某先進(jìn)壓水堆核電站鋼結(jié)構(gòu)涂裝質(zhì)量控制

游慶榮

（上海核工程研究設(shè)計(jì)院有限公司，山東 榮成 264300）

0 引言

某先進(jìn)壓水堆核電站創(chuàng)新性地使用模塊化建造方式，土建與安裝平行施工減少了計(jì)劃主線上的實(shí)體工作量，縮短了整個(gè)核電建造工期。核電站模塊化施工使用大量鋼結(jié)構(gòu)，其中反應(yīng)堆廠房、附屬?gòu)S房、放射性核廢料廠房、柴油發(fā)電機(jī)廠房、汽輪發(fā)電機(jī)廠房（常規(guī)島）使用量特別大。反應(yīng)堆廠房?jī)?nèi)部主要有SPL18、SPL51鋼平臺(tái)、大型模塊CA01和SC為鋼板混凝土結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)，CA01模塊以型鋼為骨架，外覆碳鋼及雙相不銹鋼鋼板，成為結(jié)構(gòu)物的墻體、樓板的“模板”，吊裝就位后灌注混凝土成為承重建筑物，外覆碳鋼鋼板需涂裝防腐涂料，涂裝面積大。附屬?gòu)S房、放射性核廢料廠房、柴油發(fā)電機(jī)廠房主體結(jié)構(gòu)為鋼結(jié)構(gòu)，樓板支座主要截面形式為等邊角鋼，鋼梁主要截面形式為H型鋼，這些結(jié)構(gòu)為單層和多層框架結(jié)構(gòu)，特別是CA20結(jié)構(gòu)模塊，整個(gè)結(jié)構(gòu)模塊屬于全鋼結(jié)構(gòu)，重達(dá)1000噸，涂裝面積將近3000m2。另外各廠房存在鋼牛腿、鋼梁、小平臺(tái)、設(shè)備模塊的框架、鋼結(jié)構(gòu)爬梯樓梯、預(yù)埋件等結(jié)構(gòu)。但廠房需要所有的土建施工和模塊設(shè)備安裝完成之后才能進(jìn)行封頂，致使防護(hù)涂層長(zhǎng)期處于外界環(huán)境中，而且交叉施工模式會(huì)使涂層遭到破壞，造成涂層多次修補(bǔ)，工程進(jìn)度延長(zhǎng)、費(fèi)用增加。

1 涂層要求

核安全法規(guī) HAFl02（2004）特別規(guī)定：“為了實(shí)現(xiàn)安全殼系統(tǒng)內(nèi)部構(gòu)筑物和部件的覆蓋層和涂層的安全功能，并盡量降低在其劣化時(shí)對(duì)其他安全功能的影響，必須審慎地進(jìn)行選擇覆蓋層和涂層材料，并必須規(guī)定專門的施工的方法”。國(guó)內(nèi)核電站相對(duì)于防腐和裝飾功能，涂層在核工程中更重要的作用是作為防止放射性物質(zhì)沾污的屏障，防止放射性物質(zhì)滲入到鋼鐵和混凝土內(nèi)部，并且易于去除放射性污染[3,6,7]。因此核電站中涂層必須具有優(yōu)異的耐輻照、耐老化、可去污性能，始終保持連續(xù)、封閉、完好的狀態(tài)，應(yīng)具有優(yōu)異抗?jié)B透性和防腐蝕性，鹵素及硫含量低、高溫、高壓、高濕、硼酸堿溶液環(huán)境中穩(wěn)定，火焰?zhèn)鞑ケ戎档偷忍攸c(diǎn)。

常規(guī)性能要求[1,3,9]包括：附著力≥2.0MPa，干膜密度：≥1685kg/m3，耐磨性能：1000g/1000r，≤175mg，鹽霧耐蝕性：3500h，不大于3mm擴(kuò)蝕。為保證可能產(chǎn)生的碎片密度足夠大，不會(huì)隨水遷移到再循環(huán)濾網(wǎng)，要求環(huán)氧涂層的最小干膜密度比普通涂層要求要高。

特殊鑒定試驗(yàn)方法和驗(yàn)收要求[1,4,5,7,9,10]：耐化學(xué)品性能：不得有剝落、分層、起泡、軟化等，重金屬含量技術(shù)條件：不含有砷、氰、汞、硒、金屬鋁，鉛≤100ppm，六價(jià)鉻、鈷、鎘≤10ppm，熱傳導(dǎo)率≥0.32W.m-1.K-1涂層比熱技術(shù)條件： ≥1046.46J/kg.℃，涂層熱輻射系數(shù)：≥0.81，防火性能：≤50，DBA性能：168h，不粉化、龜裂、脫落、銹蝕等。耐輻照性能：1×107Gy，不粉化、龜裂、脫落、起泡等。去污試驗(yàn)DF≥100。

