犧牲陽極和包覆材料聯(lián)合保護(hù)在友誼港的防腐應(yīng)用

欒桂濤，唐聰

（1.中國路橋工程有限責(zé)任公司，北京 100011；2.中交天津港灣工程研究院有限公司，天津 300222）

1 工程概況

毛里塔尼亞地處北非西海岸，為大西洋沿岸國，距赤道近，氣候炎熱、干燥，海水中含鹽量高，鋼材在海水中腐蝕嚴(yán)重。毛里塔尼亞友誼港工程位于首都努瓦克肖特老港以南5 km，面向大西洋海岸開敞，海況惡劣，當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件對鋼結(jié)構(gòu)銹蝕嚴(yán)重。1986年，毛里塔尼亞友誼港建設(shè)時(shí)，針對環(huán)境的性質(zhì)及其對鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕作用，對鋼結(jié)構(gòu)采取了防腐涂料、陰極保護(hù)等防腐措施。如今，陰極保護(hù)系統(tǒng)已達(dá)到保護(hù)年限，鋼結(jié)構(gòu)已出現(xiàn)了不同程度的腐蝕，大氣區(qū)、水位變動(dòng)區(qū)及水下區(qū)防腐涂層有剝落現(xiàn)象，已逐漸發(fā)展為大面積剝落并返銹?，F(xiàn)對友誼港引橋和碼頭鋼管樁防腐系統(tǒng)進(jìn)行翻新，以確保該碼頭鋼管樁的安全使用和耐久性。

2 工程內(nèi)容

安裝1 841塊犧牲陽極。確保安裝后鋼管樁保護(hù)電位低于-800 mV（相對于飽和Cu/CuSO4參比電極）。

對所有鋼管樁+1.69 m以上部位采用環(huán)氧煤焦油瀝青漆2道，干膜總厚250μm；上部鋼梁采用環(huán)氧煤焦油瀝青漆2道，干膜總厚200μm。碼頭941根樁以及引橋344根鋼管樁+0.69～+1.69 m采用無溶劑環(huán)氧涂料，刷2道，每道干膜厚125μm，總厚250μm。

對碼頭909根樁以及引橋324根鋼管樁+0～+0.69 m安裝包覆系統(tǒng)。

3 技術(shù)要求

1）本工程將防腐蝕區(qū)域劃分為水上區(qū)、水位變動(dòng)區(qū)、水中區(qū)和泥下區(qū)。

2） 本工程犧牲陽極保護(hù)年限為15 a，有效保護(hù)率不小于90%。

3） 有效保護(hù)期內(nèi)，鋼管樁水位變動(dòng)區(qū)、水下區(qū)的保護(hù)電位自始至終控制在最佳保護(hù)電位范圍：-800 mV以下（相對Ag/AgCl參比電極）。

4） 有效保護(hù)期內(nèi)，保護(hù)效果穩(wěn)定可靠，不需要任何維修保養(yǎng)和專人管理。鋼管樁各區(qū)段無明顯腐蝕，不產(chǎn)生蝕坑等集中腐蝕現(xiàn)象。

4 施工工藝

4.1 犧牲陽極安裝

犧牲陽極安裝施工工藝流程見圖1。

圖1 犧牲陽極施工工藝流程圖

4.1.1 犧牲陽極檢查

在犧牲陽極生產(chǎn)完畢后，應(yīng)對犧牲陽極的尺寸、重量、表面狀態(tài)、化學(xué)成分進(jìn)行檢查，其化學(xué)成分應(yīng)符合DNV-RP-B401—2005的規(guī)定[1]；尺寸、重量和表面質(zhì)量應(yīng)滿足DNV-RP-B401—2005和NACERP0387—99[2]的要求。

在犧牲陽極進(jìn)入現(xiàn)場時(shí)，應(yīng)提供質(zhì)量檢測報(bào)告或證書，并對陽極的化學(xué)成分進(jìn)行確認(rèn)。依據(jù)DNV-RPB401—2005的規(guī)定，提供電化學(xué)測試試驗(yàn)報(bào)告，并寫明試驗(yàn)日期。

