应用｜两款石墨烯新产品成功应用于世界级工程——深中通道

　　6月30日，历时7年建设的深圳至中山跨江通道（简称“深中通道”）正式通车试运营。这座粤港澳大湾区核心枢纽工程集“桥、岛、隧、水下互通”于一体，全长约24公里。由于深中通道面临频发的台风、高盐高湿的苛刻环境、复杂的海底情况等，是当前世界上综合建设难度最高的跨海集群工程之一。

　　7年研究和建设，深中通道创下了世界最大跨径全离岸钢箱梁悬索桥、世界最大海中悬索桥锚碇等10项世界之最，及海洋环境大跨径悬索桥超高强缆索制造与防腐技术、海中大型锚碇建造集成技术等10大国际领先技术。超级工程的背后，石墨烯材料也参与并发挥了关键作用：

　　一、为应对苛刻的服役环境，深中大桥的钢护筒、承台和墩身结构采用了石墨烯增强高耐久熔融结合环氧防腐涂层和环氧钢筋材料，大幅提升了相关结构的防腐、耐磨等性能，为深中通道工程提供了可满足百年服役寿命的综合防护解决方案。

　　二、深中大桥1666米特长悬索桥主缆的金属钢结构上采用了高性能石墨烯锌涂料，该涂料具有卓越的防腐性能，可以为深中通道提供30年以上的长效保护。

　　01　石墨烯增强高耐久性熔融结合环氧涂层钢筋技术

　　由中国工程院院士薛群基和中国科学院宁波材料技术与工程研究所研究员王立平领衔的科研团队，联合宁波科鑫腐蚀控制工程有限公司研制的二维纳米材料增强高耐久性熔融结合环氧涂层钢筋技术，在深中通道首次应用。

　　由于钢筋混凝土中存在缝隙或空隙，海工设施在服役过程中会受到盐水或酸雨等侵蚀，引起钢筋锈蚀。锈蚀产生的氧化铁皮让钢筋的体积膨胀，久而久之导致混凝土开裂、保护层剥落，腐蚀和性能劣化速度加快。常规环氧涂层钢筋在施工过程中，涂层容易发生磕碰损伤，因此需要将涂层做厚从而增加强度，但单纯增加涂层厚度，加工过程中弯折处的涂层更容易发生开裂，即常规涂层的高强度和高韧性通常难以兼顾。

　　联合团队的科研人员在环氧树脂粉末中添加了以石墨烯为代表的二维纳米材料，研制出二维纳米材料增强熔融环氧涂层。多次调整测试显示，涂层各项指标达到预期效果。这种涂层附着在钢筋上后，二维纳米材料会发挥优异的阻隔特性，大幅降低腐蚀介质在涂层中的渗透扩散速率，使腐蚀介质难以接触金属表面。它与环氧树脂协同，使钢筋获得优异的耐蚀功能。

　　相比常规的环氧涂层钢筋，深中大桥此次用到的防腐钢筋，环氧涂层厚度增加了50％，结合强度达到50兆帕以上（常规涂层结合强度通常在10兆帕以下），涂层还具有干缩小、延性大以及可弯性强等优点。此外，虽然环氧涂层配方有所调整，但这批防腐钢筋基本上仍然按照传统环氧涂层钢筋的工艺流程制作，制作成本增幅并不大。

　　联合团队正进一步研究金属锌与环氧涂层结合的复合涂层技术，以实现钢筋在受到磕碰后自行修复的功能，提供更强的防护性能。未来，这些创新技术有望广泛应用于深潜器、海上风电、油气钻采平台等苛刻环境中的工程和设施。

　　02　高性能石墨烯锌涂料

　　百年工程深中通道，桥梁上金属构件处于海洋大气环境中，腐蚀环境恶劣，涂装工程量巨大，后期维修难度高，涂装质量直接影响到桥梁的使用寿命和可靠性、安全性。为达到长效防腐效果，经过专家组多次论证，首次在桥梁主跨1666米特长悬索桥的金属钢构采用石墨烯涂料。

　　中科院苏州纳米所携手苏州格瑞丰、涂创时代和德谦新材，产业链协同创新，开发了高性能石墨烯锌涂料，这种高性能石墨烯锌涂料是在锌的阴极保护机理上，引进纯碳本征石墨烯，将配方进行优化，全面激活高纯度锌，获得阴极保护、屏蔽效应、抑制作用三合一的防腐蚀机理，表现出卓越的防腐性能。100μm厚度的该涂层划×盐雾超过5000小时，远超传统环氧涂层材料附着力和抗开裂性能，满足了设计需求，并在深中大桥1666米特长悬索桥主缆的金属钢结构上得到了规模应用，为跨海桥梁建设和维护提供了安全耐久保障。

　　联盟在研标准

　　· 石墨烯改性纤维定义及分类

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　　· 石墨烯光波房应用指南

　　· 石墨烯气凝胶粉体材料

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　　· 碳纳米材料改性功能母粒表征与测试方法

　　· 石墨烯涂层集流体

　　现阶段，联盟的标准制定工作有序进行，为助力石墨烯产业的高质量发展而不断努力。标准的制定需要产业各方的参与，欢迎各相关单位积极参与联盟的标准制定工作。