水位變動區(qū)鋼管樁涂層修復技術經濟比選

劉樹奎，陳韜

（1.天津港聯盟國際集裝箱碼頭有限公司，天津 300461；2.中交天津港灣工程研究院有限公司，天津 300222）

0 引言

天津港聯盟國際集裝箱碼頭位于天津港北港池西側，南鄰東突堤港區(qū)，碼頭岸線總長1 100 m，總寬73.0 m，其中前方承臺寬41.0 m，后方承臺寬32.0 m，碼頭承臺共分19個結構段，排架間距為7.0m，碼頭前方承臺基樁為φ1 000 mm和φ1 200 mm鋼管樁，材質Q345，共1 511根。該碼頭水中及泥下部位鋼管樁采用犧牲陽極陰極保護，設計保護年限30 a。水位變動區(qū)（自樁頂以下8.0 m）采用防腐涂層和犧牲陽極聯合保護。防腐涂層采用725LH53-9環(huán)氧重防腐涂料，設計要求鋼管樁表面除銹等級為Sa2.5級，涂層厚度0.8～1.0 mm，2006年7月竣工并交付使用，設計使用年限30 a。

2010年的鋼管樁常規(guī)檢測[1]中發(fā)現，碼頭第13、14、18、19結構段的23根鋼管樁水位變動區(qū)的涂層存在不同程度的破損。鑒于陰極保護系統(tǒng)在水位變動區(qū)保護效率有限，為保障上述鋼管樁的使用年限，決定對上述鋼管樁水位變動區(qū)的破損涂層進行修復。據調查，目前海洋環(huán)境中涂層修復的主要方法有兩種，即重防腐涂料修復技術和包覆防腐修復技術。本文針對天津港聯盟國際集裝箱碼頭鋼管樁涂層破損的具體情況，從技術特點、現場施工、后期維護管理、修復成本等角度對以上兩種修復技術進行技術和經濟分析。

1 涂層修復技術的特點

1.1 重防腐涂料修復技術

重防腐涂料可在相對嚴酷的腐蝕環(huán)境中使用，而且保護期限比常規(guī)涂料更長，在港口工程、海洋工程、化工、石油等行業(yè)得到了廣泛應用[2]。重裝防腐涂料分為環(huán)氧重防腐涂料、玻璃鱗片重防腐涂料和聚氨酯重防腐涂料等。其中，在碼頭鋼管樁防腐修復中應用最廣的涂料是無溶劑環(huán)氧重防腐涂料。這類涂料是一種高性能、雙包裝的環(huán)氧類重防腐產品，可在水下或潮濕環(huán)境涂裝，不含揮發(fā)性有機化合物，可以直接涂覆在金屬、混凝土表面，涂膜具有優(yōu)秀的抗沖擊性、附著力和耐腐蝕性。無溶劑環(huán)氧重防腐涂料的特點見表1。目前，該涂料已在上海、寧波、廣東等地的碼頭鋼管樁涂層修復中得到了應用。

表1 重防腐涂料和包覆防腐修復技術的特點

1.2 包覆防腐修復技術

本工程調查了兩種包覆防腐修復技術，分別為國內的PTC新型包覆防蝕技術和英國的礦脂防腐帶冷包纏技術，以下對兩種技術進行簡要介紹。

1.2.1 PTC新型包覆防蝕技術

PTC新型包覆防蝕系統(tǒng)由防蝕膏、防蝕帶、聚乙烯泡沫和玻璃鋼或者增強玻璃鋼防蝕保護罩4層緊密相連的保護層組成。防蝕膏和防蝕帶作為防腐蝕保護材料涂抹、纏繞在鋼鐵設施表面上；聚乙烯泡沫和玻璃鋼或者增強玻璃鋼防蝕保護罩作為外防護層包覆在鋼鐵設施外表面。PTC新型包覆防蝕技術的特點見表1。目前，該技術在青島港、湛江港、毛里塔尼亞港等得到了應用，修復前后的效果見圖1。

