營口港某碼頭腐蝕與防護狀況調查與分析

邵成，張文鋒，陳韜

（1.營口港務集團有限公司，遼寧 營口 115007；2.中交天津港灣工程研究院有限公司，天津 300222）

近年來，隨著營口港吞吐量的迅速提升，鋼管樁在營口港得到了廣泛應用，但與此同時也帶來了鋼管樁維護管理問題。盡管鋼管樁具有良好的施工和使用性能，但由于鋼管樁具有在海洋環境中易腐蝕的特性，必須依靠防腐系統來抑制鋼管樁的腐蝕。鋼管樁作為碼頭的基礎直接關系到碼頭的安全性和耐久性，而防腐系統又是保障鋼管樁在海洋環境中安全長效使用的關鍵措施。因此，開展碼頭鋼管樁及其防腐系統的調查與分析，不僅可以為制定維護管理措施提供依據，而且關系到碼頭的安全性和耐久性，具有重要的意義。

1 工程概況

營口港某碼頭為高樁梁板式結構，基礎采用直徑為φ1 000 mm的鋼管樁，材質為Q345B，設計壁厚為20 mm（16 mm）。該碼頭鋼管樁浪濺區和大氣區采用防腐涂層保護，水下區及泥下區部位采用外加電流陰極保護，水位變動區采用防腐涂層和外加電流陰極保護聯合保護。防腐涂層采用環氧重防腐涂料，涂層厚度1 600μm，2008年竣工并交付使用，設計使用年限30 a。

2 腐蝕與防護狀況的調查與分析

2.1 鋼管樁外觀狀況

通過目視外觀檢查法和水下攝像方法全面檢查鋼管樁涂層破損和腐蝕狀況，重點調查已出現局部破損的區域。

2.1.1 鋼管樁涂層的破損狀況

調查結果表明，絕大部分鋼管樁的涂層基本完好，未發現鼓泡、脫落和銹蝕等現象。但部分鋼管樁的大氣區和浪濺區（主要是大氣區）存在局部破損，破損形式以小面積或連續小面積破損為主，大面積剝落現象所占比例不大。小面積破損呈不規則分布，大面積破損則多集中于系纜墩位置鋼管樁，其中迎海側系纜墩的鋼管樁涂層破損最嚴重。現行規范JTS153-3—2007[1]指出，防腐涂層的有效使用壽命有多種影響因素，包括涂裝前鋼材表面預處理質量、涂層厚度、涂層種類、施工環境條件及涂裝工藝等。根據影響涂層壽命的各種因素[1]，分析涂層破損可能的原因：

1） 表面預處理質量和涂料施工。涂料施工時，現場的溫度、濕度、粉塵含量或涂料的配置、攪拌、熟化、涂裝間隔時間等工序對涂層的質量都有重大影響。本工程涂料施工和表面處理均在廠區完成，采用成熟工藝涂裝，而且檢查發現未破損處涂層質量都較好，因此涂料施工應當是合格的。

2） 涂料種類。本工程選用環氧重防腐涂料，具有良好的耐候性、耐腐蝕性和附著力，而且在工程上得到了較廣泛的應用。因此，本工程涂料選擇應當是合理的，不存在問題。

3） 涂膜厚度。涂膜厚度也是影響涂層有效使用壽命的重要因素，為進一步明確涂膜厚度的影響作用，本次調查對涂層進行相關檢查。結果表明，涂層在使用數年后平均厚度仍符合設計要求。再者，本工程的涂層在廠區采用成熟工藝涂裝，有嚴格的質量控制程序，因此，涂膜厚度是合格的。

4） 鋼管樁運輸及施工。在鋼管樁運輸和施打過程中，涂層難免會受到嚴重的外力作用，導致涂層局部破損。然而，由于海洋環境的影響，這些破損涂層依靠普通刷涂或噴涂無法達到修復的效果。一般情況下，破損處刷涂或噴涂的涂層在使用數年或更短時間后就會重新發生破損。因此，涂層破損的主要原因可能是已涂裝鋼管樁在運輸、施打過程中產生的不可預見性破損。此外，迎海側系纜墩的鋼管樁涂層破損最嚴重，這可能是由于迎海側風浪大于鄰岸側，對鋼管樁沖刷更劇烈，加速原有破損處的擴展，導致更大面積的破損產生。

