海洋鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)綜述

廖瑩 李娜 李連軍 胡勁哲 孫叢濤

[摘? 要]：我國(guó)每年海洋鋼結(jié)構(gòu)腐蝕經(jīng)濟(jì)損失巨大，海洋高氯的大氣環(huán)境，海水的潮起潮落，浪花飛濺等都是造成腐蝕現(xiàn)象以及腐蝕程度不同的原因。文章根據(jù)海洋環(huán)境腐蝕機(jī)理，以及各個(gè)海洋腐蝕區(qū)帶的特點(diǎn)，針對(duì)涂層防護(hù)技術(shù)、噴涂防護(hù)技術(shù)、包覆防護(hù)技術(shù)和陰極保護(hù)技術(shù)等防腐技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀和各種技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了綜述，并展望了海洋鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)的發(fā)展方向。

[關(guān)鍵詞]：海洋環(huán)境; 鋼結(jié)構(gòu); 防腐

TV47A

海洋鋼結(jié)構(gòu)包括海上風(fēng)機(jī)、跨海大橋、海洋采油平臺(tái)和海港碼頭等，這些鋼結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期暴露在海洋大氣中或浸沒(méi)在海水中，為腐蝕的發(fā)生、發(fā)展創(chuàng)造了條件。我國(guó)是一個(gè)海岸線長(zhǎng)達(dá)3.2×104 km的海洋大國(guó)，每年各種海洋工程的維護(hù)和防腐花費(fèi)巨大。2014年，我國(guó)各個(gè)行業(yè)的腐蝕總成本為21 278.2億元，占GDP的3.34%，人均腐蝕成本為1 555元[1]。因此對(duì)海洋工程采取有效、經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)單長(zhǎng)期的防腐措施顯得尤為重要，本文根據(jù)我國(guó)海洋鋼結(jié)構(gòu)防腐技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀和各種技術(shù)的優(yōu)劣勢(shì)和進(jìn)行闡述，并對(duì)海洋鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)的發(fā)展提出了建議。

1 海洋腐蝕區(qū)劃分及其各腐蝕區(qū)腐蝕原理

根據(jù)海洋鋼結(jié)構(gòu)暴露條件的不同，可將海洋腐蝕環(huán)境劃分為5個(gè)區(qū)帶，分別為海洋大氣區(qū)、浪花飛濺區(qū)、海水潮差區(qū)、海水全浸區(qū)和海底泥土區(qū)。由圖1可以看出，浪花飛濺區(qū)腐蝕速率最高，是工程防護(hù)的關(guān)鍵區(qū)域。

1.1 海洋大氣區(qū)腐蝕

海洋大氣區(qū)是海洋表層以上的大氣部分，該區(qū)域的特點(diǎn)是海洋鋼結(jié)構(gòu)無(wú)法直接與海洋接觸，但由于海洋大氣的濕度大，氯離子含量高，并且具有干濕循環(huán)顯著的特點(diǎn)，所以該部分海洋鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕速率比內(nèi)陸環(huán)境高4倍左右。

高濕度的大氣會(huì)增強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)表面的毛細(xì)吸附作用，增加水蒸氣的凝聚速率，為電化學(xué)腐蝕提供了基本環(huán)境，并且空氣中的鹽分（主要是氯離子）含量高，極易溶解在鋼結(jié)構(gòu)表面的水膜里，加上大氣中CO2和SO2進(jìn)入水膜中，形成良好導(dǎo)電性的酸性電解質(zhì)，這些都為海洋大氣區(qū)的腐蝕創(chuàng)造了有利條件。另外海洋大氣區(qū)的鋼結(jié)構(gòu)一般都受陽(yáng)光直射，溫度較高，大大加快了鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕，金屬表面真菌和霉菌的繁殖也提供了酸性濕潤(rùn)的環(huán)境，因此海洋大氣環(huán)境下鋼結(jié)構(gòu)防腐比內(nèi)陸環(huán)境更為嚴(yán)峻與苛刻。

1.2 浪花飛濺區(qū)腐蝕

浪花飛濺區(qū)是5個(gè)腐蝕區(qū)里腐蝕最嚴(yán)重的區(qū)域，擁有和大氣區(qū)類似的外部環(huán)境，不同的是浪花區(qū)存在海浪飛濺，導(dǎo)致該區(qū)域的鹽分、濕度都遠(yuǎn)高于大氣區(qū)，隨著浪花的拍打，自然干燥，實(shí)現(xiàn)了頻繁的干濕循環(huán)，加上該部分鋼結(jié)構(gòu)與空氣接觸密切，提供了豐富的氧氣，這些都為鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕提供了條件。

除此之外，浪花飛濺區(qū)還發(fā)生氣泡腐蝕、任意性腐蝕和均勻腐蝕。飛濺區(qū)海浪的沖擊壓縮產(chǎn)生大量氣泡，氣泡對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕嚴(yán)重，鋼結(jié)構(gòu)表面的涂層會(huì)在氣泡的沖擊下加快破損老化，從而進(jìn)一步加速腐蝕;而任意性腐蝕發(fā)生的原因是海浪會(huì)帶來(lái)各種各樣的物質(zhì)，如金屬物質(zhì)、酸性物質(zhì)，因此浪花飛濺區(qū)鋼結(jié)構(gòu)的各部分腐蝕程度也不盡相同;該區(qū)域還會(huì)產(chǎn)生一種難以區(qū)分陰陽(yáng)兩極的均勻腐蝕，這些方面綜合導(dǎo)致浪花飛濺區(qū)鋼結(jié)構(gòu)腐蝕最嚴(yán)重。