依據(jù)DNV-RP-B401—2005的規(guī)定，犧牲陽極表面狀態(tài)、重量、尺寸抽查不少于全部陽極數(shù)量的5%，本工程共對93塊犧牲陽極進(jìn)行表面狀態(tài)、重量、尺寸抽查。

陽極表面應(yīng)無氧化渣、毛刺、飛邊等缺陷，陽極所有表面允許有長度不超過50 mm、深度不超過5 mm的橫向裂紋存在，但不允許有裂紋團(tuán)存在。每個(gè)陽極的重量偏差為±5%，但總重量不應(yīng)出現(xiàn)負(fù)偏差；陽極長度偏差為±2%，寬度偏差為±3%，厚度偏差為±5%，直線度不大于2%。

陽極在運(yùn)輸或其他情況下，可能導(dǎo)致與鋼管樁連接的焊腳變形，使?jié)撍畣T在水下焊接時(shí)增加焊接難度或降低焊接質(zhì)量，應(yīng)對陽極焊腿的精度進(jìn)行檢查校正。

4.1.2 電性連接驗(yàn)證

使用高內(nèi)阻萬用表及測量電線對鋼管樁之間的電連接進(jìn)行驗(yàn)證，測量電線與鋼管樁接觸點(diǎn)打磨至露出金屬基底，在測量時(shí)測量電線端頭與鋼管樁充分接觸并保持穩(wěn)定，測量鋼樁之間的連接電阻小于1Ω為合格。如連接電阻大于1Ω，對相應(yīng)的兩根鋼樁通過焊接電連接鋼筋的方式進(jìn)行電性連接。

對友誼港碼頭與緊鄰的海軍碼頭進(jìn)行電連接驗(yàn)證，如測量出連接電阻小于1Ω，核查出電連接位置，斷開引橋與海軍碼頭的電性連接。

4.1.3 水下鋼管樁清理

由潛水員佩帶好符合要求的潛水具，下潛至指定位置，將需要焊接的位置在水下用刮鏟將生長在鋼板樁上的海生物鏟除干凈，在陽極焊腳準(zhǔn)備焊接的位置，將表面打磨干凈，除去松散銹層，露出鋼鐵的原始材質(zhì)。

4.1.4 犧牲陽極吊放定位

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求，把事先計(jì)算好長度的陽極吊繩的一端固定鋼樁頂部或圍繞到鋼樁上，另一端固定在陽極焊腳上，然后從作業(yè)船上放下去，使陽極到預(yù)定的位置。斜樁安裝時(shí)，預(yù)先計(jì)算好繩子長度，確保陽極安裝標(biāo)高。放好陽極后，由潛水員下潛進(jìn)行綁扎，使陽極兩焊腳緊貼在鋼樁上。檢查陽極就位情況，如貼合間隙大于3 mm，應(yīng)作必要修正。

4.1.5 水下焊接

采用TS208水下專用焊條及其配套水下焊接工藝對犧牲陽極進(jìn)行水下焊接，焊縫的有效長度大于80 mm，焊縫有效截面高度5～7 mm，焊縫飽滿，連續(xù)平整，無虛焊，焊接牢固。

4.1.6 焊縫檢查

焊接完成后采用水下攝像的方法對焊接質(zhì)量進(jìn)行抽查。根據(jù)JTS153-3—2007規(guī)定，水下攝像檢驗(yàn)比例為不低于5%。本工程共對93塊陽極焊縫進(jìn)行抽查。見圖2。

圖2 犧牲陽極的焊縫

4.1.7 電位測量

在鋼管樁犧牲陽極焊接完成1周后，應(yīng)對鋼管樁的表面電位進(jìn)行檢測，使用高內(nèi)阻萬用表通過安裝的10套電位檢測裝置進(jìn)行測量，結(jié)果應(yīng)滿足DNV-RP-B401—2005的規(guī)定。每個(gè)測值應(yīng)低于-800 mV。