綜上所述，涂層破損是由于已涂鋼管樁在運輸、施打過程中產生的不可預見性破壞造成的。迎海側風浪大、無遮蔽，處于該區域的系纜墩鋼管樁受到較嚴重的海洋環境侵蝕，加速了破損涂層的擴展，導致該區域鋼管樁涂層破損最嚴重。圖1為鋼管樁涂層破損的狀況。

圖1 鋼管樁涂層破損的狀況

2.1.2 鋼管樁表面的腐蝕狀況

涂層破損部位的鋼管樁表面已返銹，局部有麻面，除去表層的紅褐色浮銹后，發現鋼管樁表面凹凸不平，存在大量黑色和紅褐色鐵銹，但未見明顯的蝕坑。在破損處周圍一定范圍內，涂層已基本喪失附著力，清除失效涂層后發現，隨著與破損處距離的增加，鋼管樁表面的鐵銹量遞減，直至表面呈現出金屬光澤（見圖2）。上述現象說明，涂層的真實破損面積（包括失效涂層所占面積）應大于可直接觀察和測量到的破損面積。涂層完好處鋼管樁表面呈現出金屬光澤，說明涂層完好處鋼管樁未腐蝕。

圖2 涂層破損區域處理前后的狀況

當涂層完好時，由于涂層耐蝕性好、透氣性和滲水性小以及涂膜具有一定厚度，水、離子和氧等腐蝕介質滲入鋼管樁/涂層界面需要很長的時間，因此涂層完好處鋼管樁保護的較好。然而，一旦涂層發生破損，破損區域與海洋環境直接接觸，為水、離子和氧等腐蝕介質滲入鋼管樁/涂層界面提供了快捷通道，加速腐蝕介質的滲入，導致涂層破損處周圍一定范圍內鋼管樁表面的腐蝕。

2.1.3 鋼管樁水位變動區和水下區的狀況

通過水下攝像和潛水員目視檢查對鋼管樁的水位變動區和水下區進行了調查。結果表明，鋼管樁表面包覆著一層海生物（如牡蠣、藤壺等），其厚度最大處達20 cm左右。局部清除鋼管樁表面的海生物后，有一定厚度的銹蝕產物，未發現明顯的涂層破損和局部腐蝕，更未發現腐蝕穿孔等嚴重腐蝕。銹蝕產物的產生可能是因為：在打樁完畢至陰極保護運行有一段保護的缺失期，這段時間內鋼管樁水下無涂層保護區域發生了銹蝕。

2.2 鋼管樁的涂層厚度

涂膜厚度是影響涂層有效使用壽命的重要因素，為了明確該因素的作用進行了涂層厚度調查。本次調查中，涂層厚度調查采用的電磁性測厚儀（測量范圍為0～3 000 μm），檢測范圍為鋼管樁水上部分。

結果表明，涂層的平均厚度為1 664μm，涂層厚度讀數值范圍為735～2 340μm，其中讀數值大于設計值1 600 μm的占總讀數數量的66.5%，圖3為涂層厚度讀數值的具體分布情況。由圖3可見，實測涂層厚度讀數分布較廣，讀數跨度范圍較大，且分布不均勻，絕大部分讀數值處于1 500～1 900μm之間，可見鋼管樁的涂層厚度不均勻。這可能是由于涂裝施工時的人為操作或其他客觀原因造成的誤差所引起的。總體來看，涂層厚度在使用數年后平均厚度和大部分讀數仍能達到設計要求（1 600μm），可見該碼頭所用的環氧重防腐涂料在海洋環境中具有良好耐候性和耐腐蝕性能。

圖3 涂層厚度讀數的詳細分布情況

2.3 鋼管樁剩余厚度和腐蝕速率

通過水下超聲波測厚儀（可帶涂層測量）對選定的鋼管樁進行厚度測量。本次調查是該碼頭的第一次腐蝕調查，調查過程中發現鋼管樁的厚度與設計厚度存在制作因素導致的偏差。因此，不應將本次調查結果（包括水下測量的厚度）與設計值對比來計算腐蝕速率，但可以將此次調查數據作為今后檢測評估腐蝕速率的原始參考數據。盡管如此，可通過對比涂層破損處和完好處（距離較近）實測鋼管樁壁厚（見表1），獲得涂層破損部位鋼管樁的腐蝕速率。