探究氣泡腐蝕的本質(zhì)對(duì)浪花飛濺區(qū)腐蝕防護(hù)具有重要意義，目前，國(guó)內(nèi)外普遍認(rèn)為銹層參與了陰極極化這一觀點(diǎn)[3]，認(rèn)為這是加快浪花飛濺區(qū)腐蝕的關(guān)鍵，但是具體原因仍然是探究熱點(diǎn)。

1.3 海水差潮區(qū)腐蝕

海水差潮區(qū)的特點(diǎn)是隨著海水潮起潮落的周期變化，海洋鋼結(jié)構(gòu)也進(jìn)行著浸沒(méi)、暴露的周期變化，海洋鋼結(jié)構(gòu)伴隨這一特點(diǎn)進(jìn)行著穩(wěn)定的干濕交替，干濕交替的周期變化會(huì)形成類似大氣區(qū)鋼結(jié)構(gòu)表面的水膜，氧氣的擴(kuò)散比浪花飛濺區(qū)更慢，受溫度的影響很大，同時(shí)海水的周期變化也不斷沖擊著鋼結(jié)構(gòu)的表面，發(fā)生大量氣泡腐蝕，破壞鋼結(jié)構(gòu)表面涂層，除此之外，海洋生物也能附著在此區(qū)域的鋼結(jié)構(gòu)上，產(chǎn)生低氧環(huán)境形成氧濃差電池，這些都加速了海水差潮區(qū)鋼結(jié)構(gòu)腐蝕。

1.4 海水全浸區(qū)腐蝕

海水全浸區(qū)是指海洋鋼結(jié)構(gòu)在海水中完全浸泡的區(qū)域，不隨海水的潮起潮落暴露在大氣中。海水全浸區(qū)可分為3個(gè)區(qū)域，這3個(gè)區(qū)域的腐蝕速率由大到小分別是淺海區(qū)、大陸架全浸區(qū)、深海區(qū)。淺海區(qū)的氧氣充足，幾乎處于飽和狀態(tài)，存在這一部分的海洋生物更活躍，該區(qū)域主要發(fā)生電化學(xué)腐蝕和生物腐蝕，由于造成腐蝕的因素更多，淺水區(qū)的腐蝕比大氣區(qū)更為嚴(yán)重;大陸架全浸區(qū)與淺水區(qū)相比水流流速，含氧量水溫等都有所下降，這些條件不利于生物的生存，所以該部分生物腐蝕大大減少，海洋鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕還是以電化學(xué)為主，物理化學(xué)腐蝕為輔;深海區(qū)由于較大的壓力，鹽分的溶解量變少，鋼結(jié)構(gòu)腐蝕以應(yīng)力腐蝕和電化學(xué)為主，屬于海水全浸區(qū)中腐蝕最輕的部分。

1.5 海水泥土區(qū)腐蝕

海水泥土區(qū)是指海洋鋼結(jié)構(gòu)埋藏于海底沉積物的部分。這部分海洋鋼結(jié)構(gòu)由于氧氣含量低，是整個(gè)海洋腐蝕區(qū)腐蝕最慢的部分。海水泥土區(qū)的腐蝕環(huán)境較為復(fù)雜，他具有土壤和海水腐蝕的雙重特點(diǎn)，海底沉積物中存在大量的硫酸鹽還原菌，這些硫酸鹽還原菌產(chǎn)生的硫化物會(huì)加速鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕，細(xì)菌產(chǎn)生的NH3和H2S也會(huì)促進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕，這一部分主要發(fā)生電化學(xué)腐蝕和微生物腐蝕，是海洋腐蝕區(qū)帶中腐蝕速率最慢的部分。

2 鋼結(jié)構(gòu)涂層技術(shù)

海洋鋼結(jié)構(gòu)防腐涂料主要包括船舶涂料、集裝箱涂料、橋梁涂料以及碼頭鋼鐵設(shè)施、石油管道、海洋平臺(tái)等大型設(shè)施的防腐涂料。例如，根據(jù)大榭第二大橋的防腐措施[4]，斜拉索的防腐采取多層防護(hù)體系，其索體采用鍍鋅鋼絲，單根拉索包裹雙層熱擠高密度聚乙烯護(hù)套，使用耐候鋼并經(jīng)電弧噴鋁防腐，不同部位采用不同涂層或不同技術(shù)，體現(xiàn)了現(xiàn)代海洋防腐的高要求。

這些涂料分為有機(jī)涂料、無(wú)機(jī)涂料，他們是保護(hù)鋼結(jié)構(gòu)不被腐蝕的有效手段，但是作為海洋鋼結(jié)構(gòu)表面涂料，應(yīng)比內(nèi)地鋼結(jié)構(gòu)涂料的標(biāo)準(zhǔn)更為嚴(yán)格，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)表面處理要求更高，還要滿足在海水的長(zhǎng)期沖刷下，鋼結(jié)構(gòu)表面涂層不發(fā)生鼓泡破損現(xiàn)象。

