犧牲陽極和包覆材料聯合保護在友誼港的防腐應用

欒桂濤，唐聰

（1.中國路橋工程有限責任公司，北京 100011；2.中交天津港灣工程研究院有限公司，天津 300222）

1 工程概況

毛里塔尼亞地處北非西海岸，為大西洋沿岸國，距赤道近，氣候炎熱、干燥，海水中含鹽量高，鋼材在海水中腐蝕嚴重。毛里塔尼亞友誼港工程位于首都努瓦克肖特老港以南5 km，面向大西洋海岸開敞，海況惡劣，當地環境條件對鋼結構銹蝕嚴重。1986年，毛里塔尼亞友誼港建設時，針對環境的性質及其對鋼結構的腐蝕作用，對鋼結構采取了防腐涂料、陰極保護等防腐措施。如今，陰極保護系統已達到保護年限，鋼結構已出現了不同程度的腐蝕，大氣區、水位變動區及水下區防腐涂層有剝落現象，已逐漸發展為大面積剝落并返銹。現對友誼港引橋和碼頭鋼管樁防腐系統進行翻新，以確保該碼頭鋼管樁的安全使用和耐久性。

2 工程內容

安裝1 841塊犧牲陽極。確保安裝后鋼管樁保護電位低于-800 mV（相對于飽和Cu/CuSO4參比電極）。

對所有鋼管樁+1.69 m以上部位采用環氧煤焦油瀝青漆2道，干膜總厚250μm；上部鋼梁采用環氧煤焦油瀝青漆2道，干膜總厚200μm。碼頭941根樁以及引橋344根鋼管樁+0.69～+1.69 m采用無溶劑環氧涂料，刷2道，每道干膜厚125μm，總厚250μm。

對碼頭909根樁以及引橋324根鋼管樁+0～+0.69 m安裝包覆系統。

3 技術要求

1）本工程將防腐蝕區域劃分為水上區、水位變動區、水中區和泥下區。

2） 本工程犧牲陽極保護年限為15 a，有效保護率不小于90%。

3） 有效保護期內，鋼管樁水位變動區、水下區的保護電位自始至終控制在最佳保護電位范圍：-800 mV以下（相對Ag/AgCl參比電極）。

4） 有效保護期內，保護效果穩定可靠，不需要任何維修保養和專人管理。鋼管樁各區段無明顯腐蝕，不產生蝕坑等集中腐蝕現象。

4 施工工藝

4.1 犧牲陽極安裝

犧牲陽極安裝施工工藝流程見圖1。

圖1 犧牲陽極施工工藝流程圖

4.1.1 犧牲陽極檢查

在犧牲陽極生產完畢后，應對犧牲陽極的尺寸、重量、表面狀態、化學成分進行檢查，其化學成分應符合DNV-RP-B401—2005的規定[1]；尺寸、重量和表面質量應滿足DNV-RP-B401—2005和NACERP0387—99[2]的要求。

在犧牲陽極進入現場時，應提供質量檢測報告或證書，并對陽極的化學成分進行確認。依據DNV-RPB401—2005的規定，提供電化學測試試驗報告，并寫明試驗日期。

依據DNV-RP-B401—2005的規定，犧牲陽極表面狀態、重量、尺寸抽查不少于全部陽極數量的5%，本工程共對93塊犧牲陽極進行表面狀態、重量、尺寸抽查。

陽極表面應無氧化渣、毛刺、飛邊等缺陷，陽極所有表面允許有長度不超過50 mm、深度不超過5 mm的橫向裂紋存在，但不允許有裂紋團存在。每個陽極的重量偏差為±5%，但總重量不應出現負偏差；陽極長度偏差為±2%，寬度偏差為±3%，厚度偏差為±5%，直線度不大于2%。

陽極在運輸或其他情況下，可能導致與鋼管樁連接的焊腳變形，使潛水員在水下焊接時增加焊接難度或降低焊接質量，應對陽極焊腿的精度進行檢查校正。

4.1.2 電性連接驗證

使用高內阻萬用表及測量電線對鋼管樁之間的電連接進行驗證，測量電線與鋼管樁接觸點打磨至露出金屬基底，在測量時測量電線端頭與鋼管樁充分接觸并保持穩定，測量鋼樁之間的連接電阻小于1Ω為合格。如連接電阻大于1Ω，對相應的兩根鋼樁通過焊接電連接鋼筋的方式進行電性連接。

