鋼結(jié)構(gòu)及其連接部位包覆防腐蝕技術(shù)的應(yīng)用實(shí)踐

路東柱， 趙 霞， 高 昌， 翟曉凡， 管 方， 鄭 萌， 麻福斌， 侯保榮

(1. 中國科學(xué)院海洋研究所 中國科學(xué)院海洋腐蝕與生物污損重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 山東 青島 266071；2. 海洋腐蝕與防護(hù)開放工作室 青島海洋科學(xué)與技術(shù)(試點(diǎn)) 國家實(shí)驗(yàn)室， 山東 青島 266237；3. 廣西科學(xué)院 廣西近海海洋環(huán)境科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 廣西 南寧 530007；4. 中國科學(xué)院海洋大科學(xué)研究中心， 山東 青島 266071；5. 南通中科海洋科學(xué)與技術(shù)研究發(fā)展中心， 江蘇 南通 226006；6. 山東省港口集團(tuán)有限公司 青島港建設(shè)管理中心有限公司， 山東 青島 266409)

0 前 言

腐蝕是一種悄悄進(jìn)行的破壞[1]。 自然環(huán)境中使用的各類材料，都存在不同程度的腐蝕問題。 材料的腐蝕行為很大程度上受所在服役環(huán)境的影響[2]。 不同行業(yè)的生產(chǎn)活動(dòng)都或多或少地依賴于材料，因而，各行各業(yè)都會(huì)遇到材料腐蝕問題，從而出現(xiàn)腐蝕成本。

為了解腐蝕問題究竟對(duì)人類的生產(chǎn)生活造成了多大影響，需要對(duì)不同領(lǐng)域、不同行業(yè)的腐蝕成本進(jìn)行調(diào)查[3]。 中國工程院最新調(diào)查結(jié)果表明，2014 年，我國腐蝕成本為21 278.2 億元人民幣，約占當(dāng)年國內(nèi)生產(chǎn)總值的3.34%[3，4]。 需要不斷研發(fā)和改進(jìn)防腐蝕材料和技術(shù)，加強(qiáng)腐蝕管理[5]，以降低龐大的腐蝕損失，保障生產(chǎn)生活安全。

鋼結(jié)構(gòu)由鋼制材料組成，常見的有鋼梁、鋼柱、鋼桁架等。 鋼結(jié)構(gòu)之間可采用螺栓、焊接等方式進(jìn)行連接。 鋼結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)度高、韌性好、制造安裝機(jī)械化程度高、節(jié)能環(huán)?？芍貜?fù)利用等優(yōu)勢。 因此，鋼結(jié)構(gòu)在港口碼頭、海上石油平臺(tái)、海上風(fēng)電、油氣儲(chǔ)運(yùn)、橋梁塔架、建筑廠房等諸多設(shè)施和建筑中得到大量應(yīng)用。 與此同時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)容易出現(xiàn)腐蝕問題，特別是在潮濕環(huán)境和腐蝕性介質(zhì)中[6]。

腐蝕防護(hù)事關(guān)安全、經(jīng)濟(jì)、民生、生態(tài)環(huán)保、資源節(jié)約[3]。 對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效的腐蝕防護(hù)，不僅可以降低腐蝕損失，更可保障人民群眾的生產(chǎn)生活安全順行。提升鋼結(jié)構(gòu)耐蝕性的方法有多種，例如，可以添加合金元素提升鋼結(jié)構(gòu)本身的耐蝕性[7]。 腐蝕是在材料表面發(fā)生的，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行表面強(qiáng)化同樣能夠有效提高鋼結(jié)構(gòu)的耐蝕性。 例如，可以通過涂刷重防腐涂料[8]、施加陰極保護(hù)[9]、制備耐蝕涂層[10]等方式提高鋼結(jié)構(gòu)的耐蝕性[11]。 在“十一五”、“十二五”國家科技支撐計(jì)劃支持下，中國科學(xué)院海洋研究所研發(fā)了適用于鋼結(jié)構(gòu)及其連接部位的復(fù)層礦脂包覆防腐(PTC)技術(shù)和氧化聚合包覆防腐(OTC)技術(shù)，并對(duì)其進(jìn)行了推廣應(yīng)用，取得了良好的效果[12，13]。

1 復(fù)層礦脂包覆防腐(PTC)技術(shù)的提出與應(yīng)用

1.1 浪花飛濺區(qū)中鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕問題

海洋環(huán)境可以分為海洋大氣區(qū)、浪花飛濺區(qū)、海洋潮差區(qū)、海水全浸區(qū)和海底泥土區(qū)5 個(gè)不同的腐蝕區(qū)帶[14]，各個(gè)腐蝕區(qū)帶的腐蝕速率不同，其中浪花飛濺區(qū)是腐蝕最嚴(yán)重的部位[12]，見圖1。 這是因?yàn)樵谶@個(gè)區(qū)域，鋼表面受到海水的周期性潤濕，經(jīng)常處于干濕交替狀態(tài)，氧供應(yīng)充分，加上陽光、風(fēng)吹和海水環(huán)境的協(xié)同作用，從而導(dǎo)致嚴(yán)重腐蝕[15，16]。 一般情況下，鋼在海洋大氣中的平均腐蝕速率約為0.03～0.08 mm/a；而浪花飛濺區(qū)為0.30～0.50 mm/a。 長期在外海暴露的長尺寸試件在浪花飛濺區(qū)中的腐蝕速率甚至可達(dá)1.00 mm/a 以上，而在低潮位以下-0.30 m 海洋全浸區(qū)中的腐蝕速度僅為0.10～0.30 mm/a。 也就是說，同一種鋼在浪花飛濺區(qū)的腐蝕速度為海水全浸區(qū)中腐蝕速度的3～10 倍。

圖1 廣西北海海域3 種鋼173 d、400 d 的腐蝕情況[12]Fig. 1 The corrosion rates of 3 typical steels immersed in the sea near Beihai， Guangxi for 173 and 400 d respectively[12]

浪花飛濺區(qū)中的鋼樁極易發(fā)生腐蝕問題，且可引發(fā)腐蝕穿孔，如圖2，日本某碼頭建成僅20 a 就發(fā)生了倒塌，原因就是浪花飛濺區(qū)鋼樁腐蝕減薄，鋼樁承載力下降。

圖2 浪花飛濺區(qū)鋼結(jié)構(gòu)腐蝕嚴(yán)重Fig. 2 The severe corrosion of steel structures in the splash zone

圖3 所示為一個(gè)輪渡碼頭，在海洋大氣區(qū)和浪花飛濺區(qū)均采用了涂料防護(hù)。 可見，同樣的時(shí)間、同樣的地點(diǎn)、同樣的環(huán)境中，海洋大氣區(qū)中涂料基本完好，而浪花飛濺區(qū)鋼結(jié)構(gòu)表面卻有厚厚的銹跡。 這說明浪花飛濺區(qū)中材料的腐蝕較其他區(qū)帶更為嚴(yán)重。 所以，對(duì)于浪花飛濺區(qū)中的鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)采用更有效、更有針對(duì)性的防腐蝕方法。