目前海洋鋼結(jié)構(gòu)防腐涂料的發(fā)展已經(jīng)取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，但是在某些方面還需要改進(jìn)和加強(qiáng)。海洋防腐涂料的種類繁多，基礎(chǔ)的環(huán)氧類涂料、乙烯類涂料、富鋅類涂料等，新興的石墨烯防腐涂料、納米涂料等，這些涂料在海洋防腐形勢(shì)日趨嚴(yán)峻的背景下都具有重要意義。

2.1 環(huán)氧類涂料

環(huán)氧類防腐涂料以環(huán)氧樹(shù)脂為基礎(chǔ)的一類涂料的總稱，他通過(guò)加入各種填充涂料、添加劑、助劑和改性劑（主要是長(zhǎng)效氯磺化聚乙烯橡膠）等，改良環(huán)氧涂料的性質(zhì)，使其附著力增強(qiáng)，強(qiáng)度提升，并提高環(huán)氧涂料的耐腐蝕性、耐滲透性，得到符合工程建筑防腐標(biāo)準(zhǔn)的材料。

目前環(huán)氧防腐涂料由于其制作簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)，被廣泛應(yīng)用在橋梁、船舶、海洋平臺(tái)、水下涂料、港口等鋼結(jié)構(gòu)中，是應(yīng)用最廣的海洋重防腐涂料，但應(yīng)用最廣泛不意味著該種材料沒(méi)有缺點(diǎn)，延展性問(wèn)題是該涂料的突出問(wèn)題。針對(duì)這一問(wèn)題，曹慧軍等[5]通過(guò)改性的高固體環(huán)氧涂料，使其具有了良好的延展性，王雪瑩[6]也通過(guò)向傳統(tǒng)環(huán)氧涂料中添加不同粒徑的陶瓷粒，得到了優(yōu)良延展性和優(yōu)良耐海水的環(huán)氧陶瓷涂料。現(xiàn)階段也有將石墨烯添加到普通的環(huán)氧防腐涂料中，借此得到類似環(huán)氧富鋅涂料和玻璃鱗片類涂料優(yōu)秀性能的涂料，使新型環(huán)氧涂料具有陰極保護(hù)功能、屏蔽功能和較好的耐腐蝕性能，提高了涂層的耐磨性和附著力，延展性也有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，其防腐蝕效果好于現(xiàn)階段大部分船用重防腐涂層。

除了解決環(huán)氧類防腐涂料的延展性問(wèn)題，還要增強(qiáng)涂料在關(guān)鍵部位的附著力。螺栓、法蘭等關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的表面處理比較困難，環(huán)氧類防腐涂料的附著力不能滿足實(shí)際海洋鋼結(jié)構(gòu)的防腐需求，因此未來(lái)此類涂料的發(fā)展可以基于材料本身，增強(qiáng)本身的附著力能力，也可以基于表面處理方法，使關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的處理得到簡(jiǎn)化優(yōu)化。另外，環(huán)氧類涂料不再是單純的環(huán)氧材料，添加任何材料都有可能使其具有更優(yōu)秀的防腐特性，通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)得到最優(yōu)秀的配方也是目前的主要方向。

2.2 石墨烯防腐涂料

石墨烯防腐涂料作為一種新型防腐涂料，主要有純石墨烯涂層和復(fù)合石墨烯涂層2種。純石墨烯防腐涂料由于其性質(zhì)單一，基本不能滿足海洋鋼結(jié)構(gòu)的防腐需求，復(fù)合石墨烯涂料由于其復(fù)合了各種材料，改良了純石墨烯的防腐特性，能較好適應(yīng)目前海洋鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕環(huán)境。

但是目前大部分的研究都是將石墨烯添加到其他材料中，作為一種輔助材料。石墨烯具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，可以在海面大氣中反射太陽(yáng)光，避免紫外線對(duì)涂料的老化影響，另外，研究表明，在其他涂層中添加適量的石墨烯可以提高涂料的整體防腐蝕性能，具體應(yīng)用體現(xiàn)在向環(huán)氧富鋅涂料和水性防腐涂料中添加石墨烯能夠有效的降低涂層厚度，增加涂層與基體之間的附著力，提高防腐涂層的耐磨性及抗老化性等。徐菲桐[7]將PF-127加入石墨烯中，制備出分散性良好的石墨烯分散液，將其加入到水性環(huán)氧涂料中，得到附著力更強(qiáng)、耐海水腐蝕性能和耐中性鹽霧腐蝕性能更好的水性復(fù)合石墨烯防腐涂料，具有廣闊的應(yīng)用前景。

石墨烯防腐涂料的研究將是未來(lái)的研究熱點(diǎn)，不管是將石墨烯作為輔助材料還是基礎(chǔ)材料，研制出制造方便、經(jīng)濟(jì)的石墨烯涂料顯得尤為重要，另外石墨烯作為添加劑的分散方式過(guò)于費(fèi)時(shí)費(fèi)力，合適便捷的分散方法也可以大大提高制作和研究石墨烯材料的效率。

2.3 乙烯基涂料

乙烯基涂料包括乙烯基鱗片涂料、聚乙烯涂料、乙烯基樹(shù)脂涂料等，在此基礎(chǔ)上還有厚漿型的乙烯基涂料，乙烯基涂料具有突出的耐腐蝕性、長(zhǎng)期耐候性和優(yōu)異的疏水性，近幾年已被國(guó)外廣泛應(yīng)用。目前國(guó)外乙烯基涂料在海洋軍艦和海洋鋼結(jié)構(gòu)上應(yīng)用很多，但是我國(guó)對(duì)于乙烯基涂料的研究還停留在用于汽車等結(jié)構(gòu)的防腐，幾乎沒(méi)有應(yīng)用在海洋防腐領(lǐng)域里。

