外包覆防腐系統在天津港水位變動區鋼管樁防腐修復中的應用

李蕊

（天津港聯盟國際集裝箱碼頭有限公司，天津 300461）

0 引言

海水富含有氯化物和硫酸鹽，導電性強，是天然腐蝕劑中腐蝕性最強的介質之一，加上海面風浪的機械攪拌作用和強烈的自然對流，除特殊情況下一般認為海水是被氧所飽和的，因此普通的鋼鐵材料在海洋環境下都會發生嚴重的腐蝕[1]。

鋼結構在不同的海洋環境中的腐蝕行為各不相同，可分為大氣區、浪濺區、水位變動區、水下區和泥下區5個不同的腐蝕區域[2]，其基本的腐蝕趨勢如圖1所示[3]。

圖1 鋼結構在不同海洋環境下的一般腐蝕規律

其中，浪濺區和部分水位變動區是鋼結構腐蝕最為嚴重的區域，一方面是因為該區域的鋼表面受到海水的周期性潤濕，長期處于干濕交替狀態，氧供應充分，鹽分不斷濃縮；加之陽光、風吹和海水環境等協同作用導致其發生嚴重的腐蝕。另一方面是因為傳統的涂料保護和電化學保護在浪濺區和水位變動區都不能發揮其應有的保護作用。這是由于海浪的沖擊以及海水中夾帶的氣泡對鋼結構表面涂層具有較強的破壞性，使得該區域的涂層老化加快[4]；而潮汐作用導致的水位變動，使得電化學保護在該區域不能形成有效的電流回路，電化學保護效率降低。在平均中潮位和平均低潮位之間，電化學保護約有70%的保護效率，在中潮位附近，約有50%的保護效率，而在平均中潮位和平均高潮位之間，電化學保護則因海水浸泡率太低，而無法發揮陰極保護的作用。

當前，國內對解決海洋鋼結構物在大氣區和水中區以下的腐蝕問題已取得良好的效果，但浪濺區和水位變動區一直是制約海洋鋼結構防腐及修復的主要問題。因此，為保護海洋鋼結構設施的安全運行，開發及推廣適合該區域的有效防腐技術具有極其重要的經濟價值和社會意義。

1 外包覆防腐技術簡介

針對海洋鋼結構在浪濺區和水位變動區的腐蝕尚未有良好的防腐手段且修復困難的問題，外包覆防腐技術被成功地引入國內海洋鋼結構防腐市場，并在實際防腐工程應用中獲得了良好的效果[5-6]。

所謂外包覆防腐技術，是指采用具有優良緩蝕性能的防腐材料及能夠有效隔絕氧氣和水分的密封技術包覆在鋼結構表面，以達到有效減緩其發生腐蝕的技術。外包覆防腐系統普遍由以下三部分組成：防蝕膏、防蝕帶及防蝕護甲。其中，防蝕膏和防蝕帶中富含高效緩蝕成分并與金屬基體具有良好的黏附性，能夠長期有力地黏附在鋼結構表面以達到長效防腐的效果；而防蝕護甲則是采用高韌度、高強度的保護材料對其內部的防蝕帶提供保護的防護裝置。圖2即為常見外包覆防腐系統的組成示意圖。

目前，已在國內海洋鋼結構防腐工程中得到實際應用的外包覆防腐技術主要有以下兩種：PTC新型包覆防蝕技術和Denso礦脂防腐帶冷包纏技術。兩種包覆技術防腐機理大致相同，但具體的緩蝕成分、包覆材料和工程應用實例仍存在一定的差別。PTC新型包覆防蝕系統由4層緊密相連的保護層組成，即防蝕膏、防蝕帶、聚乙烯泡沫和玻璃鋼或者增強玻璃鋼防蝕保護罩。而Denso礦脂防腐帶冷包纏系統則是由礦脂帶底漆、冷包纏防腐帶和高密度聚乙烯護甲組成。兩種包覆系統的具體差別如表1所示。