圖3 涂層在海洋大氣區(qū)和浪花飛濺區(qū)防護(hù)效果對(duì)比Fig. 3 The protective effect of coatings in the marine atmosphere zone and the splash zone

針對(duì)海洋鋼結(jié)構(gòu)所采用的防腐措施，水上部分以防腐涂層為主，水下部分采取防腐涂層和陰極保護(hù)技術(shù)相結(jié)合的方式，但鋼結(jié)構(gòu)腐蝕最嚴(yán)重的浪花飛濺區(qū)卻一直沒有成熟有效的防腐措施。 一旦鋼結(jié)構(gòu)在這個(gè)區(qū)域發(fā)生嚴(yán)重的局部腐蝕破壞，會(huì)大大降低設(shè)施整體承載力、縮短使用壽命、影響生產(chǎn)安全，甚至導(dǎo)致設(shè)施提前報(bào)廢和人員傷亡。 因此，浪花飛濺區(qū)鋼結(jié)構(gòu)腐蝕問題是海洋建構(gòu)筑物的短板，它是海洋建構(gòu)筑物安全與壽命最重要的限制因素之一。

為找尋浪花飛濺區(qū)鋼結(jié)構(gòu)腐蝕問題的解決良策，侯保榮院士團(tuán)隊(duì)在國內(nèi)外進(jìn)行了大量走訪、考察、調(diào)研，比較了多種浪花飛濺區(qū)鋼結(jié)構(gòu)的潛在防腐技術(shù)[12]。

(1)涂料 涂料價(jià)格便宜，施工方便。 但是在浪花飛濺區(qū)，普通涂料防護(hù)壽命短，防護(hù)效果有限，在役的涂層修復(fù)十分困難。

(2)加厚鋼板 又稱預(yù)留腐蝕余量。 但這種方法會(huì)出現(xiàn)焊縫腐蝕與點(diǎn)蝕，且會(huì)增加結(jié)構(gòu)物載重。

(3)陰極保護(hù):陰極保護(hù)在海水全浸區(qū)的保護(hù)效率可達(dá)95%以上，但在浪花飛濺區(qū)，由于海水不能觸及形成回路，防護(hù)效果較差。

(4)耐海水鋼:耐海水鋼可以有效提高鋼的耐蝕能力，但價(jià)格較高；且同一種材料在海洋大氣區(qū)、浪花飛濺區(qū)及海水全浸區(qū)等不同環(huán)境中的腐蝕程度也有差異。

(5)不銹鋼包覆:防護(hù)效果好，預(yù)計(jì)防護(hù)壽命可達(dá)100 a。 但不銹鋼和鋼材的焊接處極易發(fā)生焊縫腐蝕，同時(shí)包覆成本太高。

(6)單純玻璃鋼包覆:可以采用玻璃鋼外殼直接進(jìn)行保護(hù)，價(jià)格相對(duì)便宜，但防腐蝕效果差，一旦玻璃鋼進(jìn)水，容易發(fā)生縫隙腐蝕，腐蝕更為嚴(yán)重。

1.2 復(fù)層礦脂包覆防腐蝕(PTC)技術(shù)

中國科學(xué)院海洋研究所在長期理論研究及防腐技術(shù)考察調(diào)研的基礎(chǔ)上，研發(fā)了PTC 技術(shù)，能夠有效解決浪花飛濺區(qū)鋼結(jié)構(gòu)防腐難題。 PTC 技術(shù)由4 層緊密相連的保護(hù)層組成，即礦脂防蝕膏、礦脂防蝕帶、密封緩沖層和防蝕保護(hù)罩，見圖4。 其中礦脂防蝕膏、礦脂防蝕帶是復(fù)層礦脂包覆防腐技術(shù)的核心部分，含高效緩蝕成分，能有效阻止腐蝕性介質(zhì)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的侵蝕，并可帶銹、帶水施工。 普通涂料需要較長的固化時(shí)間，而PTC 技術(shù)無需等待固化、可連續(xù)施工、節(jié)約時(shí)間。 密封緩沖層和防蝕保護(hù)罩具有良好的整體性能，不但能夠隔絕海水，還能夠抵御機(jī)械損傷對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的破壞。 采用的材料無溶劑、無有毒添加劑，綠色、環(huán)保、無污染。

圖4 復(fù)層礦脂包覆防腐(PTC)技術(shù)結(jié)構(gòu)示意圖Fig. 4 A schematic diagram of the petrolatum tape covering (PTC) system

海洋環(huán)境中的復(fù)層礦脂包覆防腐體系不易在碰撞和刮擦外力作用下出現(xiàn)破壞，防護(hù)周期長，這使其在鋼結(jié)構(gòu)長壽命周期中實(shí)現(xiàn)了較低的整體成本[13]。

中國科學(xué)院海洋研究所等單位起草了國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 32119-2015“海洋鋼鐵構(gòu)筑物復(fù)層礦脂包覆防腐蝕技術(shù)”，對(duì)PTC 技術(shù)的材料性能、施工工藝、檢驗(yàn)與驗(yàn)收進(jìn)行了規(guī)范，該標(biāo)準(zhǔn)已于2015 年10 月9 日發(fā)布，并于2016 年5 月1 日開始實(shí)施。

表1 礦脂防蝕膏部分性能指標(biāo)及測試標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Some performance indicators and test standards of the petrolatum anticorrosion grease

與常規(guī)重防腐涂料相比，礦脂防蝕膏長期保持非固化狀態(tài)，與被保護(hù)結(jié)構(gòu)物接觸良好。 復(fù)合防銹劑中不同種類的極性基團(tuán)和非極性基團(tuán)彼此交錯(cuò)，在金屬表面形成致密分子膜，起到防銹及緩蝕作用。 部分涂料可能在外力作用下出現(xiàn)劃傷，而本防護(hù)體系中礦脂防蝕膏并不直接承受外界剪切和撞擊，不會(huì)影響礦脂防蝕膏在金屬表面分布的完整性、均勻性和連續(xù)性。在外側(cè)防蝕保護(hù)罩等部件的遮蓋下，礦脂防蝕膏也不會(huì)受到光線的直接照射，耐老化性能好。

1.2.2 礦脂防蝕帶

礦脂防蝕帶是一種在人造纖維制成的聚酯纖維布內(nèi)外浸漬特制防蝕材料而制成的帶狀防腐材料。 纖維布是礦脂防蝕帶的載體材料，除了具有良好的力學(xué)性能外，還具有良好的疏水性能和延伸性能。 礦脂防蝕帶所含防蝕材料具有和礦脂防蝕膏相似的成分及性能，除了防蝕作用外，還能夠增強(qiáng)密封性能，提高防腐層整體的強(qiáng)度及柔韌性。 普通型礦脂防蝕帶性能及其試驗(yàn)指標(biāo)見表2。

表2 礦脂防蝕帶部分性能指標(biāo)及測試標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Some performance indicators and test standards of the petrolatum anticorrosion tape

與常規(guī)冷纏帶相比，礦脂防蝕帶內(nèi)外兩側(cè)都有防蝕材料，同時(shí)，耐蝕材料不固化，可長久保持密封和強(qiáng)化防蝕的效果。 此外，礦脂防蝕帶并不直接承受外界機(jī)械力，在密封緩沖層和防蝕保護(hù)罩的環(huán)抱下，礦脂防蝕帶不會(huì)出現(xiàn)卷曲、翹皮等現(xiàn)象。