圖1 利用PTC新型包覆防蝕技術修復前后的效果

1.2.2 礦脂防腐帶冷包纏技術

礦脂防腐帶冷包纏系統(tǒng)由礦脂帶底漆、冷包纏防腐帶和高密度乙烯護甲組成。在海洋環(huán)境應用時，應先用礦脂底漆覆蓋清理后的待保護表面，再包纏海洋礦脂冷纏帶，最后安裝高密度乙烯護甲保護包纏過的表面。礦脂防腐帶冷包纏技術的特點見表1。目前，該技術在深圳港、寧波港、營口港已有應用，修復效果見圖2。

圖2 利用礦脂防腐帶冷包纏技術修復前后的效果

2 兩種涂層修復技術的比較

2.1 材料性能的比較

由表1可知，兩種涂層修復技術所用材料都具有良好的耐蝕性、抗介質滲透性、抗沖刷能力和附著力，可以滿足鋼管樁水位變動區(qū)的防腐要求。此外，兩種技術所用材料都具有環(huán)保和無毒的特性，符合港口環(huán)境保護的相關要求。對于水下環(huán)境，由于受施工條件和表面處理的影響，重防腐涂料修復的涂層使用年限有限，一般小于5 a；而對于潮濕環(huán)境，重防腐涂料修復的涂層保護年限相對較長，一般在10～15 a之間。包覆防腐系統(tǒng)的使用年限則一般為20～30 a。包覆防腐修復技術一次性使用保護年限是重防腐涂料修復技術的2～6倍，因此包覆防腐修復技術的長期防腐效果優(yōu)于重防腐涂料修復技術。

2.2 現場施工因素

2.2.1 現場環(huán)境狀況

本工程鋼管樁的涂層破損主要集中在水位變動區(qū)，退潮全部露出保持的時間較短，而且由于海浪的作用，涂層破損處表面一直處于潮濕狀態(tài)。因此，涂層修復需要在潮濕和水下兩種條件下進行施工。該碼頭承臺水位較低，導致樁頂至水面的空間有限，對施工將有一定限制。此外，鋼管樁表面覆蓋著大量海生物。根據上述條件，兩種修復技術的施工都必須采用潛水員。

2.2.2 兩種修復技術的現場施工工藝

重防腐修復技術施工包括以下幾個主要過程：鋼管樁表面前處理、防腐涂料配制和防腐涂料涂覆。鋼管樁表面前處理，首先需清除鋼管樁表面的海生物和雜質，接著對鋼管樁表面進行噴射除銹（Sa2），最后對焊縫和表面暴露的缺陷進行處理。防腐涂料配制時，根據說明書的相關要求，將A組分和B組分配制成所需的涂料配套，并在1 h以內用完。防腐涂料涂覆一般采用刷涂或刮涂，潛水員涂裝過程需嚴格控制，為保證涂層最終厚度還需在不同部位測定涂層的濕膜厚度。

PTC新型包覆防蝕技術的施工過程按下列順序依次進行：現場標記、安裝固定支撐鋼卡箍、表面處理、涂抹防蝕膏、纏繞防蝕帶、安裝防蝕保護罩、涂抹端部封閉材料。礦脂防腐帶冷包纏技術的施工過程按下列順序依次進行：表面處理、涂抹礦脂底漆、纏繞礦脂帶、安裝高強度護甲。PTC新型包覆防蝕技術比礦脂防腐帶冷包纏技術多出3道工序，即現場標記、安裝固定支撐鋼卡箍和涂抹端部封閉材料。這3道工序的實施有助于抗冰防滑和更好地實現鋼管樁頂部與樁帽的密封。盡管前者施工過程工序更多，但兩者的基本過程相似，都包括表面處理、涂抹防蝕膏、纏繞防蝕帶、安裝護甲4個過程。

2.2.3 兩種修復技術現場施工因素的比較

重防腐涂料修復技術與包覆防腐修復技術現場施工因素的比較：

1） 前者表面處理需采用噴射除銹（Sa2），而后者僅需采用手工除銹（St2）。

2） 水下涂料涂覆采用刷涂或刮涂，涂覆過程中易受現場條件（如海浪、潛水員操作等）的影響，需嚴格控制涂覆工藝，因此水下重防腐涂料修復工作量大、難度高、效率低。而對于包覆防腐修復技術，涂抹防蝕膏過程簡單，只需用手在鋼管樁表面均勻涂抹一層防蝕膏，隨后防蝕帶和護甲的安裝也非常簡單，因此該技術效率高。此外，水下涂料涂覆過程質量控制的難度大于包覆防腐修復技術。