根據(jù)國(guó)外研究將乙烯漆涂在鋼結(jié)構(gòu)涂層厚度達(dá)到300 μm，就能有12年的防腐蝕效果。我國(guó)在該領(lǐng)域的研究中，孫超等[8]以酚醛環(huán)氧乙烯基樹(shù)脂為主要成膜材料，優(yōu)化了耐熱填料與玻璃鱗片的配比，使涂層在180 ℃下具有優(yōu)異的機(jī)械性能和良好的耐腐蝕性能，可應(yīng)用于酸性海洋環(huán)境。萬(wàn)浩[9]將其制備的乙烯基丙烯酸聚氨酯疏水防腐涂層浸泡在3.5%NaCl溶液中，浸泡的前24 h內(nèi)涂層具有較好防護(hù)性能，浸泡101 h后介質(zhì)透過(guò)涂層開(kāi)始對(duì)金屬基體產(chǎn)生腐蝕，可以發(fā)現(xiàn)現(xiàn)階段增強(qiáng)乙烯基涂料長(zhǎng)效保護(hù)是主要目標(biāo)。

乙烯酯玻璃鱗片涂料和酚醛環(huán)氧是涂裝脫硫塔最合適的選擇[10]，但是運(yùn)輸儲(chǔ)存施工對(duì)溫度要求嚴(yán)格，如何減少這種運(yùn)輸儲(chǔ)存成本與風(fēng)險(xiǎn)也是未來(lái)發(fā)展的方向。另外乙烯基涂料在我國(guó)也具有較大研究?jī)r(jià)值，利用乙烯基涂料的優(yōu)異疏水性，廣泛應(yīng)用在海洋鋼結(jié)構(gòu)上，實(shí)現(xiàn)海洋鋼結(jié)構(gòu)防腐涂料的多樣化。

2.4 玻璃鱗片涂料

玻璃鱗片涂料以樹(shù)脂為主要成膜材料，由于主要填充材料為玻璃鱗片，故這類涂料具有較強(qiáng)的耐腐蝕性、優(yōu)異的耐候性和良好的抗?jié)B性，玻璃鱗片在涂料中的作用過(guò)于突出，因此單獨(dú)將其歸為一類。

然而，由于添加了玻璃鱗片，玻璃鱗片與樹(shù)脂的相容性差，必須對(duì)玻璃鱗片進(jìn)行處理。宋玉強(qiáng)[11]將甲苯-2，4-二異氰酸酯、六亞甲基二異氰酸酯和Y -（2，3-環(huán)氧丙基氧基）丙基三甲氧基硅烷作為活性橋接劑，制備了3種表面活化接枝玻璃鱗片，這些材料可以解決玻璃片與樹(shù)脂相容性差的問(wèn)題。當(dāng)然這是解決問(wèn)題的一種思路，不局限于只處理玻璃鱗片。殷勇[12]通過(guò)材料聚氨酯一脲、腰果油改性酚醛胺樹(shù)脂、剛玉粉，改良原本玻璃鱗片材料，開(kāi)發(fā)出具有良好相容性的高性能玻璃鱗片涂料，該涂料可憑借其優(yōu)良耐化學(xué)介質(zhì)性能、耐老化防腐性能、平衡的施工性和經(jīng)濟(jì)性，完全適用浪花飛濺區(qū)和海水潮差區(qū)。

目前關(guān)于玻璃鱗片涂料改性的研究并不多，但是都反映出玻璃鱗片制備出的涂層差異性較大，如何解決這種差異，合理控制這種差異是制造玻璃鱗片類涂料亟需解決的問(wèn)題。

2.5 聚氨酯防腐蝕涂料

聚氨酯防腐涂料最突出的特點(diǎn)是優(yōu)異的耐酸堿鹽性，因聚氨酯是由氨基甲酸酯鍵、輕基、異氰酸酯鍵等官能團(tuán)組成，其耐腐蝕能力和耐候性都表現(xiàn)良好，常規(guī)力學(xué)性能也顯著由于其他涂料。聚氨酯涂料目前被廣泛應(yīng)用在海洋鋼結(jié)構(gòu)上，海上作業(yè)平臺(tái)，船舶橋梁等工程的防護(hù)面漆。

聚氨酯防腐涂料是一種高固型、低VOC含量的涂料。隨著涂料的環(huán)保綠色化，開(kāi)發(fā)高性能水性、高固型、低VOC含量的聚氨酯防腐涂料是未來(lái)的發(fā)展方向。此外，改性聚氨酯類重防腐涂料也可以開(kāi)發(fā)和使用在惡劣的環(huán)境，如船舶，航空航天，核電設(shè)施，發(fā)展環(huán)保型水性聚氨酯防腐涂料和高固體聚氨酯防腐涂料也將成為未來(lái)的發(fā)展方向之一。

