和耐久性的考虑，往往更看重现场暴露试验的结果。但是，现场暴露试验周期较长，而且工作量大。将现场暴露试验与盐雾试验相结合，建立两者腐蚀速度的对应关系，不仅能够发挥盐雾试验周期短的优势，而且可使所得试验结果更加接近实际情况。此外，在盐雾试验过程中耦合其它作用，如荷载、应力、老化等，则能更准确地预测海洋工程材料的使用寿命。

 

　　如上所述的现场暴露试验和盐雾试验数据极其宝贵，需要大量研究工作和长期积累。若能通过我国广大防腐工作者的共同努力和协同合作，建立不同材料、不同盐雾模拟环境与实际海洋腐蚀环境对应关系的数据库，不仅可以加快我国海洋工程耐蚀材料的研发速度，而且对于提升新型防腐技术的推广应用效率也有着重要意义。

 

　　《腐蚀防护之友》：谈谈我国海洋工程材料的现状和存在的主要问题？

 

　　马所长：海洋工程是指以开发、利用、保护、恢复海洋资源为目的，并且工程主体位于海岸线向海一侧的新建、改建、扩建工程。海洋工程类型繁多，具体包括海港工程、跨海大桥、人工岛、海底隧道等。按照水深和空间划分，海洋工程可分为海岸工程、离岸工程和深水工程等。尽管海洋工程类型多样，但按工程结构所使用的材料划分，可分为钢结构、钢筋混凝土结构和组合结构。另外，防腐材料作为保障海洋环境中工程结构耐久性的关键，也是重要的海洋工程材料。基于此，可将海洋工程材料分为钢材料、钢筋混凝土材料和防腐材料三类。

 

　　海洋工程属于大型工程，材料用量很大，因此其主体结构一般都采用成本较低的材料。以海港工程为例，最常用的结构钢材主要有低碳钢（如Q235）、低合金钢（如Q345）等，常用的钢筋混凝土结构材料主要是普通混凝土、高性能混凝土、普通钢筋（ 如II 级螺纹钢筋） 等。

 

　　海洋工程防腐是一个复杂的系统工程， 不同结构和腐蚀区域采用防腐材料不尽相同。对于海港工程钢结构而言，常用的防腐材料有防腐涂料、复层矿脂包覆材料、阴极保护材料、金属喷涂材料等。对于海港工程钢筋混凝土结构而言，常用的防腐材料有防腐涂料、特种钢筋（不锈钢筋、环氧涂层钢筋、渗镀锌钢筋等）、阻锈剂、玻璃钢包覆材料、硅烷浸渍材料、阴极保护材料等。

 

　　钢材、钢筋混凝土材料及防腐材料的组合形式，既经济又能达到相应的功能需求，被广泛应用于海洋工程领域。然而， 防腐材料实施后并非一劳永逸，受施工质量、环境变化等因素影响，其在运行过程中，也会逐步劣化或被破坏，导致性能下降或失效。一旦防腐材料性能下降或失效， 钢材及钢筋混凝土材料就会遭受腐蚀，影响整体结构安全性和耐久性。

 

　　例如：涂层受施工、运输、外力作用等因素的影响，常会出现局部破损，工程上通常的作法是进行补涂。大量实践和检测表明，涂层局部破损补涂修复后的效果并不理想，一般在1~3 年就会发生破损或鼓泡等现象。此时，海洋工程已在海上运行， 受众多因素影响，再用涂料修补就会比较困难，特别是在水位变动区和浪溅区等潮湿的部位，涂料修补难度极大。若涂层局部破损不能及时修复，随着时间的推移， 破损面积将逐步增大，直至涂层整体失效。目前常用海洋防腐涂料的质量都较好，然而正是由于施工过程中造成的缺陷导致了涂层防腐性能的下降。

 

　　又如：理论上讲，当铝合金牺牲阳极质量合格、设计合理时，只要阳极所处海洋环境状态良好，阳极将按正常速度逐步消耗直至寿命结束。然而实际上，由于海洋环境的复杂性和工程使用的需要，铝合金牺牲阳极常处于不利的工作环境中，如在回淤港口被淤积的海泥掩埋、被海生物覆盖等。这样的环境变化，会造成阳极的不均匀溶解，使得阳极性能下降、寿命缩短，严重影响阴极保护的效果和年限。目前的牺牲阳极材料在海水中有着良好的工作性能，然而正是环境的变化使得阳极材料表面发生改变，使得其工作性能下降甚至失效。

 

　　随着我国经济的飞速发展，环保意识和可持续发展理念的深入贯彻，对码头和跨海大桥的耐久性提出了新的要求。近些年所建成的跨海大桥，如东海大桥、青岛海湾大桥和杭州湾跨海大桥的设计寿命都达到了100 年。近期在建的港珠澳大桥的设计使用年限更是达到了120 年。新的耐久性要求也给海洋工程材料提出了更高的要求，如何从材料角度或防腐材料有效组合角度，实现海洋工程结构的长寿命化也是海洋工程材料面临的主要问题。

 

　　综上所述，海洋工程材料要达到应有的功能，不仅需要材料本身质量过关、防腐效果达标，而且需要良好的现场实施。然而，海洋环境复杂多变，海洋工程影响因素众多，常使得防腐材料不能达到预期的防腐寿命和效果。因此，对海洋工程进行定期检查或实时监测就显得尤为重要， 它可为及时发现腐蚀破坏、及早采取预防维护措施提供技术支持，对于延长结构使用寿命和降低后期维护费用有着重要意义。

 

　　另外，我国在高性能工程结构材料方面，与国外仍有一定差距，一些海洋工程装备材料严重依赖进口。我国海洋工程材料的产学研用脱节，基础研究薄弱，应用研究不足，受经济因素和传统思想的影响， 海洋工程新材料难以得到广泛认可，推广应用困难。海洋工程材料存在问题，同样也有很大发展空间。以海洋强国战略实施为契机，加强海洋工程材料基础和应用研究，促进工程材料数据共享，推动产学研用一体化，对于助推我国海洋工程材料产业科学、健康、快速发展有着重要意义。

 

　　《腐蚀防护之友》：海洋强国战略的确立，海洋用新材料产业已成为当今科技创新最为活跃的领域之一。您对于未来海洋材料研发有什么看法？

 

　　马所长：海洋强国战略的确立以及陆续进入修复期的海洋工程，不仅为海洋用新材料产业提供了广阔的市场空间，而且对海洋用新材料产业提出了新的要求。海洋用新材料产业提供了广阔的基于我国海洋工程材料的现状和存在的主要问题，我认为未来海洋材料的研发有如下重要方向：

 

　　1、低成本高耐久性的海洋工程结构材料，如金属复合材料、金属- 非金属复合材料、耐蚀钢筋、特种高分子材料等。

 

　　2、耐极端环境海洋环境的长效防腐材料，如高性能海洋防腐涂料、阴极保护用高性能防海水电缆材料等。

 

　　3、长效且施工方便的海洋防腐修复材料，如复层矿脂包覆防蚀材料、海泥环境用牺牲阳极材料、氧化聚合型包覆防蚀材料等。

 

　　4、长效高性能特种材料，如深海工程材料、深海牺牲阳极、高强度海洋用钢、耐生物腐蚀材料、海洋工程装备用关键材料等。