1.2.3 密封緩沖層

密封緩沖層是指安裝在礦脂防蝕帶和防蝕保護(hù)罩之間起到密封、緩沖外界沖擊作用的材料。 施工時(shí)一般事先安裝在預(yù)制防蝕保護(hù)罩的內(nèi)部，是復(fù)層礦脂防腐技術(shù)中4 層防護(hù)體系的重要環(huán)節(jié)。 密封緩沖層還可以起到密封作用、緩沖作用、結(jié)構(gòu)誤差調(diào)整作用。

密封緩沖層材料應(yīng)當(dāng)具備以下特征:致密性好，腐蝕介質(zhì)不易滲漏；壓縮及回彈性好，永久性變形?。桓邷叵虏卉浕?、不分解，低溫下不硬化、不斷裂；耐蝕性好，不易黏附在金屬表面；耐老化性好；加工方便，價(jià)格低廉。 典型密封緩沖層材料有:橡膠、聚乙烯泡沫等有機(jī)材料，棉、麻等植物纖維，石棉等礦物纖維，合成纖維等人造纖維。

1.2.4 防蝕保護(hù)罩

防蝕保護(hù)罩是采用玻璃鋼或增強(qiáng)玻璃鋼制備的高強(qiáng)度防護(hù)外殼。 玻璃鋼或增強(qiáng)玻璃鋼具有優(yōu)秀的強(qiáng)度和持久性。 玻璃鋼一般采用玻璃纖維加固的不飽和聚酯樹脂制成。 2 片外殼之間通過不銹鋼螺栓和不銹鋼螺母緊固。 防蝕保護(hù)罩下部安裝鋼制支撐卡箍，鋼制支撐卡箍可確定防腐位置并可防止防蝕保護(hù)罩受外力作用下滑。 在防蝕保護(hù)罩兩端與鋼樁結(jié)合處，采用水中固化樹脂進(jìn)行密封，防止侵蝕性介質(zhì)滲入。

防蝕保護(hù)罩的制作與安裝可分為預(yù)制防蝕保護(hù)罩、現(xiàn)場安裝，及現(xiàn)場制作防蝕保護(hù)罩并安裝2 種。 與單純玻璃鋼包覆相比，由于PTC 技術(shù)玻璃鋼防蝕保護(hù)罩內(nèi)部有柔性的礦脂防蝕膏、礦脂防蝕帶和密封緩沖層，整個(gè)結(jié)構(gòu)與鋼樁貼合性更加緊密，避免了剛性結(jié)構(gòu)件之間縫隙的出現(xiàn)和侵蝕性介質(zhì)的滲入。

1.3 PTC 技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)防腐中的應(yīng)用

1.3.1 PTC 技術(shù)在海上平臺(tái)防腐中的應(yīng)用

渤海海域某石油平臺(tái)基礎(chǔ)部分由導(dǎo)管架和鋼樁2部分組成，該平臺(tái)位于淺海海域，會(huì)受到黃河水和泥砂的磨蝕，同時(shí)，冬季的流冰也會(huì)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)造成破壞。 調(diào)查發(fā)現(xiàn)該平臺(tái)樁腿的浪花飛濺區(qū)出現(xiàn)明顯銹蝕和海生物附著，局部保護(hù)層下腐蝕嚴(yán)重。 在節(jié)點(diǎn)處和其他結(jié)構(gòu)連接處出現(xiàn)明顯的大面積腐蝕和局部腐蝕，存在鼓包和保護(hù)層破損等現(xiàn)象。 井口套管由于沒有進(jìn)行任何保護(hù)，銹蝕十分嚴(yán)重。

考慮到平臺(tái)的長期安全運(yùn)營，針對(duì)浪花飛濺區(qū)的嚴(yán)重腐蝕問題，采用PTC 技術(shù)進(jìn)行修復(fù)處理。 本工程在距離平均低潮位+3.2 m 和+2.2 m 的位置分別安裝了一組PTC 防護(hù)試片，這些試片與相同位置的未防護(hù)試片構(gòu)成對(duì)照，如圖5 所示。 PTC 包覆工程完成4 a后，+3.2 m 和+2.2 m 處的未防護(hù)試樣腐蝕嚴(yán)重，表面布滿了紅褐色腐蝕產(chǎn)物。 參考標(biāo)準(zhǔn)GB/T 16545-1996對(duì)試片進(jìn)行處理和分析，結(jié)果如表3 所示。 不同位置處受PTC 防護(hù)的試樣腐蝕速率明顯低于未防護(hù)試樣。這說明PTC 適用于海上平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)的防腐[15]，且其防腐效果優(yōu)異。

圖5 渤海海域某石油平臺(tái)PTC 防護(hù)對(duì)比Fig. 5 A PTC protected platform in the Bohai bay

表3 試片腐蝕速率及緩釋率Table 3 The corrosion rates and corrosion inhibition rates of specimens

1.3.2 PTC 技術(shù)在港口碼頭防腐中的應(yīng)用

(1)大連北良港石化碼頭鋼管防腐工程 大連北良港泊位碼頭的樁柱原為涂料防腐，部分樁柱存在明顯修補(bǔ)痕跡，但整體腐蝕情況嚴(yán)重，存在安全隱患。 部分樁柱被貨船撞斷后，引起重視，全部采用PTC 技術(shù)進(jìn)行修護(hù)，總面積12 800 m2，如圖6a 所示。

(2)華能丹東電廠煤碼頭鋼樁防腐工程 丹東港位于黃海北部(40°N/124°E)，有鴨綠江等河流匯入，沿岸海水鹽度較低，海水易結(jié)冰。 冰期發(fā)生時(shí)間早、延續(xù)時(shí)間長；海冰覆蓋范圍廣，盛冰層厚度大，浮冰厚度一般在40～50 cm。 受潮流影響，浮冰隨漲落潮往復(fù)運(yùn)動(dòng)。 丹東港的潮汐屬半日潮。 漲潮時(shí)浮冰量逐漸增多，大量灘冰被帶入航道，塊大堅(jiān)硬灘冰會(huì)對(duì)碼頭鋼樁造成傷害。

丹東華能電廠煤碼頭自1998 年開始運(yùn)營，至現(xiàn)場考察時(shí)碼頭鋼管樁已出現(xiàn)大面積腐蝕，之前的防腐層多已鼓泡、剝離，局部腐蝕非常嚴(yán)重，急需修復(fù)，如圖6b所示。 選用PTC 技術(shù)對(duì)其進(jìn)行包覆防腐，如圖6c 所示。 包覆工程完成3 a 后，進(jìn)行回訪調(diào)研，PTC 技術(shù)包覆的鋼樁抗冰、抗沖擊能力強(qiáng)，PTC 防護(hù)材料及其防護(hù) 的鋼樁在3 a 冰期結(jié)束后沒有出現(xiàn)任何破損。

圖6 港口碼頭鋼樁防腐工程Fig. 6 The anticorrosion engineering projects to protect steel pipe piles at various ports