2.6 富鋅防腐蝕涂料

富鋅防腐蝕涂料是以環(huán)氧樹(shù)脂和聚氨酯樹(shù)脂為主的防腐涂料，通過(guò)以鋅粉為主要填充物，使該類涂料具有優(yōu)異阻銹性能，較好的附著力和較低的表面能。富鋅防腐涂料廣泛的應(yīng)用在橋梁、船舶以及大型的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)備上，富鋅防腐涂料是一種優(yōu)秀的底漆，可以發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)從而達(dá)到防腐蝕的目的。

唐文劍等[13]研究并設(shè)計(jì)了醇溶性有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合樹(shù)脂。通過(guò)添加片狀鋅粉，制備了應(yīng)用于重防腐領(lǐng)域的醇溶性富鋅防腐涂料。這種涂料對(duì)環(huán)境的影響較小，又具有良好的抗腐蝕效果，符合當(dāng)下環(huán)境保護(hù)的潮流。為了克服富鋅防腐涂料起泡失效的缺點(diǎn)，趙書(shū)彥等[14]制備了納米SO2復(fù)合環(huán)氧富鋅納米涂層。該涂層附著力好，前期可作為有機(jī)屏蔽層，中期可發(fā)揮溫和的陰極保護(hù)作用，且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，后期Zn的反應(yīng)產(chǎn)物可提供良好的屏蔽和耐腐蝕性能。但是富鋅類防腐涂層的材料并不是防護(hù)的唯一要求，鋅粉含量，施工溫度，涂層厚度等都是影響防腐蝕效果的重要因素，利用合理的配方設(shè)計(jì)和合適的施工環(huán)境，水性環(huán)氧富鋅底漆防腐蝕性能就可以達(dá)到溶劑型環(huán)氧富鋅涂料相同的水平[15];鋅粉含量越高防腐效果越好，但是柔韌性越差;膜厚度需要試驗(yàn)尋求一個(gè)最佳的厚度，過(guò)薄過(guò)厚都影響涂料的防腐蝕效果;溫度越高，涂料的干燥時(shí)間越短。

富鋅涂料目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用到了海洋鋼結(jié)構(gòu)的防腐，各種研究應(yīng)用已經(jīng)有了很好的基礎(chǔ)，未來(lái)的涂料低污染無(wú)污染是第一位的，開(kāi)發(fā)環(huán)保節(jié)能高效的富鋅防腐涂料是有效利用其的關(guān)鍵。

2.7 丙烯酸防腐蝕涂料

丙烯酸防腐涂料是一類以丙烯酸樹(shù)脂為主要成膜物的涂料。這類涂料具有耐水性、耐腐蝕性、綠色環(huán)保、固化速度快等性能優(yōu)點(diǎn)，但是丙烯酸防腐涂料的防腐作用一定要添加合適的添加劑、助劑才能起到較好的防腐蝕作用，利用氧化石墨烯對(duì)水性丙烯酸防腐涂料進(jìn)行改性，使原有丙烯酸防腐涂料的防腐效果得到顯著提高[16]。

目前，丙烯酸涂料大多采用丙烯酸改性法制備，制作周期較長(zhǎng)，不利于該種涂料的廣泛使用，所以通過(guò)其他手段高效經(jīng)濟(jì)的合成丙烯酸涂料，縮短丙烯酸涂料在海洋鋼結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的周期是對(duì)其有效利用的關(guān)鍵。

2.8 橡膠防腐蝕涂料

橡膠防腐涂料是一類以合成橡膠或天然橡膠衍生物為主要成膜物的涂料。該類涂料無(wú)毒、無(wú)味、無(wú)刺激性，并具有較好的耐腐蝕、耐磨、耐水、耐候性，且干燥速度快。目前，氯化橡膠涂料和氯磺化聚乙烯涂料是最常用的橡膠防腐涂料。

美國(guó)杜邦化學(xué)公司還使用氯丁橡膠來(lái)防止海上采油平臺(tái)支柱和套管的腐蝕，使用后耐久性高達(dá)15～35年。然而，橡膠防腐蝕涂料的附著力和耐候性不是特別理想，李石等[17]利用環(huán)氧樹(shù)脂、醇酸樹(shù)脂改性氯化橡膠，附著力和耐候性能得到顯著提高。

雖然橡膠涂料具有良好的性能，但目前大部分橡膠涂料仍使用四氯化碳作為溶劑，而四氯化碳并不環(huán)保。因此，開(kāi)發(fā)一種新型的綠色環(huán)保溶劑是橡膠涂料發(fā)展的難點(diǎn)和熱點(diǎn)。

2.9 有機(jī)硅樹(shù)脂防腐蝕涂料

有機(jī)硅樹(shù)脂防腐涂料是一類以有機(jī)硅樹(shù)脂或改性有機(jī)硅樹(shù)脂為主要成膜物的涂料。該類涂料具有優(yōu)良的耐候性、防霉性、耐腐蝕性、電氣絕緣等性能，主要用于管道、容器等產(chǎn)品的防護(hù)面漆?，F(xiàn)有研究都是增強(qiáng)了有機(jī)硅樹(shù)脂的耐熱性等特性，沒(méi)有專門針對(duì)海洋鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用方面的研究。龐玉寧[18]利用自制的有機(jī)硅聚合物與環(huán)氧樹(shù)脂E-20，孫乾坤等[19]利用有機(jī)硅中間體與樹(shù)脂E-44，都制備出了具有耐熱性好，附著力不錯(cuò)的有機(jī)硅樹(shù)脂防腐涂料，可以應(yīng)用在海洋鋼結(jié)構(gòu)中例如海洋石油鉆井平臺(tái)等溫度較高的部位。目前該涂料的附著力還有待提高。

