海洋環(huán)境下鋼結(jié)構(gòu)件涂層體系的選擇

夏錫瑞

（中國(guó)電力工程有限公司，北京 100048）

進(jìn)入21世紀(jì)，隨著工業(yè)化的發(fā)展，能源危機(jī)日益加劇，環(huán)境壓力日趨嚴(yán)重，已影響到人類的生存環(huán)境。開發(fā)海洋、利用海洋資源已成為沿海國(guó)家的共識(shí)，如：沿海火電、核電、海油鉆井平臺(tái)、海上航行艦船及其他沿海工業(yè)，幾乎包括了所有工業(yè)設(shè)備及其管網(wǎng)。這些設(shè)施面臨著嚴(yán)酷的海洋環(huán)境，設(shè)備中各種金屬構(gòu)件，機(jī)器設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，經(jīng)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐表明，一般的金屬、合金材料難以有效抵抗海洋環(huán)境的腐蝕破壞并由此造成重大損失和事故[1-3]。采用有機(jī)涂層和復(fù)合涂層防護(hù)是一種有效、價(jià)廉并可定期維護(hù)的防護(hù)方法。鋼鐵結(jié)構(gòu)件要使涂層材料對(duì)其達(dá)到良好的防護(hù)效果，采取合適的涂裝材料和嚴(yán)格的工藝方法就成為主要因素[4-5]。文中針對(duì)這一問題進(jìn)行了詳盡的敘述。

防蝕涂層體系通常要求多層組合，方能滿足使用要求。涂層體系中不同組分起著不同作用，通常要達(dá)到防海水、氣體滲透的屏蔽作用。防涂料起泡、起皮、脫落。

1 底涂層

鋼結(jié)構(gòu)物許多部件的生產(chǎn)，首先在車間制造然后在現(xiàn)場(chǎng)拼裝，中間有一段時(shí)間間隔。為防止部件的腐蝕，一般先進(jìn)行預(yù)涂車間底漆保護(hù)。另外由于一些大型結(jié)構(gòu)物的制作工程期較長(zhǎng)，一般構(gòu)件均預(yù)涂底漆加以防護(hù)[6]。表1列出了車間底漆性能比較。

表1中的磷化底漆是一種高效的金屬表面預(yù)處理劑，其中含有的磷酸對(duì)金屬基體有輕微的腐蝕作用，可增加金屬基底的粗糙度使其有良好的附著力。由于金屬鉻對(duì)人體的有害作用，通常使用不含鉻的磷化底漆。表1中的磷化底漆用于鋼鐵和有色合金構(gòu)件，尤其適用于在海洋大氣和濕熱條件下的鋼構(gòu)件。表1中的環(huán)氧富鋅底漆中含有電位較負(fù)的鋅，在電化學(xué)腐蝕環(huán)境中，鋅會(huì)被腐蝕犧牲掉，而對(duì)鋼鐵起到陰極保護(hù)作用。同時(shí)由于環(huán)氧樹脂的作用，耐蝕性有進(jìn)一步提高。由表1中可見，含鋅底漆耐蝕性遠(yuǎn)高于其他底漆，前者室外防蝕期為6～9月，耐電位性為優(yōu)，后者僅為3～4月。環(huán)氧無鋅漆當(dāng)作底漆使用時(shí)耐蝕性稍差。海洋腐蝕是包括電化學(xué)在內(nèi)的綜合腐蝕環(huán)境，耐電位性就成為一個(gè)衡量材料耐蝕性的主要指標(biāo)。由表1可見環(huán)氧富鋅底漆和無基富鋅底漆的耐電位性均為優(yōu)。環(huán)氧富鋅底漆主要用于沿海電站、跨海大橋、海洋平臺(tái)、輸油輸氣管網(wǎng)等。從表1中還可見，環(huán)氧富鋅底漆與其他材料的配套適用性是最好的（除油性類），是目前在嚴(yán)酷的海洋環(huán)境中廣泛使用的底漆。

表1 車間底漆性能比較

2 面涂層

結(jié)構(gòu)物根據(jù)所處海洋區(qū)帶不同，對(duì)涂層的要求側(cè)重點(diǎn)有差異。在水線下部，對(duì)面涂層來講應(yīng)有很好的抗水滲透能力。在這種遠(yuǎn)大于海洋大氣的腐蝕條件下，環(huán)氧涂料是應(yīng)用最為廣泛的涂料。海洋環(huán)境下常用品種為環(huán)氧瀝青漆、厚膜性環(huán)氧瀝青漆、重防腐涂料等。在大氣暴露的環(huán)境下，涂層應(yīng)具有抗紫外光老化的能力。有些水下結(jié)構(gòu)物需要進(jìn)行防海生物污損的面涂層涂裝。另外，有些海生物的附著還會(huì)破壞船體的有機(jī)防腐涂層。管道內(nèi)如附有海生物會(huì)堵塞管道，影響設(shè)備正常運(yùn)行，還需選擇防污面涂層。實(shí)驗(yàn)表明抗水滲透能力由醇酸→酚醛改性醇酸→氯化橡膠→環(huán)氧→煤焦環(huán)氧依次增強(qiáng)，抗紫外線老化能力依次由聚氨酯樹脂→有機(jī)硅樹脂→氟樹脂依次增強(qiáng)，可由此確定面漆的選擇。由于環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)式中苯環(huán)及醚鍵而易受日光中紫外線的照射而破壞，因此環(huán)氧類涂料耐候性較差不適于海洋大氣。在海洋大氣條件下需要考慮抗紫外線防老化的涂料。通常是聚氨酯類和有機(jī)硅樹脂。氟樹脂是最理想的抗紫外線涂料，但其價(jià)格昂貴非特殊條件下不宜采用。聚氨酯類是應(yīng)用廣泛的耐候性涂料，如艦船的上層建筑甲板、鉆井平臺(tái)等非水下部分適用的商品涂料為：聚氨酯清漆、聚氨酯工程漆、聚氨酯防腐漆、聚氨酯環(huán)氧瀝青防腐涂料等[7-9]。