(3)天津港聯(lián)盟國際碼頭鋼樁防腐工程 天津港聯(lián)盟國際碼頭鋼樁進(jìn)行了PTC 技術(shù)防腐施工，水下部分由潛水員進(jìn)行帶水施工。

(4)青島港液體化工碼頭 2007 和2009 年分別對(duì)青島港液體化工碼頭鋼管樁進(jìn)行了腐蝕修復(fù)工程。2016 年現(xiàn)場打開包覆8 a 青島港液體化工碼頭某鋼樁，進(jìn)行包覆效果驗(yàn)證。 結(jié)果表明，在嚴(yán)酷的海洋腐蝕環(huán)境下，PTC 包覆層多年后依然能夠保持完整，鋼樁光滑無銹跡，防護(hù)效果良好。 2019 年9 月，在首次包覆12 a 后，再次進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)查。 沒有采用復(fù)層礦脂包覆防腐的鋼樁，表面涂層破損嚴(yán)重，銹跡斑斑，腐蝕非常嚴(yán)重；而PTC 技術(shù)防護(hù)的鋼樁防蝕防護(hù)罩非常完整，無任何破損現(xiàn)象，狀態(tài)完好。

(5)寧波中化興中碼頭 2011 年，對(duì)寧波中化興中碼頭進(jìn)行了PTC 腐蝕修復(fù)工程。 包覆工程結(jié)束2 a后，對(duì)包覆層進(jìn)行打開驗(yàn)證，內(nèi)部鋼樁無銹蝕；2019 年再次對(duì)PTC 技術(shù)8 a 防護(hù)效果進(jìn)行現(xiàn)場檢查，防護(hù)罩完整、光潔，無褪色、無破損。

1.3.3 PTC 技術(shù)在橋梁錨碇及橋梁鋼樁防腐中的應(yīng)用

錨碇是懸索橋的主要承重構(gòu)件之一，錨碇系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性和耐久性對(duì)懸索橋的安全運(yùn)營起到至關(guān)重要的作用。 然而，由于錨室長期處于強(qiáng)拉力作用下，時(shí)常會(huì)發(fā)生裂隙發(fā)育、透水等現(xiàn)象，導(dǎo)致腐蝕介質(zhì)入侵。 這些介質(zhì)加速了錨碇系統(tǒng)、預(yù)應(yīng)力筋和主纜等關(guān)鍵部件的腐蝕，縮短其疲勞壽命，如圖7a 所示。 如果腐蝕進(jìn)一步加重，則會(huì)導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力筋和主纜突然斷裂，造成懸索橋全橋受力體系的破壞，甚至造成橋梁垮塌。 同時(shí)，也有很多橋梁采用鋼管樁承重，需要對(duì)鋼管樁進(jìn)行腐蝕防護(hù)。 PTC 技術(shù)本身耐水、耐蝕、隔絕腐蝕介質(zhì)、長效防護(hù)性能良好，適用于橋梁防腐。

(1)柳州紅光大橋錨碇防腐 2016 年9 月，采用礦脂防蝕膏、礦脂防蝕帶和現(xiàn)場原位制作的玻璃鋼防蝕罩，對(duì)柳州紅光大橋的錨碇部位進(jìn)行了整體防護(hù)，效果優(yōu)良。 包覆后的錨碇如圖7b 所示。

圖7 錨碇PTC 包覆前后對(duì)比照片F(xiàn)ig. 7 The anchor before and after the PTC covering

(2)杭州灣大橋鋼管樁防腐 2019 年8 月，杭州灣大橋發(fā)展有限公司組織施工、監(jiān)理單位對(duì)PTC 包覆近6 a 的的鋼管樁進(jìn)行檢查，鋼樁被保護(hù)部位無銹跡，PTC技術(shù)防腐效果優(yōu)異。 PTC 材料仍保持原有狀態(tài)，防蝕保護(hù)罩外表面光滑，海生物附著程度大為降低，礦脂防蝕帶完好且緊密貼合，礦脂防蝕膏均勻完整地附著在鋼樁表面，基本保持原始狀態(tài)，油膜整體完好。

1.3.4 PTC 技術(shù)在海上風(fēng)電裝置防腐中的應(yīng)用

我國風(fēng)電的蓬勃發(fā)展勢頭有目共睹。 發(fā)展海上風(fēng)電必須面對(duì)海洋環(huán)境的腐蝕問題。 嚴(yán)重的腐蝕不僅會(huì)造成海上風(fēng)電裝備的腐蝕損壞和功能喪失，還可能導(dǎo)致安全事故，造成重大經(jīng)濟(jì)損失。 因此必須采取針對(duì)性腐蝕防護(hù)措施，保障海上風(fēng)電裝備安全運(yùn)行。

PTC 技術(shù)被用來防護(hù)浪花飛濺區(qū)中海上風(fēng)電裝置結(jié)構(gòu)件。 以江蘇龍?jiān)达L(fēng)電為例[17]，從2013 年示范工程至今，共完成5 期風(fēng)電基礎(chǔ)鋼樁防腐修復(fù)工程，總面積達(dá)9 000 m2，證實(shí)了PTC 技術(shù)的長效、免維護(hù)性。

1.3.5 PTC 技術(shù)在埋地管道防腐中的應(yīng)用

埋地管道作為油氣的傳輸載體是地面工程的重要設(shè)施之一，也是連接上游資源和下游用戶的紐帶。 由于長期埋于地下，在外界土壤特性及地形沉降等因素影響下，管道可能發(fā)生腐蝕、穿孔、泄漏。 管道外防腐技術(shù)的采用和施工質(zhì)量直接關(guān)系到管道的安全運(yùn)行和使用壽命。

PTC 技術(shù)在埋地管道等其他潮濕和復(fù)雜的土壤環(huán)境中也有廣闊的應(yīng)用空間和良好的應(yīng)用前景。 對(duì)埋地管道來說，由于地下不產(chǎn)生碰撞，管道包覆無需密封緩沖層和防蝕保護(hù)罩，只用防蝕保護(hù)PE 帶即可。 礦脂防蝕膏含稠化劑，因此，礦脂防蝕膏在保持非固化的同時(shí)，還具有良好的耐高溫和黏度等性能，不會(huì)因擠壓等應(yīng)力作用而從結(jié)合部位流出。 2016 年，東營港終端的埋地管道就采用PTC 技術(shù)進(jìn)行了防護(hù)。

1.3.6 PTC 技術(shù)在管道補(bǔ)口防腐中的應(yīng)用

在管道防腐中，節(jié)點(diǎn)補(bǔ)口是管道防腐最為薄弱的環(huán)節(jié)之一，尤其對(duì)服役于環(huán)境惡劣的管道，管道節(jié)點(diǎn)補(bǔ)口的腐蝕防護(hù)性更為重要。

礦脂包覆防腐技術(shù)用于管道補(bǔ)口，采用“礦脂防蝕膏+礦脂防蝕帶+防蝕保護(hù)帶”工藝體系，防蝕保護(hù)帶一般采用厚度大于0.5 mm 的PE 帶，無需玻璃鋼外殼。2018 年10 月，中石化銷售有限公司華南分公司輸油管道焊縫補(bǔ)口采用PTC 技術(shù)進(jìn)行了防護(hù)。