4.2 涂料施工

4.2.1 涂料檢查

在涂料進(jìn)入現(xiàn)場時(shí)，確認(rèn)隨產(chǎn)品提供的合格證、質(zhì)量檢測報(bào)告或證書，并核對是否與產(chǎn)品相符。環(huán)氧煤焦油性瀝青漆的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合Q/725-1141—2002《超厚漿環(huán)氧煤瀝青重防蝕涂料（NSP-4）》的有關(guān)規(guī)定。無溶劑環(huán)氧涂料的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合Q/725-217—2001《環(huán)氧重防蝕涂料（ZF-101海洋結(jié)構(gòu)物水下涂料）》的相關(guān)規(guī)定。

4.2.2 腳手架安裝

按照本工程引橋鋼管樁長度大、海上作業(yè)等實(shí)際情況，本工程選用了可吊裝的浮閥式腳手架，便于工人進(jìn)行升降、移動(dòng)，保證工作的連續(xù)進(jìn)行。見圖3、圖4。

圖3 施工工藝流程圖

圖4 涂料施工用腳手架

4.2.3 表面處理

油漆涂刷前，應(yīng)采用噴砂除銹的方式進(jìn)行表面處理。表面處理后使用除銹等級樣板進(jìn)行比照，達(dá)到Sa2.5級（ISO8501-2：1994）[3]。清理后的鋼結(jié)構(gòu)表面及時(shí)噴涂底漆，涂裝前如發(fā)現(xiàn)表面被污染或返銹，應(yīng)重新清理至原要求的表面處理等級。見圖5。

圖5 涂料涂刷前的噴砂除銹

4.2.4 涂刷底漆、面漆

本工程所有鋼管樁1.69 m以上部位采用同底同面環(huán)氧煤焦油瀝青漆2道，干膜總厚250μm；上部鋼梁采用同底同面環(huán)氧煤焦油瀝青漆2道，干膜總厚200μm。

碼頭941根樁以及引橋344根鋼管樁+0.69～+1.69 m采用無溶劑環(huán)氧涂料的耐蝕環(huán)氧涂料，刷2道，每層干膜厚125μm，總厚250μm。

4.2.5 外觀檢查

表面涂裝施工時(shí)和施工后，對涂裝過的鋼管樁進(jìn)行保護(hù)，防止飛揚(yáng)塵土和其它雜物。涂刷應(yīng)均勻，色澤一致，無皺皮、流墜和氣泡，附著良好，分色線清楚、整齊。如有外觀不合格的地方，需進(jìn)行修復(fù)。

4.2.6 干膜厚度檢查

采用精度不低于10%并經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)樣塊調(diào)零修正的測厚儀進(jìn)行檢查，每一測點(diǎn)應(yīng)測取3次讀數(shù)，每次測量的位置相距25～75 mm，取3次讀數(shù)的算術(shù)平均值作為此點(diǎn)的測定值。測定值達(dá)到設(shè)計(jì)厚度的測點(diǎn)數(shù)不少于總測點(diǎn)數(shù)的85%。每根鋼管樁不得少于3個(gè)測點(diǎn)（ISO 2808—2007）[4]。

4.3 冷包纏防腐系統(tǒng)施工

施工工藝見圖6，防腐系統(tǒng)示意圖見圖7。

圖6 冷包纏防腐系統(tǒng)的施工工藝流程圖

圖7 冷包纏防腐系統(tǒng)示意圖

4.3.1 現(xiàn)場標(biāo)記

根據(jù)技術(shù)設(shè)計(jì)，確定現(xiàn)場施工范圍，明確標(biāo)記出各部位具體施工區(qū)域（具體高度根據(jù)實(shí)際海域的浪濺區(qū)高度進(jìn)行調(diào)整）。采用氧乙炔切割或手動(dòng)鋼鋸切割影響施工的廢棄鋼鐵結(jié)構(gòu)件。

4.3.2 固定支撐卡箍

支撐卡箍起到施工標(biāo)記的作用，同時(shí)對玻璃鋼外殼起到支撐作用。將兩個(gè)半圓卡箍圍繞鋼管樁按現(xiàn)場標(biāo)記的高度對正，固定好兩端螺栓后，每個(gè)半圓卡箍平均分3個(gè)點(diǎn)作為焊接點(diǎn)進(jìn)行焊接。焊接要求傳力平順均勻，沒有明顯的應(yīng)力集中，靜力強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度都很高。