2 材料、人員控制

涂層材料應(yīng)保存在廠商未開(kāi)封的原包裝中，包裝上帶有名稱、批號(hào)、生產(chǎn)日期、保質(zhì)期或貯存期。材料的儲(chǔ)存和搬運(yùn)應(yīng)根據(jù)廠商說(shuō)明進(jìn)行，并且應(yīng)避光和避免材料受潮；油漆進(jìn)場(chǎng)后要求進(jìn)行密度、灰分、不揮發(fā)物含量、粘度等物理性能指標(biāo)進(jìn)行復(fù)驗(yàn)，復(fù)驗(yàn)數(shù)值應(yīng)滿足廠家要求。

油漆作業(yè)人員和檢查員應(yīng)分別通過(guò)油漆生產(chǎn)廠家符合ASTM D4228《鋼結(jié)構(gòu)表面涂裝操作者技能評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)要求》及ASTM D5498《核電站涂裝工作油漆檢查員培訓(xùn)計(jì)劃》的資格考試，具備使用油漆生產(chǎn)廠商相關(guān)油漆的資格。

3 施工質(zhì)量控制

3.1 表面處理質(zhì)量控制要點(diǎn)

表面處理質(zhì)量約占60%，施工質(zhì)量約占25%，涂料本身質(zhì)量約占15%。因此表面處理的優(yōu)劣在很大程度上決定了涂層系統(tǒng)的性能和使用壽命[11]。鋼結(jié)構(gòu)表面清理等級(jí)應(yīng)達(dá)到的美國(guó)鋼結(jié)構(gòu)委員會(huì)表面準(zhǔn)備工藝SSPC-SP10“Near White Blast Cleaning”的要求；只有在SSPC-SP10難以實(shí)現(xiàn)的不可達(dá)的區(qū)域，允許使用SSPC-SP11“Power Tool Cleaning to Bare Metal”的方法。噴砂工作質(zhì)量控制要點(diǎn)主要噴砂車間的工作環(huán)境、鐵砂的品質(zhì)等。

對(duì)于被油脂污染的碳鋼和涂層表面，在噴砂前，應(yīng)對(duì)表面進(jìn)行必要的脫脂清理；使用礦物醇或其它不含石蠟且燃點(diǎn)高于38℃的溶劑去除油脂。表面處理使用的磨料為18目與25目的混合鋼砂配比為30%：70%。根據(jù)ASTM D4285對(duì)壓縮空氣進(jìn)行試驗(yàn)以確定壓縮空氣應(yīng)是清潔干燥。鋼砂按照ASTM D4940的要求每100h檢測(cè)一次油污染。如果表面粗糙度小于該設(shè)計(jì)值時(shí)，對(duì)不合格區(qū)域所在的1m2范圍內(nèi)進(jìn)行二次噴砂，直至粗糙度的測(cè)量值符合設(shè)計(jì)要求。噴砂處理后，使用刷子、壓縮空氣或真空吸塵器將表面的磨料和粉塵去除。殘留粉塵的檢驗(yàn)按ISO 8502-3進(jìn)行，要求的最大量和尺寸等級(jí)不低于 2級(jí)。

3.2 涂裝施工質(zhì)量控制要點(diǎn)

涂裝施工時(shí)，基體表面溫度要求高于露點(diǎn)溫度3℃以上；在車間內(nèi)施工涂層應(yīng)在噴砂后4h內(nèi)施工；濕度要求＞85%。作業(yè)過(guò)程中每30min進(jìn)行記錄，直至涂料噴涂完成時(shí)。油漆混合前，確保油漆處于有效的使用期限內(nèi)并且儲(chǔ)存容器完好。當(dāng)容器打開(kāi)后，油漆表面不能出現(xiàn)剝皮、凝膠狀、分層等現(xiàn)象。為避免漏噴，涂裝過(guò)程中新噴射面要與已經(jīng)完成的噴射面有約5mm的搭接。配制油漆時(shí)基料和固化劑按比例配合；攪拌好的油漆按照涂料說(shuō)明書(shū)要求進(jìn)行要求熟化，并在規(guī)定的期間內(nèi)將油漆 用完。

3.3 油漆檢驗(yàn)要求

3.3.1 厚度檢測(cè)

根據(jù)SSPC-PA2實(shí)地測(cè)量，檢查每一度涂層的干膜厚度（DFT）。每9m2檢測(cè)一次。每次測(cè)量取5個(gè)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)在直徑4cm圓形范圍內(nèi)測(cè)量三次，測(cè)點(diǎn)平均值不得超過(guò)規(guī)定的最大涂層厚度，并不得小于最小允許干膜厚度的80%。