圖2 常見包覆防腐系統的組成示意圖

表1 PTC和Denso的比較

2 天津某碼頭鋼管樁腐蝕狀況調查

天津港某碼頭所處海水環境為海水電阻率取ρ≈26 Ω·cm，海水流速約1.5 m/s，波高約3 m；平均相對濕度65%，最大相對濕度100%，最小相對濕度3%；設計高水位為4.30 m，設計低水位為0.50 m。碼頭前方承臺基樁為φ1 000 mm和φ1 200 mm鋼管樁，材質Q345，總數為1 511根。樁徑φ1 200 mm鋼管樁樁帽的底標高為2.12 m，而樁徑φ1 000 mm鋼管樁樁帽的底標高為2.32 m。依據標準JTS 153-3—2007計算可知，該碼頭鋼管樁僅具有水位變動區、水下區和泥下區。其中水中區和泥下區鋼管樁采用犧牲陽極陰極保護，水位變動區采用防腐涂層和犧牲陽極聯合保護，防腐涂層采用725L-H53-9環氧重防腐涂料，于2006年7月竣工，設計使用年限30 a。

在該碼頭運營4 a后的常規檢測中發現，少數鋼管樁水位變動區的涂層已發生破損，且涂層破損處開始返銹，銹層的厚度較薄，實測壁厚未見明顯減薄，鋼管樁涂層破損情況如圖3所示。但考慮到該區域陰極保護系統并不能發揮有效的保護作用，涂層的破損必將嚴重威脅鋼管樁的安全運行，因此對鋼管樁的涂層破損處進行防腐修復勢在必行。通過大量的修復工藝比選和工程實地調研，決定采用PTC新型包覆防蝕技術和Denso礦脂防腐帶冷包纏技術對鋼管樁的涂層破損處進行修復。

圖3 鋼管樁涂層破損情況

3 外包覆防腐技術施工

樁徑φ1 200 mm鋼管樁修復的包覆長度為2.6 m，使用PTC新型包覆防蝕技術進行修復；樁徑φ1 000 mm鋼管樁修復的包覆長度為3.16 m，采用Denso礦脂防腐帶冷包纏技術進行修復，總修復面積為219.43 m2。該碼頭所在墩臺的底標高較低，鋼樁僅在低潮位時才能有1.0～1.5 m的長度露出水面，因此，兩種包覆工藝均需通過專業的潛水人員進行施工，這給現場的安裝工作帶來了很多不便。

PTC新型包覆防蝕技術施工主要包括7個步驟，分別為施工前準備、鋼樁表面處理、涂抹防蝕膏、纏繞防蝕帶、安裝防護罩、螺栓緊固和端部密封。Denso礦脂防腐帶冷包纏技術施工主要包括施工前準備、鋼樁表面處理、涂抹礦脂帶底漆、纏繞礦脂帶、安裝護甲、液壓裝置緊固和螺栓加固。兩種包覆工藝的施工注意事項如表2所示。

表2 PTC和Denso防腐工藝的施工注意事項

圖4為分別采用PTC新型包覆防蝕技術和Denso礦脂防腐帶冷包纏技術修復后的鋼管樁外觀照片。可以看出，兩種包覆工藝均能夠在天津港特殊的水文條件下取得良好的修復效果。

圖4 修復后鋼管樁外觀照片

4 結語

此次鋼管樁防腐修復工程的圓滿完成，說明外包覆防腐技術是用于海洋鋼結構浪濺區和水位變動區防腐修復的較為理想的方法。本次在天津港范圍內首次使用外包覆防腐技術修復鋼管樁的破損涂層，不僅有效地解決了該碼頭鋼管樁浪濺區和水位變動區的涂層破損問題，為解決天津港鋼管樁水位變動區的防腐修復積累了寶貴的經驗，也為該新型外包覆修復技術在天津港碼頭的修復施工提供了示范性參考。

[1]魏寶明.金屬腐蝕理論及應用[M].北京：化學工業出版社，1984.

[2]JTS153-3—2007，海港工程鋼結構防腐蝕技術規范[S].

[3] 涂湘湘.實用防腐蝕工程施工手冊[M].北京：化學工業出版社，2000.

[4]M舒馬赫.海水腐蝕手冊[M].李大超，楊蔭，譯.北京：國防工業出版社，1985.

[5] 李云飛，唐聰，陳韜.鋼管樁陰極保護與Denso防腐蝕技術聯合保護[J].中國港灣建設，2011（2）：8-9，67.

[6]侯保榮.鋼鐵設施在海洋浪花飛濺區的腐蝕行為及其新型包覆防護技術[J].腐蝕與防護，2008，28（7）：174-175，187.