2.10 納米復(fù)合涂料

納米復(fù)合涂料是一類由納米級(jí)材料和其他防腐材料復(fù)合而成的涂料。通過(guò)對(duì)納米級(jí)涂料的選擇，使新型復(fù)合涂料具有高強(qiáng)度、高韌性和高硬度等特點(diǎn)。目前用于涂料的納米粒子主要有金屬氧化物（如TiO2，F(xiàn)e2O3，ZnO等）、納米金屬粉末（如納米Al，Co，Ti，Cr，Nd，Mo等）、無(wú)機(jī)鹽類（如CaCO3）和層狀硅酸鹽（如一維的納米級(jí)黏土）。

納米粒子填充涂料具有優(yōu)異的耐候性、裝飾性、抗污染和抗菌性能，完全符合當(dāng)代環(huán)保的要求。作為一種特殊的涂料，納米復(fù)合涂料具有很高的應(yīng)用價(jià)值，是21世紀(jì)最有前途的涂料之一。選擇合適的復(fù)合材料需要大量的實(shí)驗(yàn)研究。曹祥康[20]通過(guò)石墨烯納米片對(duì)環(huán)氧富鋅進(jìn)行改性處理，制備出可以提高陰極保護(hù)時(shí)間和屏蔽效果的材料，添加合適的石墨烯納米材料可以增強(qiáng)環(huán)氧富鋅涂層缺陷部位的抗剝離效果。然而，要使納米技術(shù)在涂層中得到廣泛應(yīng)用，還需要解決納米粒子在涂層中能否穩(wěn)定分散、納米粒子添加量等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。納米粒子在涂料中的穩(wěn)定分散直接關(guān)系到納米粒子能否改善涂料的性能，納米粒子的加入量也會(huì)影響粒子之間的團(tuán)聚，從而影響腐蝕性[21]。

雖然無(wú)機(jī)納米材料改性無(wú)機(jī)防腐涂料的研究取得了一定進(jìn)展，但如何更好地改善無(wú)機(jī)納米材料與聚氨酯的完全相容性，無(wú)機(jī)納米材料的組成與聚氨酯防腐性能的關(guān)系，除了無(wú)機(jī)納米材料的均勻分散外，還有哪些其他因素可以提高聚氨酯耐腐蝕的防腐性能，這些問(wèn)題還沒(méi)有得到明確的解釋，因此，如何解決上述問(wèn)題將是今后聚氨酯防腐涂料發(fā)展的重點(diǎn)。

2.11 自分層涂料

自分層涂層明顯優(yōu)于傳統(tǒng)涂層。它們利用極性、分子相互作用和在不同樹(shù)脂介質(zhì)中溶解度的差異，在干燥固化過(guò)程中，隨著同一成膜樹(shù)脂的兩相組成和界面的變化，張力的變化導(dǎo)致兩相相對(duì)流動(dòng)，進(jìn)而導(dǎo)致樹(shù)脂相分離，形成梯度層狀結(jié)構(gòu)。

憑借這一特性，自分層涂料可以一次涂裝形成多涂層體系，可節(jié)約涂料，降低涂裝成本;在綜合多涂層優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，提高了涂層之間的附著力;能更好地兼顧涂膜的柔韌性和硬度等相互矛盾的特性，增強(qiáng)防腐蝕性能;能選擇性地滲透到多孔基體中，提高附著力的持久性;還可以改善表面性能，如提高光澤度、耐磨性、抗流掛、耐化學(xué)品性、耐光性、耐候性等。

在水性自分層涂料中，水性氟硅涂料是最具發(fā)展前景的海洋涂料之一。隨著氟樹(shù)脂的使用，基層會(huì)表現(xiàn)出較好的附著力，且表層具有極低的表面能，這種極低的表面能和極強(qiáng)的疏水性使一般污染物難以附著，一般藻類和細(xì)菌難以著床發(fā)育繁殖，使得涂層的抗菌、防霉、防藻和抗污染性能大大提高，同時(shí)，以氟樹(shù)脂為主的表面，使涂層具有較高的耐候性。

可見(jiàn)，自分層涂料是一種優(yōu)良的防腐技術(shù)。通過(guò)大量的研究數(shù)據(jù)，可以建立預(yù)測(cè)涂料分層行為的計(jì)算模型，并對(duì)適合工程應(yīng)用的自分層涂料進(jìn)行合理配置。目前的研究主要集中在熱塑性樹(shù)脂和揮發(fā)性有機(jī)溶劑為基礎(chǔ)的涂料樹(shù)脂方面。目前對(duì)水性聚合物涂料的研究還比較少，還沒(méi)有涉及對(duì)水性電泳涂料的研究。由于自分層涂料可以省去中間層涂料，從而減少施工步驟，獲得優(yōu)異的性能涂料，這是船舶涂料應(yīng)用的理想效果，這為徹底解決涂料附著力問(wèn)題提供了一個(gè)思路。

3 金屬噴涂技術(shù)

金屬噴涂保護(hù)的方式有很多，包括熱噴涂、冷噴涂和電弧噴涂等。金屬噴涂技術(shù)可以起到物理屏蔽作用，即使破損也可以發(fā)生陰極保護(hù)，因此金屬噴涂廣泛被應(yīng)用在海洋全浸區(qū)。