3 復(fù)合防護(hù)層體系

海船所處的使用環(huán)境惡劣，幾乎處于所有的海水腐蝕區(qū)域，如：海洋大氣、飛濺、全浸、生物腐蝕以及海水的中高速?zèng)_刷等。船體防護(hù)采取涂裝具有很強(qiáng)的代表性和通用性[10-13]，以其為例進(jìn)行復(fù)合防護(hù)介紹。

3． 1 水下

由于船體常浸于海水中，受到流動(dòng)海水沖刷，海生物附著，要求涂層抗海水滲透性好，防污。

底涂層：環(huán)氧富鋅、無機(jī)富鋅。中間層：環(huán)氧云鐵、環(huán)氧焦油云鐵、環(huán)氧玻璃鱗片。防污漆：白拋光防污涂料。最佳配套：無機(jī)富鋅（60 μm）/環(huán)氧薄霧狀漆（30 μm）/環(huán)氧焦油云鐵（200 μm）/無錫白拋光漆（250 μm）.

3.2 水線間斷浸于海水

受海浪沖蝕，海生物附著，要求涂層，抗海水滲透性好，有一定機(jī)械強(qiáng)度。

底漆：環(huán)氧富鋅、無機(jī)富鋅。中間漆：環(huán)氧瀝青、環(huán)氧云鐵、聚氨酯漆。防污漆：白拋光防污涂料。最佳配套：無機(jī)富鋅（60 μm）/環(huán)氧薄霧狀漆（30 μm）/環(huán)氧云鐵（240 μm）/無錫白拋光漆（200 μm）.

3.3 水線上

船體受海水霧氣腐蝕，陽光紫外線老化。要求涂料耐蝕、耐侯。

底漆：環(huán)氧富鋅、無機(jī)富鋅。中間漆：環(huán)氧云鐵、環(huán)氧玻璃鱗片、氯化橡膠、乙烯類漆。面漆：氯化橡膠、丙烯酸聚氨酯。最佳配套：無機(jī)富鋅（60 μm）/環(huán)氧云鐵（160 μm）/丙烯酸聚氨酯（80 μm）.

3.4 上層建筑

受海洋大氣腐蝕，陽光紫外線老化。要求涂料耐蝕、耐侯。

底漆：環(huán)氧富鋅、無機(jī)富鋅。中間漆：環(huán)氧云鐵、氯化橡膠、乙烯類漆。面漆：氯化橡膠、丙烯酸聚氨酯。最佳配套：無機(jī)富鋅（100μm）/環(huán)氧云鐵（160 μm）/丙烯酸聚氨酯（80 μm）.

3.5 甲板

受海水沖刷、海洋大氣腐蝕，紫外光老化。要求涂料耐蝕、耐侯、耐磨。

底漆：環(huán)氧富鋅、無機(jī)富鋅。中間漆：環(huán)氧金剛砂、環(huán)氧云鐵、彈性聚氨酯。面漆：改性環(huán)氧漆、聚氨酯漆。最佳配套：環(huán)氧富鋅（100 μm）/環(huán)氧富鐵（100 μm）/彈性聚氨酯（100 μm）.

3.6 船艙

受海水、潮氣腐蝕。涂層要求抗海水、抗潮氣腐蝕。

底漆：環(huán)氧富鋅、無機(jī)富鋅。中間漆：環(huán)氧瀝青云鐵、環(huán)氧云鐵、氯化橡膠。面漆：環(huán)氧漆、氯化橡膠。

同時(shí)在涂層維護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮涂層復(fù)涂性能[6]，見表 2.

表2 涂料間的復(fù)涂性能

在涂裝體系選擇時(shí)，還應(yīng)從保護(hù)環(huán)境的目標(biāo)出發(fā)，多選用與環(huán)境友好的涂層體系。涂膜厚度是影響保護(hù)層壽命的主要因素之一，在海上要維持長(zhǎng)期穩(wěn)定的防蝕性，應(yīng)采取重防腐涂層，厚度必須在250 mm以上。

4 結(jié) 論

1）在大氣、飛濺、全浸海洋環(huán)境不同區(qū)域，對(duì)涂層體系的選擇要求為；海洋大氣環(huán)境下主要考慮涂層材料的耐候性。飛濺區(qū)主要考慮涂層材料的耐候性、抗?jié)B透性、及電化學(xué)腐蝕。全浸區(qū)主要考慮涂層材料的電化學(xué)腐蝕和抗?jié)B透性。

2）聚氨酯類涂料主要用于大氣和飛濺區(qū)腐蝕。環(huán)氧類涂料主要用于全浸區(qū)腐蝕。

3）聚氨酯類涂料、環(huán)氧類涂料和其他材料的合理搭配組成復(fù)合涂層可用于各種海洋環(huán)境腐蝕并獲得良好的防護(hù)效果。