表1 涂層破損處與涂層完好處鋼管樁的平均厚度 mm

根據表2和鋼管樁投入使用年限可知，鋼管樁破損處的腐蝕速率為0.056 mm/a，與規范JTS 153-3—2007所列大氣區的最低腐蝕速率（0.05 mm/a） 相近。但需指出的是，所選擇區域的涂層破損可能由破損處擴展所造成，因此腐蝕發生時間可能少于鋼管樁投入使用年限，那么實際腐蝕速率將大于0.056 mm/a。本次調查部位處于潮差區之上，陰極保護基本對其不發揮作用，而且涂層已破損對鋼管樁無保護作用，所以該區域的腐蝕較為明顯。

2.4 鋼管樁的保護電位

保護電位是評價陰極保護系統對鋼管樁保護效果的重要指標。本次調查采用Ag/AgCl海水參比電極和高內阻數字萬用表對鋼管樁的保護電位進行檢測。測量時將參比電極放置到被測鋼結構的表面附近讀取測試數據。具體過程是：把參比電極放入水中，讓其靠近待測鋼樁表面，并用導線使參比電極、萬用表和所測鋼管樁形成回路，直接由萬用表讀數。

調查結果表明，部分鋼管樁的保護電位值未能達到規范[1]要求的-780～-1 050 mV，可見部分鋼管樁未受到陰極保護系統的保護。為進一步明確上述現象原因，對陰極保護系統進行了相關調查。

2.5 鋼管樁外加電流陰極保護系統

該碼頭采用外加電流陰極保護系統，系統由輔助陽極、直流電源、參比電極、檢測設備和電纜構成。本次調查對外加電流陰極保護各部分的使用狀態進行了檢查，具體如下：對8套防爆型整流器的工作狀態和供電狀況，水上、水下電纜的敷設狀況，輔助陽極及參比電極的表觀及使用狀態進行了抽檢。

現場檢查發現，有3臺整流器出現了故障，其中1號整流器控制電位的顯示功能存在問題；4號整流器的電位控制旋鈕已經損壞；5號整流器無法正常開機，需進行維修或更換。其余整流器工作狀態正常，但與上述3臺整流器相同，目前處于恒電流控制狀態，此時控制電位不能實現調節輸出電流的功能。部分鋼管樁保護電位不足與整流器輸出的恒電流偏低和整流器損壞有關。

本次調查通過便攜式參比電極，對固定參比電極的使用狀態進行了檢測。結果表明，抽檢的參比電極中有6個參比電極顯示不正常，與便攜式參比電極所測得電位差距較大。水下探摸抽檢發現，抽檢陽極和參比電極的表觀狀況基本良好，未發現脫落、損壞等現象。

電纜敷設狀況的抽檢結果表明，電纜及其接頭未發現脫落、斷裂等情況，但部分電纜的敷設存在一定缺陷。如少數電纜缺乏保護套管，個別電纜未預留伸縮余量。此外，調查過程中還發現，少數用于固定陽極和參比電極穿線鋼管的卡箍及緊固螺栓已銹蝕。

3 結語

1） 大部分鋼管樁涂層保持完好，但少部分鋼管樁涂層存在局部破損，破損形式以小面積或連續小面積破損為主，大面積剝落現象所占比例不大。上述涂層真實破損面積大于可直接觀察和測量到的破損面積。

2） 鋼管樁涂層在使用數年后，厚度仍能滿足設計要求。涂層破損部位鋼管樁表面已返銹，但尚未發生嚴重的局部腐蝕，目前該區域鋼管樁壁厚尚無明顯的損失。鋼管樁水下區和水位變動區被海生物覆蓋，清除海生物后，發現一定厚度的銹蝕產物。

3） 由于部分整流器損壞或整流器輸出電流偏低，使得部分鋼管樁的保護電位未達到要求。8臺整流器中有3臺需要進行維修或更換；整流器的控制系統目前處于恒電流控制狀態，控制電位不能起到調節輸出電流的作用；抽檢參比電極中有6個數據顯示異常，占參比電極總數的25%。

4） 針對上述結論需對鋼管樁涂層破損處及外加電流陰極保護系統的損壞部分進行修復或更換，以保證鋼管樁的使用壽命。

[1]JTS153-3—2007，海港工程鋼結構防腐蝕技術規范[S].