1.3.7 PTC 技術(shù)在法蘭閥門防腐中的應(yīng)用

法蘭閥門PTC 防腐可采用“礦脂防蝕膏+礦脂防蝕帶+膠泥+防蝕保護(hù)帶”體系，防蝕保護(hù)帶采用PE帶。 2017 年，珠三角成品油輸油管道部分三通法蘭采用PTC 技術(shù)進(jìn)行防護(hù)。 2018 年，蒙自輸油管理處輸油站也采用PTC 技術(shù)對(duì)法蘭進(jìn)行了防護(hù)。

1.3.8 腐蝕試驗(yàn)場長周期暴露試驗(yàn)

(1)青島腐蝕試驗(yàn)站 2013 年8 月，在國家材料環(huán)境腐蝕平臺(tái)的青島腐蝕試驗(yàn)站，分別對(duì)直徑0.8，1.0，1.2，1.4 m 的帶銹鋼樁進(jìn)行了PTC 包覆。 2017 年8 月，選取了直徑0.8 m、高度2.5 m 的包覆鋼樁進(jìn)行了現(xiàn)場驗(yàn)證。 結(jié)果顯示，4 a 后，長期暴露在青島濱海大氣環(huán)境中的保護(hù)罩沒有變形褪色，沒有發(fā)現(xiàn)防蝕膏的明顯滲漏，外層固定的螺栓也沒有松動(dòng)。 打開防蝕保護(hù)罩，礦脂防蝕帶完好無變色。 打開礦脂防蝕帶，礦脂防蝕膏完好，觸摸礦脂防蝕膏后，防蝕膏油性十足。 擦除礦脂防蝕膏，被防護(hù)的鋼樁基體表面無銹跡。 與此形成鮮明對(duì)比的是，直接暴露在大氣環(huán)境中的鋼樁僅2 a 就已布滿銹跡。

在大氣暴曬場中包覆8 a 的閥門，在沒有外保護(hù)罩的情況下，防腐蝕帶保持完整，揭開防蝕帶后，防腐蝕膏油性十足，內(nèi)部基體無銹跡。

(2)南海某腐蝕試驗(yàn)場 為配合我國海洋戰(zhàn)略，在南海某腐蝕試驗(yàn)場對(duì)鋼管進(jìn)行了PTC 包覆驗(yàn)證試驗(yàn)。防護(hù)24 個(gè)月后，打開防腐層可見，經(jīng)過防腐保護(hù)的鋼管表面沒有銹蝕，仍是金屬原色。

2 大氣區(qū)異形鋼結(jié)構(gòu)包覆防腐技術(shù)的提出與應(yīng)用

金屬材料在大氣環(huán)境中受濕度、鹽分及腐蝕性氣體的影響，會(huì)出現(xiàn)多種腐蝕問題，這些腐蝕問題可顯著降低金屬構(gòu)筑物的壽命，影響使用安全。 特別是海洋大氣和工業(yè)大氣環(huán)境，更易出現(xiàn)腐蝕問題。 海洋大氣與陸地大氣相比，濕度更大，且存在含鹽液滴。 同時(shí)，在海洋大氣中的金屬表面常有真菌、霉菌等附著物，增強(qiáng)了環(huán)境的腐蝕性。 工業(yè)大氣環(huán)境中，常有二氧化硫、二氧化碳等有害氣體，這些氣體也會(huì)促進(jìn)金屬的腐蝕。

2.1 大氣區(qū)異形鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕問題

鋼構(gòu)筑物由于成分、形狀和結(jié)構(gòu)的變化，在一些部位容易出現(xiàn)腐蝕短板，這些部位包括但不限于橋梁鋼索和吊桿、焊接部位、螺栓螺母、球形節(jié)點(diǎn)、法蘭等異形部位及儲(chǔ)罐邊緣板等，如圖8 所示。 這些部位由于形狀不規(guī)則，存在較多的缺陷、縫隙、棱角，表面凹凸不平，易積存水、鹽分等腐蝕性介質(zhì)，極易發(fā)生應(yīng)力腐蝕、電偶腐蝕、縫隙腐蝕和晶間腐蝕，不僅會(huì)影響使用安全，甚至?xí)斐蓢?yán)重的安全事故。

圖8 大氣區(qū)異形鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕問題Fig. 8 The corrosion of irregular shaped steel structures exposed in air

我國斜拉橋和懸索橋日益增多，橋體鋼索常年處于大氣腐蝕性環(huán)境中，并長期在高應(yīng)力負(fù)荷下工作，容易發(fā)生腐蝕。 斜拉橋的使用壽命，很大程度上取決于鋼索自身的抗腐蝕能力。 因橋梁拉索斷裂造成橋梁垮塌的嚴(yán)重事故，也曾有發(fā)生。 橋梁拉索病害已嚴(yán)重威脅著橋梁的安全。

螺栓螺母是普遍采用的連接件，也是固定和連接鋼構(gòu)筑物部件的重要零件，由于不同金屬之間電位不同，且存在較多縫隙，極易發(fā)生腐蝕，降低鋼結(jié)構(gòu)性能。如不及時(shí)處理，腐蝕會(huì)進(jìn)一步發(fā)展，帶來安全隱患。

處于海洋大氣和工業(yè)大氣交叉環(huán)境中的法蘭，不僅受到大氣中水分子和鹽分等腐蝕性粒子的侵蝕，還受到二氧化硫等酸性氣體成分的腐蝕，這些因素引起廠區(qū)中管道、閥門和法蘭等設(shè)施的嚴(yán)重腐蝕。 法蘭形狀、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此對(duì)防腐蝕技術(shù)要求較高。

在儲(chǔ)罐運(yùn)行和環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)，罐底外邊緣板產(chǎn)生立體移位，罐底板與基座之間存在縫隙，水、氧和腐蝕性介質(zhì)很容易通過這個(gè)縫隙進(jìn)入底板下部，誘發(fā)電化學(xué)腐蝕，造成底板腐蝕穿孔，直接影響油罐壽命。

焊縫金屬和熱影響區(qū)由于熔化過程而導(dǎo)致焊縫切面上金屬成分和顯微結(jié)構(gòu)的微小差別，引起不同區(qū)域之間成分和結(jié)構(gòu)的不均勻，因此，焊縫區(qū)及周邊容易發(fā)生電偶腐蝕、晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕等，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)承載力下降或管道泄漏。

球形節(jié)點(diǎn)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是指用球做節(jié)點(diǎn)，鋼管做桿件的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。 球形節(jié)點(diǎn)鋼制網(wǎng)架結(jié)構(gòu)具有大跨距、高強(qiáng)度、低重量、造型美觀、無需支撐等特點(diǎn)。 但其形狀、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)防腐蝕技術(shù)要求較高。

2.2 氧化聚合包覆防腐蝕(OTC)技術(shù)

橋梁鋼索、焊接部位、螺栓螺母、球形節(jié)點(diǎn)、法蘭以及儲(chǔ)罐邊緣板等由于形狀結(jié)構(gòu)特異，腐蝕問題往往會(huì)嚴(yán)重，是大氣區(qū)鋼結(jié)構(gòu)腐蝕防護(hù)的短板，必須引起足夠的重視，并需要采用一種具有針對(duì)性的、長效且工藝簡單的防腐蝕技術(shù)對(duì)其進(jìn)行保護(hù)。