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 19355-2003《鋼鐵結(jié)構(gòu)耐腐蝕防護(hù)鋅和鋁覆蓋層指南》[22]推薦溫帶海水中涂層第一次維修壽命要超過(guò)20年，采用封閉熱質(zhì)涂鋁涂層平均厚度（最低）要達(dá)到150 μm，熱噴涂鋅涂層平均厚度（最低）要達(dá)到250 μm。在海洋環(huán)境中，噴鋅層的使用壽命通常與其厚度成正比，鍍鋅層的厚度要比鋁層厚很多，才能達(dá)到相同的耐腐蝕年限。電弧噴涂鋁基涂層技術(shù)可以解決電化學(xué)陰極保護(hù)難以有效實(shí)施、有機(jī)漆膜易老化、貴金屬保護(hù)層成本過(guò)高等問(wèn)題。鋁基涂料具有良好的耐海水腐蝕性能。在未來(lái)，該技術(shù)可與抗生物污染的封孔涂層結(jié)合使用，有望應(yīng)用于腐蝕和生物污染并存的水下設(shè)施和大型海上建筑水下部分的防腐[23]。

我國(guó)水利水電行業(yè)中幾乎所有的鋼結(jié)構(gòu)熱噴涂防腐工程都使用了涂料。應(yīng)該指出的是，涂料的使用對(duì)孔洞起到了一定的密封作用，但并沒(méi)有完全封閉金屬涂層的孔洞，導(dǎo)致腐蝕介質(zhì)滲透到基底，從而引起其腐蝕，目前該技術(shù)在海洋鋼結(jié)構(gòu)的使用上非?？量蹋X金屬的噴涂更為困難，關(guān)鍵部位不能完美噴涂[24]，因此衍生出冷噴涂技術(shù)，冷噴涂涂層的無(wú)氧化、高純度造就了冷噴涂的發(fā)展?jié)摿?，大力發(fā)展冷噴涂技術(shù)，使技術(shù)簡(jiǎn)單方便使現(xiàn)如今的主流。另外需要解決的問(wèn)題還有降低涂料的粘度和增加涂料本身的密實(shí)性。

4 鋼結(jié)構(gòu)有機(jī)復(fù)層包覆技術(shù)

礦脂膠帶包覆防腐體系由防腐膏、防蝕帶、外防護(hù)劑3個(gè)緊密相連的保護(hù)層組成。該防腐技術(shù)主要應(yīng)用于港口碼頭、鉆采平臺(tái)、海上風(fēng)電、跨海橋梁、埋地管線、船舶設(shè)備、混凝土樁、沿海電廠等。包覆技術(shù)能被推廣應(yīng)用的原因有很多，礦脂包覆技術(shù)憑借其對(duì)鋼結(jié)構(gòu)表面處理要求低，可以應(yīng)用在各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)，已被證實(shí)是一種長(zhǎng)期有效的針對(duì)浪花飛濺區(qū)的防腐蝕方法。

侯保榮[25]研制了一種氧化聚合型包覆防腐蝕技術(shù)，這種技術(shù)主要應(yīng)用于海洋大氣區(qū)鋼結(jié)構(gòu)的防腐，包括碼頭、沿海鋼結(jié)構(gòu)焊接位置、跨?？缃髽蜾撍鞯?。侯保榮等[26]研發(fā)的復(fù)層礦脂包覆防腐技術(shù)對(duì)暴露于海洋浪花飛濺區(qū)部位的鋼鐵設(shè)施具有廣泛的適用性。而陳君[27]一種新思路也值得大家借鑒，他通過(guò)吸水材料引入電解質(zhì)（海水）將犧牲陽(yáng)極保護(hù)法用于浪花飛濺區(qū)，得到短期的防腐效果較好，但還需在實(shí)海環(huán)境中進(jìn)行更長(zhǎng)時(shí)間的檢驗(yàn)。目前，包覆防腐技術(shù)在日本、英國(guó)等沿海國(guó)家得到成功應(yīng)用，使用壽命己超過(guò)30年。

當(dāng)然，目前的包覆防腐技術(shù)也存在一些缺點(diǎn)：施工工序較多;不易制備防銹油脂;大型、異型玻璃鋼模套的預(yù)制加工及施工成本較高。美國(guó)的CCI防腐套的價(jià)格為400美元/m2，英國(guó)的DEN-SO防腐蝕纏帶和日本的PTC保護(hù)修復(fù)技術(shù)的價(jià)格在2 000元/m2左右，這大大超出了我國(guó)海洋石油生產(chǎn)部門的承受能力[3]。

所以，從涂料技術(shù)層面簡(jiǎn)化施工工序，研制簡(jiǎn)便防銹油脂制備方法，包覆技術(shù)配套產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)化是當(dāng)前任務(wù)的重中之重。

5 鋼結(jié)構(gòu)陰極保護(hù)技術(shù)