3.3.2 附著力試驗(yàn)

當(dāng)油漆施工情況發(fā)生以下變化時(shí)，將進(jìn)行油漆附著力試驗(yàn)（破壞性試驗(yàn)，采用試驗(yàn)板的方式進(jìn)行，試驗(yàn)板的材質(zhì)應(yīng)與正式產(chǎn)品的材質(zhì)一致，試驗(yàn)板的施工環(huán)境應(yīng)與需試驗(yàn)的正式產(chǎn)品保持一致），試驗(yàn)按照ASTM D4541要求進(jìn)行，每連續(xù)施工超過(guò)1000m2進(jìn)行一次，要求附著力≥2MPa。

4 問(wèn)題與改進(jìn)

4.1 “開(kāi)頂法”施工露天環(huán)境下涂層破壞問(wèn)題

核島由于開(kāi)頂法施工，在安全殼頂封頭落位前，核島內(nèi)部鋼結(jié)構(gòu)在施工期間一直暴露在大氣環(huán)境中，在夏季施工時(shí)，晝夜冷熱交替會(huì)在墻壁和地面上形成結(jié)露，防護(hù)涂層長(zhǎng)期處于這種潮濕的環(huán)境下，逐漸被侵蝕而發(fā)生鼓泡，甚至有脫落現(xiàn)象[4]。

解決辦法：在車間進(jìn)行噴砂及底漆涂裝，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行面漆涂裝。

4.2 高固態(tài)環(huán)氧在大氣環(huán)境下粉化

油漆受到的碳鋼銹水污染主要來(lái)自由焊接坡口，拼、安裝焊縫、碳鋼腳手架，在高溫、高濕、高鹽環(huán)境中碳鋼容易銹蝕，在有雨水時(shí)會(huì)造成油漆污染。個(gè)別區(qū)域容易受到混凝土澆筑污染。高固態(tài)環(huán)氧油漆是一種環(huán)脂肪族胺固化型環(huán)氧樹(shù)脂漆，通過(guò)聚醚胺、異佛爾酮二胺中的胺基與縮水甘油封端雙酚A環(huán)氧氯丙烷共聚物的環(huán)氧基團(tuán)發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，從而發(fā)生固化成漆膜。油漆中少量的苯環(huán)造成漆膜在長(zhǎng)期紫外線的照射下，也會(huì)引起輕微黃變，致使脆性變大。高固態(tài)環(huán)氧油漆作為核級(jí)涂層雖是最佳的選擇，但該涂層自身性能不耐紫外線照射，不合適長(zhǎng)期露天存放[2,4]。

解決辦法：把高固態(tài)環(huán)境底漆更換為無(wú)機(jī)富鋅漆，可在車間進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)涂裝底漆，現(xiàn)場(chǎng)施工后期再進(jìn)行面漆涂裝，這樣能有效避免環(huán)氧樹(shù)脂粉化的情況。

4.3 交叉施工導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)涂層破壞、污損

核電站現(xiàn)場(chǎng)交叉施工外長(zhǎng)時(shí)間存在多點(diǎn)、多區(qū)域的交叉施工，鋼結(jié)構(gòu)涂層易發(fā)生磕碰、劃傷、電弧等損傷[8]。設(shè)備引入、吊裝應(yīng)避免與鋼結(jié)構(gòu)、模塊碰撞，必要時(shí)在相關(guān)區(qū)域采取防碰撞措施?？梢圆捎孟铝蟹椒ㄟM(jìn)行改進(jìn)：（1）焊接時(shí)使用引弧板，避免焊接起弧時(shí)產(chǎn)生弧傷；（2）在鋼結(jié)構(gòu)周圍邊打磨時(shí)，應(yīng)有相應(yīng)的防飛濺措施，防止打磨飛濺污染和損傷油漆；（3）腳手架應(yīng)在靠近油漆的部位增加柔性材料，防止腳手架對(duì)油漆層的損壞；出現(xiàn)磕碰劃痕時(shí)及時(shí)補(bǔ)漆；（4）在施工區(qū)域顯眼的位置，設(shè)立必要的保護(hù)警示牌，要求施工單位加強(qiáng)油漆的保護(hù)的監(jiān)督，提高施工人員對(duì)油漆的保護(hù)意識(shí)；（5）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件選擇及鋼結(jié)構(gòu)暴露時(shí)間的長(zhǎng)短選擇使用臨時(shí)油漆保護(hù)、使用可剝離漆保護(hù)和預(yù)留部分裕量的方法進(jìn)行涂裝。