外包覆防腐系統(tǒng)在天津港水位變動(dòng)區(qū)鋼管樁防腐修復(fù)中的應(yīng)用

李蕊

（天津港聯(lián)盟國際集裝箱碼頭有限公司，天津 300461）

0 引言

海水富含有氯化物和硫酸鹽，導(dǎo)電性強(qiáng)，是天然腐蝕劑中腐蝕性最強(qiáng)的介質(zhì)之一，加上海面風(fēng)浪的機(jī)械攪拌作用和強(qiáng)烈的自然對(duì)流，除特殊情況下一般認(rèn)為海水是被氧所飽和的，因此普通的鋼鐵材料在海洋環(huán)境下都會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕[1]。

鋼結(jié)構(gòu)在不同的海洋環(huán)境中的腐蝕行為各不相同，可分為大氣區(qū)、浪濺區(qū)、水位變動(dòng)區(qū)、水下區(qū)和泥下區(qū)5個(gè)不同的腐蝕區(qū)域[2]，其基本的腐蝕趨勢(shì)如圖1所示[3]。

圖1 鋼結(jié)構(gòu)在不同海洋環(huán)境下的一般腐蝕規(guī)律

其中，浪濺區(qū)和部分水位變動(dòng)區(qū)是鋼結(jié)構(gòu)腐蝕最為嚴(yán)重的區(qū)域，一方面是因?yàn)樵搮^(qū)域的鋼表面受到海水的周期性潤濕，長期處于干濕交替狀態(tài)，氧供應(yīng)充分，鹽分不斷濃縮；加之陽光、風(fēng)吹和海水環(huán)境等協(xié)同作用導(dǎo)致其發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕。另一方面是因?yàn)閭鹘y(tǒng)的涂料保護(hù)和電化學(xué)保護(hù)在浪濺區(qū)和水位變動(dòng)區(qū)都不能發(fā)揮其應(yīng)有的保護(hù)作用。這是由于海浪的沖擊以及海水中夾帶的氣泡對(duì)鋼結(jié)構(gòu)表面涂層具有較強(qiáng)的破壞性，使得該區(qū)域的涂層老化加快[4]；而潮汐作用導(dǎo)致的水位變動(dòng)，使得電化學(xué)保護(hù)在該區(qū)域不能形成有效的電流回路，電化學(xué)保護(hù)效率降低。在平均中潮位和平均低潮位之間，電化學(xué)保護(hù)約有70%的保護(hù)效率，在中潮位附近，約有50%的保護(hù)效率，而在平均中潮位和平均高潮位之間，電化學(xué)保護(hù)則因海水浸泡率太低，而無法發(fā)揮陰極保護(hù)的作用。

當(dāng)前，國內(nèi)對(duì)解決海洋鋼結(jié)構(gòu)物在大氣區(qū)和水中區(qū)以下的腐蝕問題已取得良好的效果，但浪濺區(qū)和水位變動(dòng)區(qū)一直是制約海洋鋼結(jié)構(gòu)防腐及修復(fù)的主要問題。因此，為保護(hù)海洋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)施的安全運(yùn)行，開發(fā)及推廣適合該區(qū)域的有效防腐技術(shù)具有極其重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)意義。

1 外包覆防腐技術(shù)簡介

針對(duì)海洋鋼結(jié)構(gòu)在浪濺區(qū)和水位變動(dòng)區(qū)的腐蝕尚未有良好的防腐手段且修復(fù)困難的問題，外包覆防腐技術(shù)被成功地引入國內(nèi)海洋鋼結(jié)構(gòu)防腐市場(chǎng)，并在實(shí)際防腐工程應(yīng)用中獲得了良好的效果[5-6]。

所謂外包覆防腐技術(shù)，是指采用具有優(yōu)良緩蝕性能的防腐材料及能夠有效隔絕氧氣和水分的密封技術(shù)包覆在鋼結(jié)構(gòu)表面，以達(dá)到有效減緩其發(fā)生腐蝕的技術(shù)。外包覆防腐系統(tǒng)普遍由以下三部分組成：防蝕膏、防蝕帶及防蝕護(hù)甲。其中，防蝕膏和防蝕帶中富含高效緩蝕成分并與金屬基體具有良好的黏附性，能夠長期有力地黏附在鋼結(jié)構(gòu)表面以達(dá)到長效防腐的效果；而防蝕護(hù)甲則是采用高韌度、高強(qiáng)度的保護(hù)材料對(duì)其內(nèi)部的防蝕帶提供保護(hù)的防護(hù)裝置。圖2即為常見外包覆防腐系統(tǒng)的組成示意圖。

目前，已在國內(nèi)海洋鋼結(jié)構(gòu)防腐工程中得到實(shí)際應(yīng)用的外包覆防腐技術(shù)主要有以下兩種：PTC新型包覆防蝕技術(shù)和Denso礦脂防腐帶冷包纏技術(shù)。兩種包覆技術(shù)防腐機(jī)理大致相同，但具體的緩蝕成分、包覆材料和工程應(yīng)用實(shí)例仍存在一定的差別。PTC新型包覆防蝕系統(tǒng)由4層緊密相連的保護(hù)層組成，即防蝕膏、防蝕帶、聚乙烯泡沫和玻璃鋼或者增強(qiáng)玻璃鋼防蝕保護(hù)罩。而Denso礦脂防腐帶冷包纏系統(tǒng)則是由礦脂帶底漆、冷包纏防腐帶和高密度聚乙烯護(hù)甲組成。兩種包覆系統(tǒng)的具體差別如表1所示。

