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海洋环境非金属材料航标技术的应用

孙红尧 李红卫 李维运

孙红尧,李红卫,李维运. 海洋环境非金属材料航标技术的应用[J]. 水利水运工程学报. doi:  10.12170/20210910005
引用本文: 孙红尧,李红卫,李维运. 海洋环境非金属材料航标技术的应用[J]. 水利水运工程学报. doi:  10.12170/20210910005
(SUN Hongyao, LI Hongwei, LI Weiyun. Application and expectation of non-metallic navigation aids technology in marine environment[J]. Hydro-Science and Engineering(in Chinese)) doi:  10.12170/20210910005
Citation: (SUN Hongyao, LI Hongwei, LI Weiyun. Application and expectation of non-metallic navigation aids technology in marine environment[J]. Hydro-Science and Engineering(in Chinese)) doi:  10.12170/20210910005

海洋环境非金属材料航标技术的应用

doi: 10.12170/20210910005
基金项目: 国家重点研发计划资助项目(2018YFC0406702)
详细信息
    作者简介:

    孙红尧(1965—),男,江苏盐城人,正高级工程师,主要从事防腐蚀新材料和新技术的研究开发。E-mail:rehaha@163.com

  • 中图分类号: U644.4

Application and expectation of non-metallic navigation aids technology in marine environment

  • 摘要: 耐腐蚀新材料和新技术的研究一直是热点。总结了海洋环境下国内非金属材料航标技术的应用现状,分析了各材料航标的成本、性能差异。结果显示,钢筋混凝土灯桩正逐步被淘汰,钢制、玻璃钢聚脲弹性体复合材料和超高分子量聚乙烯灯桩是灯桩的主要结构形式。钢制浮标是目前浮标的主要结构形式,超高分子量聚乙烯浮标正在逐渐扩大应用,玻璃钢浮标的应用规模在缩小。最后提出了非金属材料航标的发展趋势,航标未来的发展方向为改进完善超高分子量聚乙烯非金属材料的性能,优化新非金属材料航标结构的设计,加大非金属材料航标尤其是低成本、耐腐蚀、防沾污、低吸水、轻质、高抗冲击性能非金属材料航标的研究开发投入,并及时制订相关技术规范和标准。
  • 图  1  超高分子量聚乙烯浮标

    Figure  1.  UHMWPE buoy

    图  2  超高分子量聚乙烯灯浮

    Figure  2.  UHMWPE light-buoy

    图  3  灯浮标顶标架锈蚀

    Figure  3.  Rust on the top buoy frame of the light buoy

    图  4  灯浮标浮筒状况良好

    Figure  4.  The light buoy is in good condition

    图  5  海岸边上超高分子量聚乙烯塑料航标

    Figure  5.  UHMWPE plastic light beacon on the coast

    图  6  钢筋混凝土灯桩的破坏情况

    Figure  6.  Damage of reinforced concrete light beacon

    图  7  GFRP-SPUA灯桩

    Figure  7.  GFRP-SPUA light beacon

    表  1  国内外相关航标产品关键性能对比[3]

    Table  1.   Comparison of key performance of relevant ATONs at home and abroad[3]

    产品来源浮标性能灯标性能
    维护期/a寿命/a抗风强度/(m·s-1)环管强度/(kJ·m-2)断裂伸长率/%
    国内某公司玻璃钢系列航标 1 10 50 5 000 >150
    国内某公司聚乙烯系列浮标、弹性体灯桩 10 20 36 / >300
    澳大利亚某公司聚乙烯系列航标 1 15 50 5 500 >264
    美国某公司聚乙烯系列航标 10 20 50 5 600 >300
    芬兰某公司聚苯乙烯系列航标 10 30 60 6 000 >400
    文献[3]产品 10 30 60 5 800 >350
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    表  2  喷涂聚脲弹性体材料特性

    Table  2.   Properties of sprayed polyurea elastomer

    指标文献[7]HG/T 3831—2006
    通用型防水型
    外观 A组分为无色、黄色或棕色透明液体
    B组分为各色液体
    固含量/% >99 ≥95
    凝胶时间/s ≤45 ≤30
    密度/(kg•m−3) 950~1 100
    硬度/邵A 85~95 75~95
    拉伸强度/MPa >14 ≥10 ≥8
    断裂伸长率/% >300 ≥150 ≥300
    撕裂强度/MPa >30 ≥40 ≥25
    抗冲击强度/MPa >40
    低温柔韧性 −45 °C不断裂 −30 ℃在10 mm轴180°弯折不开裂
    不透水性 0.5 MPa 24 h无透水现象 0.3 MPa 30 min不透水
    耐盐雾性(2 000 h) 无锈蚀、不起泡、不脱落
    耐水性(30 d) 无锈蚀、不起泡、不脱落
    耐磨耗性(750 g/500 r) ≤40 mg
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    表  3  4种材料灯桩的成本和性能比较

    Table  3.   Cost and performance comparison of four kinds of light beacons

    材料建设成本/
    万元
    建设
    周期/d
    保养费用/
    (万元·a−1)
    使用
    年限/a
    灯桩
    高度/m
    抗风
    能力/级
    受地震载荷
    影响
    维护施工
    超高分子量聚乙烯20~40700.2505~10≤13较小基本不需要室内制作,现场拼装和安装
    钢筋混凝土60~300150~2000.35010~20≤13较大需要防止
    钢筋锈蚀
    现场施工,工期长,受环境条件
    影响大,海边制作需要淡水
    玻璃钢聚脲弹
    性体复合材料
    20~4045~702.0≥305~10≤13几乎忽略聚脲涂层维护钢筋混凝土基础现场施工,桩身玻璃钢可
    现场制作安装,也可室内制作现场安装
    钢结构30~6020~355.05~1010~20≤10较大涂层维护现场制作,部分可以室内制作现场安装
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    表  4  3种材料浮标的对比

    Table  4.   Comparison of three material buoys

    材料内部结构维护要求抛投环保性能抗撞击能力使用寿命/a
    钢制无聚氨酯泡沫每1~3年清除海生物一次,
    涂漆一次
    大型船只整体涂漆污染环境撞击后易损坏、漏水、倾斜、
    下沉、损坏船只、浮标报废
    5
    玻璃钢聚脲弹性体
    复合材料
    内充聚氨酯泡沫每1~3年,清除海生物一次,
    涂漆一次,且外层聚脲体需维护
    小型船只整体涂漆污染环境5~10
    超高分子量聚乙烯内充聚氨酯泡沫无需涂漆、无需清理海生物小型船只对环境无污染撞击后速回弹不易变形损坏≥10
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  • 收稿日期:  2021-09-10

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