涂料雖是大氣區(qū)鋼結(jié)構(gòu)最常用的防腐手段，具有成本低、工藝簡單等優(yōu)點(diǎn)，但傳統(tǒng)的防腐涂料施工對(duì)基體表面處理要求高，而螺栓、法蘭等異形節(jié)點(diǎn)因形狀不規(guī)則，難以達(dá)到表面處理要求。 另外，涂料施工時(shí)，很容易出現(xiàn)流掛、漏涂等現(xiàn)象，很難使這些異形和邊緣部位的涂層達(dá)到足夠厚度。 因此，這些部位的涂層容易出現(xiàn)鼓泡、剝落；由于失效涂層和銹層難以去除，后期維護(hù)費(fèi)用高，防護(hù)效果不理想。

氧化聚合包覆防腐蝕(OTC)技術(shù)可以很好地解決以上難題[18]。 OTC 由氧化聚合防蝕膏、氧化聚合防蝕帶及外防護(hù)劑3 層配套體系組成，如圖9 所示。 氧化聚合防蝕膏、氧化聚合防蝕帶的緩蝕劑中含銹轉(zhuǎn)化成分，表面處理要求低，可帶水、帶銹施工；外防護(hù)劑和氧化聚合防蝕帶與空氣接觸的一側(cè)，氧化聚合形成堅(jiān)韌皮膜，具有良好的耐老化性能；粘貼在金屬結(jié)構(gòu)表面的一側(cè)，則長久保持非固化、柔軟的狀態(tài)，廣泛適用于各種復(fù)雜形狀的結(jié)構(gòu)、設(shè)備，又稱為“可粘貼的重防腐涂料”；材料結(jié)構(gòu)位移追隨性好，也適用于有震動(dòng)、移動(dòng)的結(jié)構(gòu)；防火性能優(yōu)越，符合消防難燃標(biāo)準(zhǔn)；綠色、環(huán)保、無污染，防腐壽命長。

圖9 氧化聚合包覆防腐(OTC)技術(shù)結(jié)構(gòu)示意圖Fig. 9 A schematic diagram of the oxidizable tape covering (OTC) system

中國科學(xué)院海洋研究所等單位起草了國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 32120-2015“鋼結(jié)構(gòu)氧化聚合型包覆防腐蝕技術(shù)”，該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)OTC 技術(shù)的材料性能、施工工藝、檢驗(yàn)與驗(yàn)收進(jìn)行了規(guī)范，該標(biāo)準(zhǔn)已于2015 年10 月9 日發(fā)布，并于2016 年5 月1 日開始實(shí)施。

(1)氧化聚合防蝕膏 氧化聚合防蝕膏是以高分子聚合物為主體，包含主劑、緩蝕劑、防銹劑、無機(jī)填料等，經(jīng)混合、加熱攪拌、冷卻、分裝等工藝加工制成的膏狀無溶劑型防腐產(chǎn)品。 氧化聚合防蝕膏是氧化聚合包覆技術(shù)的核心材料，位于最內(nèi)層，與被保護(hù)的金屬基體直接接觸，所含銹轉(zhuǎn)化成分能將鋼結(jié)構(gòu)表面殘余鐵銹轉(zhuǎn)化為黑色的氧化亞鐵膜，形成保護(hù)性封閉層，防止鋼鐵繼續(xù)氧化、銹蝕，起到除銹、防銹雙重作用。 氧化聚合防蝕膏部分性能指標(biāo)見表4。 與PTC 技術(shù)中的礦脂防蝕膏相比，氧化聚合防蝕膏采用了不同的主劑，因而其外觀與性能亦與之有別。

表4 氧化聚合防蝕膏部分性能指標(biāo)及測試標(biāo)準(zhǔn)Table 4 Some performance indicators and test standards of the anticorrosion grease in the OTC system

(2)氧化聚合防蝕帶 氧化聚合防蝕帶以無紡布為載體，在含有防銹劑、填料等的化合物中浸漬制成的帶狀防蝕材料。 氧化聚合防蝕帶非常柔軟，可粘貼到各種復(fù)雜形狀的結(jié)構(gòu)表面。 施工后氧化聚合防蝕帶外表面通過氧化聚合作用變得干燥，而緊貼鋼結(jié)構(gòu)的一側(cè)始終保持柔軟狀態(tài)，從而達(dá)到最佳防腐性能。 氧化聚合防蝕帶密封性良好，可將金屬基體與水分、鹽分、空氣等腐蝕性介質(zhì)和物質(zhì)隔離，從而達(dá)到最好的防護(hù)性能。 此外，氧化聚合防蝕帶還具有良好的阻燃性和耐候性。 氧化聚合防蝕帶部分性能指標(biāo)見表5。

表5 氧化聚合防蝕帶部分性能指標(biāo)及測試標(biāo)準(zhǔn)Table 5 Some performance indicators and test standards of the anticorrosion tape in the OTC system

(3)氧化聚合外防護(hù)劑 外防護(hù)劑是以水性乳液為基料，添加惰性無機(jī)填料、顏料等制成的防護(hù)材料。涂刷在氧化聚合防蝕帶表面，與空氣接觸后，在較短時(shí)間內(nèi)氧化聚合成堅(jiān)韌、完整的皮膜，具有耐候、密封性能，可有效防止紫外線照射老化和腐蝕介質(zhì)侵入。 氧化聚合外防護(hù)劑部分性能指標(biāo)見表6。

表6 氧化聚合外防護(hù)劑部分性能指標(biāo)及測試標(biāo)準(zhǔn)Table 6 Some performance indicators and test standards of the polymerizable agent in the OTC system

2.3 OTC 技術(shù)在大氣區(qū)異形鋼結(jié)構(gòu)防腐中的應(yīng)用

2.3.1 法蘭連接OTC 防腐實(shí)踐

(1)海南某衛(wèi)星發(fā)射中心防腐工程 海南某衛(wèi)星發(fā)射中心毗鄰大海，承擔(dān)重要航天器的發(fā)射任務(wù)。 然而，該發(fā)射中心遇到2 大問題，一是臺(tái)風(fēng)，二是腐蝕。該發(fā)射中心處于高溫、高濕、高鹽、高日照輻射的惡劣自然環(huán)境中，結(jié)構(gòu)物的穩(wěn)定性受到極大影響，且臺(tái)風(fēng)時(shí)常經(jīng)過，隨時(shí)危及發(fā)射安全。

該發(fā)射中心避雷塔法蘭盤存在腐蝕問題，2018 年，采用OTC 技術(shù)對(duì)法蘭盤進(jìn)行了防護(hù)。 截止2019 年底，已完成全部8 個(gè)塔的OTC 包覆防腐施工，取得了良好的應(yīng)用效果。 竣工驗(yàn)收時(shí)，對(duì)OTC 包覆防護(hù)15 個(gè)月的部位進(jìn)行了檢查，同時(shí)對(duì)火箭氣流可能沖擊部位進(jìn)行了巡查，發(fā)現(xiàn)包覆層保持原樣，無任何破損。