圖2 常見包覆防腐系統(tǒng)的組成示意圖

表1 PTC和Denso的比較

2 天津某碼頭鋼管樁腐蝕狀況調(diào)查

天津港某碼頭所處海水環(huán)境為海水電阻率取ρ≈26 Ω·cm，海水流速約1.5 m/s，波高約3 m；平均相對(duì)濕度65%，最大相對(duì)濕度100%，最小相對(duì)濕度3%；設(shè)計(jì)高水位為4.30 m，設(shè)計(jì)低水位為0.50 m。碼頭前方承臺(tái)基樁為φ1 000 mm和φ1 200 mm鋼管樁，材質(zhì)Q345，總數(shù)為1 511根。樁徑φ1 200 mm鋼管樁樁帽的底標(biāo)高為2.12 m，而樁徑φ1 000 mm鋼管樁樁帽的底標(biāo)高為2.32 m。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)JTS 153-3—2007計(jì)算可知，該碼頭鋼管樁僅具有水位變動(dòng)區(qū)、水下區(qū)和泥下區(qū)。其中水中區(qū)和泥下區(qū)鋼管樁采用犧牲陽極陰極保護(hù)，水位變動(dòng)區(qū)采用防腐涂層和犧牲陽極聯(lián)合保護(hù)，防腐涂層采用725L-H53-9環(huán)氧重防腐涂料，于2006年7月竣工，設(shè)計(jì)使用年限30 a。

在該碼頭運(yùn)營4 a后的常規(guī)檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)，少數(shù)鋼管樁水位變動(dòng)區(qū)的涂層已發(fā)生破損，且涂層破損處開始返銹，銹層的厚度較薄，實(shí)測(cè)壁厚未見明顯減薄，鋼管樁涂層破損情況如圖3所示。但考慮到該區(qū)域陰極保護(hù)系統(tǒng)并不能發(fā)揮有效的保護(hù)作用，涂層的破損必將嚴(yán)重威脅鋼管樁的安全運(yùn)行，因此對(duì)鋼管樁的涂層破損處進(jìn)行防腐修復(fù)勢(shì)在必行。通過大量的修復(fù)工藝比選和工程實(shí)地調(diào)研，決定采用PTC新型包覆防蝕技術(shù)和Denso礦脂防腐帶冷包纏技術(shù)對(duì)鋼管樁的涂層破損處進(jìn)行修復(fù)。

圖3 鋼管樁涂層破損情況

3 外包覆防腐技術(shù)施工

樁徑φ1 200 mm鋼管樁修復(fù)的包覆長度為2.6 m，使用PTC新型包覆防蝕技術(shù)進(jìn)行修復(fù)；樁徑φ1 000 mm鋼管樁修復(fù)的包覆長度為3.16 m，采用Denso礦脂防腐帶冷包纏技術(shù)進(jìn)行修復(fù)，總修復(fù)面積為219.43 m2。該碼頭所在墩臺(tái)的底標(biāo)高較低，鋼樁僅在低潮位時(shí)才能有1.0～1.5 m的長度露出水面，因此，兩種包覆工藝均需通過專業(yè)的潛水人員進(jìn)行施工，這給現(xiàn)場(chǎng)的安裝工作帶來了很多不便。

PTC新型包覆防蝕技術(shù)施工主要包括7個(gè)步驟，分別為施工前準(zhǔn)備、鋼樁表面處理、涂抹防蝕膏、纏繞防蝕帶、安裝防護(hù)罩、螺栓緊固和端部密封。Denso礦脂防腐帶冷包纏技術(shù)施工主要包括施工前準(zhǔn)備、鋼樁表面處理、涂抹礦脂帶底漆、纏繞礦脂帶、安裝護(hù)甲、液壓裝置緊固和螺栓加固。兩種包覆工藝的施工注意事項(xiàng)如表2所示。

表2 PTC和Denso防腐工藝的施工注意事項(xiàng)

圖4為分別采用PTC新型包覆防蝕技術(shù)和Denso礦脂防腐帶冷包纏技術(shù)修復(fù)后的鋼管樁外觀照片?？梢钥闯?，兩種包覆工藝均能夠在天津港特殊的水文條件下取得良好的修復(fù)效果。

圖4 修復(fù)后鋼管樁外觀照片

4 結(jié)語

此次鋼管樁防腐修復(fù)工程的圓滿完成，說明外包覆防腐技術(shù)是用于海洋鋼結(jié)構(gòu)浪濺區(qū)和水位變動(dòng)區(qū)防腐修復(fù)的較為理想的方法。本次在天津港范圍內(nèi)首次使用外包覆防腐技術(shù)修復(fù)鋼管樁的破損涂層，不僅有效地解決了該碼頭鋼管樁浪濺區(qū)和水位變動(dòng)區(qū)的涂層破損問題，為解決天津港鋼管樁水位變動(dòng)區(qū)的防腐修復(fù)積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，也為該新型外包覆修復(fù)技術(shù)在天津港碼頭的修復(fù)施工提供了示范性參考。

[1]魏寶明.金屬腐蝕理論及應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1984.

[2]JTS153-3—2007，海港工程鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范[S].

[3] 涂湘湘.實(shí)用防腐蝕工程施工手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000.

[4]M舒馬赫.海水腐蝕手冊(cè)[M].李大超，楊蔭，譯.北京：國防工業(yè)出版社，1985.

[5] 李云飛，唐聰，陳韜.鋼管樁陰極保護(hù)與Denso防腐蝕技術(shù)聯(lián)合保護(hù)[J].中國港灣建設(shè)，2011（2）：8-9，67.

[6]侯保榮.鋼鐵設(shè)施在海洋浪花飛濺區(qū)的腐蝕行為及其新型包覆防護(hù)技術(shù)[J].腐蝕與防護(hù)，2008，28（7）：174-175，187.