3）涂料涂覆后，一般需經過2～5 d才能完全固化投入使用，在此過程中處于水下的涂料極易受到海浪、泥沙沖刷等因素的影響，導致涂料固化效果下降。而對于包覆防腐修復技術，在涂抹完防蝕膏后，隨即采用防蝕帶進行纏繞，并安裝護甲，這在很大程度上保證了防蝕膏免受外界因素的影響。

4）水下涂料涂覆前，需配制防腐涂料，且必須在1 h內使用完。然而，由于碼頭結構的限制以及現場條件的影響，很難保證涂料按時使用完。若減少配制防腐涂料量，則會增加配制工作量。而防蝕膏可直接使用，不存在上述問題。

5） 包覆防腐修復技術由于表面處理要求低、施工操作簡單，施工工期將小于重防腐修復技術的施工工期，對正常作業(yè)影響更小。

綜上所述，包覆防腐修復技術的施工工藝更適合本工程的現場環(huán)境和碼頭結構。

2.3 維護管理因素

重防腐涂料修復技術的維修難度大、頻率高，不便于維護管理。包覆防腐修復技術一次性使用年限長，維護更換難度小，便于后期維護管理。

2.4 工程成本因素

在浪濺區(qū)、海洋大氣區(qū)、退潮時的水位變動區(qū)等潮濕環(huán)境下，重防腐修復技術有著一定的成本優(yōu)勢。但由于碼頭所處的環(huán)境和結構特征，本工程潮濕環(huán)境施工空間和時間有限，主要以水下環(huán)境施工為主，因此下面重點對比分析水下涂料修復技術與包覆修復技術的工程成本差別。包覆修復的原材料價格是水下涂料修復的8～10倍，但水下重防腐涂料所修復涂層的使用年限卻不及包覆修復的1/6～1/4。因此，若要保證重防腐涂料修復涂層的使用年限也達到包覆修復的使用年限（20～30 a），則至少需要經過4～6次的維護或修復。由于施工工期長、工作量大、需噴射除銹、表面處理等級要求高，水下涂料修復施工成本將是包覆修復的1.5～2倍左右。據此可知，在相同使用年限的條件下，水下涂料修復的施工成本將是包覆修復的6～12倍。因此，綜合施工成本與材料價格，水下涂料修復技術的遠期成本與包覆防腐修復技術基本持平。

綜上所述，包覆防腐修復技術在長期防腐效果、現場施工工藝、后期維護管理等方面都具有一定的優(yōu)勢。此外，考慮到PTC新型包覆防蝕技術和礦脂防腐帶冷包纏技術價格相近，且都具有較好的性能，因此本工程決定同時采用上述兩種包覆防腐修復技術。

3 結語

1） 從材料性能來看，重防腐涂料修復技術和包覆防腐修復技術都是可行的，均可用于天津港聯盟國際集裝箱碼頭鋼管樁水位變動區(qū)涂層的修復，但包覆防腐修復技術的長期防腐效果優(yōu)于重防腐涂料修復技術。

2） 從現場施工因素考慮，在目前所處的環(huán)境和結構特征條件下，包覆防腐修復技術的施工工藝具有較大的優(yōu)勢。

3） 從后期維護管理角度看，包覆防腐修復技術更便于管理和維護。

4） 從工程成本因素考慮，在潮濕環(huán)境下，重防腐修復技術具有較大的成本優(yōu)勢。而對于水下環(huán)境，重防腐涂料修復技術的遠期投資與包覆防腐修復技術基本持平。

5） 綜合分析和考慮材料性能、現場施工、維護管理、工程成本等因素，本工程確定采用包覆防腐修復技術（PTC新型包覆防蝕技術和礦脂防腐帶冷包纏技術） 對天津港聯盟國際集裝箱碼頭鋼管樁水位變動區(qū)的涂層進行修復。

[1]王峰.天津港聯盟國際集裝箱碼頭工程鋼管樁常規(guī)檢測報告[R].天津：天津港灣工程質量檢測中心，2010.

[2]高瑾，米琪.防腐蝕涂料與涂裝[M].北京：中國石化出版社，2007.