(2)丹東華能電廠防腐工程 丹東華能電廠處于海洋大氣和工業(yè)大氣交叉環(huán)境中，大氣中不僅有水分子和鹽分等腐蝕性粒子，還存在二氧化硫等酸性氣體成分，引起廠區(qū)中管道、閥門和法蘭等設(shè)施的嚴(yán)重腐蝕。 后選用OTC 技術(shù)對(duì)法蘭等異形構(gòu)件進(jìn)行包覆，隔絕了腐蝕介質(zhì)，阻斷了腐蝕過程。

此外，大連紅沿河核電站、大連港、南海某波浪能裝置等都采用OTC 技術(shù)對(duì)法蘭進(jìn)行了包覆防腐，取得了良好的效果。

2.3.2 焊接部位OTC 防腐實(shí)踐

大連國際會(huì)議中心是展示大連現(xiàn)代化形象的重要工程。 會(huì)議中心從2008 年起，開工建設(shè)3 年半時(shí)間，尚未完工，就已發(fā)現(xiàn)鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)腐蝕問題，其中焊接部位腐蝕尤為嚴(yán)重，成為亟需解決的安全隱患。 經(jīng)專家現(xiàn)場考察及論證，推薦OTC 進(jìn)行焊縫包覆防腐。 2014年，OTC 包覆工程完成，既保證了鋼結(jié)構(gòu)的耐久性，又保持了其外觀。

2.3.3 儲(chǔ)罐邊緣板OTC 防腐實(shí)踐

(1)湛江港散糧筒倉防腐工程 散糧筒倉罐體易受力變形，在邊緣板處存在縫隙，易產(chǎn)生縫隙腐蝕。 對(duì)儲(chǔ)倉邊緣板進(jìn)行OTC 包覆防腐。 包覆后的邊緣板表面形成保護(hù)性封閉層，為邊緣板提供了良好的防護(hù)。

(2)臺(tái)州三門核電防腐工程 三門核電項(xiàng)目規(guī)劃建設(shè)6 臺(tái)125 萬千瓦的核電機(jī)組，總裝機(jī)容量750 萬千瓦，分3 期建設(shè)。 一期工程于2009 年4 月正式開工，是我國三代核電自主化依托項(xiàng)目，也是浙江省有史以來投資最大的單項(xiàng)工程。 2019 年10 月，采用氧化聚合包覆技術(shù)對(duì)儲(chǔ)罐邊緣板進(jìn)行防護(hù)，效果良好。

(3)中石化油儲(chǔ)罐防腐工程 2019 年，中石化華南銷售公司在茂名站、北海站等成品油儲(chǔ)罐邊緣板部位采用OTC 技術(shù)進(jìn)行防腐，取得了良好的應(yīng)用效果。

(4)淄博華偉銀凱防腐工程 淄博華偉銀凱公司原料儲(chǔ)罐外面包裹一層保溫層，因保溫層滲水，儲(chǔ)罐邊緣板底部存在大量積水，造成邊緣板嚴(yán)重腐蝕，見圖10a。 為保證生產(chǎn)安全性并延長儲(chǔ)罐使用壽命，對(duì)10余個(gè)儲(chǔ)罐的邊緣板進(jìn)行了OTC 包覆防護(hù)，見圖10b。

圖10 儲(chǔ)罐邊緣板OTC 防護(hù)前和防護(hù)后對(duì)比照片F(xiàn)ig. 10 The ledges of tanks before and after the OTC protection

2.3.4 螺栓螺母OTC 防腐實(shí)踐

(1)天津LNG 管廊防腐工程 天津LNG 管廊地腳螺栓位于鋼構(gòu)筑物底部，由于結(jié)構(gòu)原因，雨水等腐蝕性介質(zhì)很容易在地腳螺栓處聚集、濃縮，形成惡劣的腐蝕環(huán)境，極易發(fā)生腐蝕，威脅管廊鋼結(jié)構(gòu)的耐久性和安全性。 碼頭同步建設(shè)時(shí)，對(duì)螺栓及儲(chǔ)水罐進(jìn)行了OTC 包覆防腐技術(shù)施工，包覆螺栓約6 000 余個(gè)。 5 a 后，相關(guān)單位組織對(duì)OTC 包覆的地腳螺栓進(jìn)行拆驗(yàn)，證實(shí)了OTC 優(yōu)異的防腐性能。

(2)秀山大橋OTC 防腐工程 秀山大橋位于舟山市岱山縣，全長3 063 m，雙向四車道。 岱山屬北亞熱帶南緣季風(fēng)海洋性氣候，高溫、高鹽、高濕的環(huán)境的環(huán)境使大橋面臨非常嚴(yán)峻的腐蝕環(huán)境。 大部分沿海橋梁建設(shè)期間，未作特殊防腐處理的螺栓螺母在施工結(jié)束之前就普遍存在銹蝕現(xiàn)象。 2019 年9 月，對(duì)秀山大橋防撞護(hù)欄底座(8 284 套)、路燈底座(206 套)和檢修護(hù)欄底座(1 982 套)基礎(chǔ)上連接螺栓進(jìn)行了OTC 防腐施工，總面積約1 600 m2。

2.3.5 橋梁防水套OTC 防腐實(shí)踐

橋梁吊桿防水套的腐蝕問題也是橋梁工程建設(shè)中必須考慮的重要問題。 橋梁拉索長期暴露在自然環(huán)境中，除了常年遭受大氣環(huán)境的腐蝕，并還要受到汽車尾氣及濱海環(huán)境中SO42-， Cl-等腐蝕性物質(zhì)的侵蝕。 作為拉索和橋梁的連接點(diǎn)，橋梁的防水套的使用壽命至關(guān)重要。 由于防水套不能更換，一旦防水套出現(xiàn)嚴(yán)重腐蝕則必須全部拆掉更換，工程量浩大，不僅需要中斷交通，而且會(huì)花費(fèi)巨額費(fèi)用。 為避免不必要的損失，對(duì)青島跨海大橋的吊桿防水套進(jìn)行了OTC 包覆防腐。

2.3.6 球形節(jié)點(diǎn)OTC 防腐實(shí)踐

(1)汕尾熱電廠防腐工程 球形節(jié)點(diǎn)具有大跨距、強(qiáng)度大、質(zhì)量輕、造型美觀、無需支撐等特點(diǎn)。 然而由于球形節(jié)點(diǎn)的形狀不規(guī)則，難以進(jìn)行噴砂等表面處理，涂料在此容易發(fā)生剝落，需要經(jīng)常進(jìn)行后續(xù)維護(hù)；后續(xù)施工時(shí)必須將原來的涂層和銹層去除，表面處理復(fù)雜，后期維護(hù)費(fèi)用高，防護(hù)效果不理想。 汕尾熱電廠采用了OTC 包覆技術(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的球形節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了良好的防護(hù)，OTC 包覆前和包覆后對(duì)比照片見圖11。

圖11 球形節(jié)點(diǎn)OTC 防護(hù)前和防護(hù)后對(duì)比照片F(xiàn)ig. 11 The spherical joints before and after the OTC protection.