4.3.3 表面處理

為保證防蝕膏能與鋼材表面充分結(jié)合，達(dá)到最佳的保護(hù)效果，用鏟刀和高壓水槍除去附著的海生物。用除銹鏟刀輕鏟鋼管的凸起部，將浮銹和鼓泡全部除掉。用鋼砂刷除去浮銹和氧化皮，鐵砂紙打磨除銹。施工區(qū)域鋼結(jié)構(gòu)表面處理需達(dá)到ISOSt2標(biāo)準(zhǔn)以上，無明顯鼓泡和浮銹；潮差區(qū)等海生物附著區(qū)帶應(yīng)盡量除去附著的海生物，表面突出物不應(yīng)有銳角，一般不高于5 mm，最大不高于10 mm。

4.3.4 涂抹防蝕膏

擠出少許防蝕膏用手進(jìn)行涂抹，重復(fù)5～10次，使防蝕膏在鋼結(jié)構(gòu)表面均勻分布，鋼樁表面的坑凹和縫隙處應(yīng)用防蝕膏填滿，有銹的地方需要抹平，突出物的表面也應(yīng)涂抹一層防蝕膏，使防蝕膏在鋼結(jié)構(gòu)表面均勻分布為完整的一層保護(hù)膜。對于光滑表面防蝕膏用量約300 g/m2；銹蝕特別嚴(yán)重處約400～500 g/m2。涂抹防蝕膏可以帶水作業(yè)。平均海平面附近涂抹防蝕膏時(shí)，應(yīng)選在低潮時(shí)進(jìn)行。

4.3.5 纏繞防蝕帶

涂抹完防蝕膏后，應(yīng)立即進(jìn)行纏繞防蝕帶作業(yè)，尤其在平均海平面附近，以防止防蝕膏被海水沖刷脫落。采用由下至上的方式纏繞防蝕帶。起始處首先纏繞兩層（重疊），然后依次搭接1/2。應(yīng)用手稍用力拉緊、鋪平防蝕帶，將里面空氣壓出，保證被纏繞處無氣泡出現(xiàn)。保證鋼樁各處均有2層以上防蝕帶覆蓋，每卷防蝕帶交接處的頭尾重疊要求有150 mm的寬度。

4.3.6 安裝防蝕保護(hù)罩

垂直安裝兩塊防蝕保護(hù)罩，對準(zhǔn)螺絲洞口的位置，經(jīng)檢查位置正確后，用不銹鋼螺栓緊固。螺栓緊固時(shí)應(yīng)注意使防蝕保護(hù)罩的密封受力均勻，以防止因局部應(yīng)力過大造成防蝕保護(hù)罩的變形和密封邊破裂。上緊螺絲，注意螺絲上緊的順序及扭力矩大小，最大扭力矩為28 N·m。

保護(hù)罩的兩個(gè)端部用水中固化型環(huán)氧樹脂密封。用量約0.22 kg/m。環(huán)氧樹脂填完后外延部分應(yīng)保持外斜面，以利于濺上的水滴可滑落，避免積水。

5 結(jié)語

本工程對毛里塔尼亞友誼港鋼管樁實(shí)施了涂層、冷包纏系統(tǒng)和犧牲陽極聯(lián)合保護(hù)的方法。施工過程中嚴(yán)格質(zhì)量控制，達(dá)到了預(yù)期的實(shí)施效果。本工程設(shè)計(jì)、施工合理，所采用組合修復(fù)措施在碼頭防腐修復(fù)中有重要的推廣價(jià)值。

[1]DNV-RP-B401—2005，Cathodic Protection Design[S].

[2]NACE RP 0387—99，Metallurgical and Inspection Requirements for Cast Galvanic Anodesfor Offshore Applications[S].

[3]ISO8501-2：1994，涂覆涂料前鋼材表面處理表面清潔度的目視評定第2部分：已涂覆過的鋼材表面局部清除原有涂層后的處理等級[S].

[4]ISO2808—2007，涂料和清漆漆膜厚度的測定[S].