陰極保護(hù)技術(shù)是海洋鋼結(jié)構(gòu)在海水全浸區(qū)的主要防腐辦法。在我國(guó)，鋁合金犧牲陽(yáng)極和外加電流陰極保護(hù)技術(shù)在海洋鋼結(jié)構(gòu)防護(hù)中已得到了廣泛的應(yīng)用。陰極保護(hù)中應(yīng)用最廣泛的陽(yáng)極有鎂陽(yáng)極、鋅陽(yáng)極和鋁陽(yáng)極。其中，鎂陽(yáng)極在鋼材上的驅(qū)動(dòng)電壓較大，多用于土壤介質(zhì)中;鋅陽(yáng)極的驅(qū)動(dòng)電壓比鎂陽(yáng)極低，但電流效率高，故可用于土壤和水介質(zhì)中;鋁陽(yáng)極主要用于船舶和海洋工程及港口建設(shè)領(lǐng)域，但是鋁陽(yáng)極容易污損失效。這些結(jié)論都是一種依據(jù)經(jīng)驗(yàn)的估計(jì)，這種估計(jì)在某種程度上也不能保證選擇材料和用量的準(zhǔn)確。因此郭宇[28]自主開(kāi)發(fā)了陰極保護(hù)電位數(shù)值仿真軟件，該軟件克服了以往商業(yè)軟件仿真模型建立方式唯一性和模型不通用性的缺陷。仿真結(jié)果的輸出形式多種多樣，可以對(duì)多種陰極保護(hù)方法的保護(hù)電位進(jìn)行數(shù)值仿真，便于操作和工程實(shí)際應(yīng)用。

實(shí)際海洋鋼結(jié)構(gòu)工程中，鋁的使用量非常巨大，制造用于陰極保護(hù)合成金屬合金時(shí)消耗能量巨大，為了可持續(xù)發(fā)展，高聰?shù)萚29]在對(duì)平臺(tái)導(dǎo)管架陰極保護(hù)設(shè)計(jì)中，采用長(zhǎng)直翼型陽(yáng)極或長(zhǎng)斜翼型陽(yáng)極來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的方形陽(yáng)極，在滿足初始陽(yáng)極電流需求的情況下，可以大大降低實(shí)際陽(yáng)極重量，從而達(dá)到節(jié)省材料的目的，從而節(jié)約能源，節(jié)約材料。同樣的陰極保護(hù)防腐蝕方法，“因地制宜”也不失為之中很好的方法，郭明[30]在原油儲(chǔ)罐沉積水側(cè)采用犧牲鋁陽(yáng)極進(jìn)行陰極保護(hù)，而在原油儲(chǔ)罐土壤側(cè)采用外加電流進(jìn)行陰極保護(hù)，套管穿越處采用犧牲帶狀鎂陽(yáng)極進(jìn)行陰極保護(hù)，通過(guò)幾種方法的局部使用使整體達(dá)到了很好的防腐蝕作用。

陰極保護(hù)技術(shù)現(xiàn)如今已經(jīng)發(fā)展的比較成熟了，我國(guó)已經(jīng)可以通過(guò)計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制陰極保護(hù)的參數(shù)，繼續(xù)研究適合海洋鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕的陰極保護(hù)電腦系統(tǒng)，新型陽(yáng)極研究也將成為研究熱點(diǎn)。

6 總結(jié)

我國(guó)海岸線長(zhǎng)，橫跨各個(gè)氣候區(qū)，因此防腐任務(wù)任重道遠(yuǎn)。短效高污染的防腐涂料或技術(shù)將會(huì)被逐漸淘汰，單一的涂料或技術(shù)也無(wú)法滿足復(fù)雜多樣的氣候條件，因此為了改善我國(guó)海洋鋼結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀和目前的問(wèn)題，提出幾點(diǎn)建議。

長(zhǎng)效經(jīng)濟(jì)環(huán)保發(fā)展是海洋防腐的內(nèi)在要求。涂料普遍30～40年的使用年限已經(jīng)無(wú)法滿足日益增長(zhǎng)的防腐需求，應(yīng)該以50年為限，超過(guò)50年，且要避免海洋防腐蝕涂料防護(hù)性能的單一化，提高防腐蝕涂料的綜合性能;發(fā)展簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)的防腐技術(shù)，使防腐操作不再專業(yè)化;生產(chǎn)、使用符合GB/T 35602-2017《綠色產(chǎn)品評(píng)價(jià)——涂料》標(biāo)準(zhǔn)的防腐涂料或技術(shù)，將無(wú)溶劑粉末型、無(wú)溶劑常溫固化型、低VOC和高固型的海洋防腐蝕涂料作為研發(fā)的重點(diǎn)，制定高水準(zhǔn)的涂料標(biāo)準(zhǔn)。

另外，多元化的防腐策略也可為我國(guó)海洋防腐蝕強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略提供支持。在涂料的配置和金屬的冶煉過(guò)程中，資源浪費(fèi)和能量的過(guò)度消耗是主要問(wèn)題之一，合理利用海洋的可持續(xù)能源，如潮汐能等也是解決問(wèn)題的關(guān)鍵，這也要求我們因地制宜，思維不局限于思維不局限于發(fā)展已經(jīng)存在的技術(shù)，同時(shí)也要積極開(kāi)發(fā)其他領(lǐng)域，能達(dá)到同等甚至效果更好的防護(hù)，如冷噴涂技術(shù)，將涂刷涂料技術(shù)轉(zhuǎn)變成噴涂技術(shù)都是可以考慮的方面，通過(guò)技術(shù)聯(lián)結(jié)或是材料的聯(lián)結(jié)合理有效地發(fā)揮海洋鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕作用，實(shí)現(xiàn)我國(guó)海洋防腐蝕強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略。

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