(2)廣西金川有色金屬公司原料倉防腐工程 廣西金川有色金屬有限公司原料倉鋼結(jié)構(gòu)腐蝕嚴(yán)重。 經(jīng)過充分調(diào)研、論證，并從設(shè)施全壽命周期管理維護(hù)成本考慮，最終選用OTC 包覆防腐技術(shù)，分別于2017 年和2019 年對(duì)原料倉鋼結(jié)構(gòu)球型節(jié)點(diǎn)部位進(jìn)行了包覆防腐。

2.3.7 OTC 技術(shù)暴露試驗(yàn)驗(yàn)證

(1)青島腐蝕試驗(yàn)站 2013 年5 月在青島土壤環(huán)境腐蝕國家野外科學(xué)觀測研究站對(duì)螺栓進(jìn)行了OTC 包覆對(duì)比試驗(yàn)。 時(shí)隔6 a，2019 年7 月對(duì)進(jìn)行包覆的螺栓螺母進(jìn)行實(shí)例分析。 外防護(hù)層在螺栓表面聚合成一種堅(jiān)韌的皮膜，皮膜具有良好的密封性能，沒有出現(xiàn)老化、龜裂現(xiàn)象，有效防止了紫外線照射老化和腐蝕介質(zhì)進(jìn)入；而防護(hù)層內(nèi)部非常柔軟。 用手感知皮膜可知，外部皮膜堅(jiān)韌而內(nèi)部仍保持柔軟狀態(tài)。

用金屬刀將防護(hù)帶割開，去除防蝕帶、防蝕膏，可以看到螺栓表面沒有任何銹跡，而沒有進(jìn)行OTC 包覆的螺栓已滿是銹跡，如圖12 所示。 這證實(shí)了OTC 包覆防腐技術(shù)優(yōu)異的防腐效果，為螺栓提供了良好的防護(hù)。

圖12 青島大氣腐蝕試驗(yàn)場OTC 防護(hù)螺栓與未防護(hù)螺栓對(duì)比照片F(xiàn)ig. 12 The bolts with and without an OTC system at a corrosion test site in Qingdao

(2)三亞腐蝕試驗(yàn)站 三亞海洋環(huán)境試驗(yàn)站位于三亞市天涯鎮(zhèn)紅塘灣海濱。 2014 年10 月，在三亞海洋環(huán)境試驗(yàn)站進(jìn)行了螺栓OTC 包覆。 2019 年12 月對(duì)進(jìn)行包覆的螺栓螺母進(jìn)行實(shí)例分析，發(fā)現(xiàn)外防護(hù)層在螺栓表面聚合成一種堅(jiān)韌的皮膜，皮膜具有良好的密封性能，并且皮膜沒有出現(xiàn)龜裂、老化現(xiàn)象，有效防止了紫外線照射老化和腐蝕介質(zhì)進(jìn)入。 用手感知皮膜可知，外部皮膜堅(jiān)韌而內(nèi)部仍保持柔軟狀態(tài)。 用金屬刀將外防護(hù)帶割開，去除防蝕帶和防蝕膏，觀察到OTC 包覆的螺栓表面有金屬光澤，沒有任何腐蝕，無OTC 防護(hù)的螺栓已銹跡斑斑。

(3)南海某腐蝕試驗(yàn)站 在南海某腐蝕試驗(yàn)站，經(jīng)過24 個(gè)月大氣暴曬試驗(yàn)，結(jié)果顯示OTC 技術(shù)具有良好的耐老化、耐腐蝕性能。 從外觀來看，包覆了OTC 材料的螺栓表面未有開裂、剝落等現(xiàn)象。 打開OTC 防腐層，擦掉表面的防蝕膏，可以看到螺栓表面光亮如新，對(duì)比未保護(hù)的螺栓，防護(hù)效果明顯。

(4)南海工程應(yīng)用效果驗(yàn)證 海南三沙某島嶼處于南海高溫、高濕、高鹽、高日照輻射惡劣的腐蝕環(huán)境中，異形鋼結(jié)構(gòu)腐蝕非常嚴(yán)重。 2018 年7 月，對(duì)島上部分異形鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行防腐工程示范。 17 個(gè)月后對(duì)OTC防護(hù)狀況進(jìn)行檢查，OTC 防護(hù)材料在經(jīng)歷數(shù)次臺(tái)風(fēng)等惡劣天氣考驗(yàn)后依然完好，無任何破損。

3 總 結(jié)

海洋環(huán)境浪花飛濺區(qū)中的鋼結(jié)構(gòu)腐蝕最為嚴(yán)重，常見的涂層或陰極保護(hù)等技術(shù)難以解決浪花飛濺區(qū)中鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕問題。 涂層在波浪反復(fù)拍打撞擊及嚴(yán)酷腐蝕環(huán)境下容易出現(xiàn)脫落，而陰極保護(hù)技術(shù)更適宜于解決一直浸沒在海水中的鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕問題。 復(fù)層礦脂包覆防腐(PTC)技術(shù)采用4 層結(jié)構(gòu)，內(nèi)層礦脂防蝕膏可在鋼結(jié)構(gòu)表面形成保護(hù)膜，礦脂防蝕帶包裹層不僅增強(qiáng)了密封性，還提高了體系的強(qiáng)度和柔韌性，密封緩沖層使內(nèi)部礦脂防蝕膏、礦脂防蝕帶與外側(cè)的剛性防蝕保護(hù)罩緊密結(jié)合，而最外側(cè)的防蝕保護(hù)罩可防止外力破壞內(nèi)層防腐體系。 這使得PTC 防腐體系不僅能夠抵抗冰層和船舶撞擊等外力，內(nèi)層還能夠長久保持非固化狀態(tài)，保持良好的防腐效果。

異形鋼結(jié)構(gòu)經(jīng)常處于2 個(gè)或多個(gè)鋼結(jié)構(gòu)的搭接處。 在鋼結(jié)構(gòu)搭接處，由于材料的成分、組織常有差別，且存在尺寸差異和縫隙，易出現(xiàn)腐蝕問題。 因該處形狀不規(guī)則，且腐蝕誘因復(fù)雜，采用傳統(tǒng)的防腐蝕技術(shù)難以取得良好的效果。 氧化聚合包覆防腐(OTC)技術(shù)對(duì)異形鋼結(jié)構(gòu)部位進(jìn)行整體包裹，內(nèi)層氧化聚合防蝕膏包含防銹轉(zhuǎn)銹成分，且保持非固化狀態(tài)，氧化聚合防蝕帶則增加了體系的強(qiáng)度和韌性，最外側(cè)涂刷外防護(hù)劑，形成堅(jiān)韌皮膜，進(jìn)一步提升了體系密封性。 這使得異形鋼結(jié)構(gòu)整體處于完整防腐蝕體系中，長久保持與非固化防蝕膏緊密貼合的同時(shí)，避免了與腐蝕性環(huán)境和介質(zhì)的直接接觸。

作為新興的腐蝕防護(hù)技術(shù)，復(fù)層礦脂包覆防腐(PTC)技術(shù)和氧化聚合包覆(OTC)防腐技術(shù)已在鋼結(jié)構(gòu)的防護(hù)中發(fā)揮了重要作用，且實(shí)際應(yīng)用效果也表明這2 種技術(shù)能夠長期發(fā)揮良好的防腐蝕作用。