對友誼港碼頭與緊鄰的海軍碼頭進行電連接驗證，如測量出連接電阻小于1Ω，核查出電連接位置，斷開引橋與海軍碼頭的電性連接。

4.1.3 水下鋼管樁清理

由潛水員佩帶好符合要求的潛水具，下潛至指定位置，將需要焊接的位置在水下用刮鏟將生長在鋼板樁上的海生物鏟除干凈，在陽極焊腳準備焊接的位置，將表面打磨干凈，除去松散銹層，露出鋼鐵的原始材質。

4.1.4 犧牲陽極吊放定位

根據設計圖紙要求，把事先計算好長度的陽極吊繩的一端固定鋼樁頂部或圍繞到鋼樁上，另一端固定在陽極焊腳上，然后從作業船上放下去，使陽極到預定的位置。斜樁安裝時，預先計算好繩子長度，確保陽極安裝標高。放好陽極后，由潛水員下潛進行綁扎，使陽極兩焊腳緊貼在鋼樁上。檢查陽極就位情況，如貼合間隙大于3 mm，應作必要修正。

4.1.5 水下焊接

采用TS208水下專用焊條及其配套水下焊接工藝對犧牲陽極進行水下焊接，焊縫的有效長度大于80 mm，焊縫有效截面高度5～7 mm，焊縫飽滿，連續平整，無虛焊，焊接牢固。

4.1.6 焊縫檢查

焊接完成后采用水下攝像的方法對焊接質量進行抽查。根據JTS153-3—2007規定，水下攝像檢驗比例為不低于5%。本工程共對93塊陽極焊縫進行抽查。見圖2。

圖2 犧牲陽極的焊縫

4.1.7 電位測量

在鋼管樁犧牲陽極焊接完成1周后，應對鋼管樁的表面電位進行檢測，使用高內阻萬用表通過安裝的10套電位檢測裝置進行測量，結果應滿足DNV-RP-B401—2005的規定。每個測值應低于-800 mV。

4.2 涂料施工

4.2.1 涂料檢查

在涂料進入現場時，確認隨產品提供的合格證、質量檢測報告或證書，并核對是否與產品相符。環氧煤焦油性瀝青漆的產品標準應符合Q/725-1141—2002《超厚漿環氧煤瀝青重防蝕涂料（NSP-4）》的有關規定。無溶劑環氧涂料的產品標準應符合Q/725-217—2001《環氧重防蝕涂料（ZF-101海洋結構物水下涂料）》的相關規定。

4.2.2 腳手架安裝

按照本工程引橋鋼管樁長度大、海上作業等實際情況，本工程選用了可吊裝的浮閥式腳手架，便于工人進行升降、移動，保證工作的連續進行。見圖3、圖4。

圖3 施工工藝流程圖

圖4 涂料施工用腳手架

4.2.3 表面處理

油漆涂刷前，應采用噴砂除銹的方式進行表面處理。表面處理后使用除銹等級樣板進行比照，達到Sa2.5級（ISO8501-2：1994）[3]。清理后的鋼結構表面及時噴涂底漆，涂裝前如發現表面被污染或返銹，應重新清理至原要求的表面處理等級。見圖5。

圖5 涂料涂刷前的噴砂除銹

4.2.4 涂刷底漆、面漆

本工程所有鋼管樁1.69 m以上部位采用同底同面環氧煤焦油瀝青漆2道，干膜總厚250μm；上部鋼梁采用同底同面環氧煤焦油瀝青漆2道，干膜總厚200μm。

碼頭941根樁以及引橋344根鋼管樁+0.69～+1.69 m采用無溶劑環氧涂料的耐蝕環氧涂料，刷2道，每層干膜厚125μm，總厚250μm。

4.2.5 外觀檢查

表面涂裝施工時和施工后，對涂裝過的鋼管樁進行保護，防止飛揚塵土和其它雜物。涂刷應均勻，色澤一致，無皺皮、流墜和氣泡，附著良好，分色線清楚、整齊。如有外觀不合格的地方，需進行修復。

4.2.6 干膜厚度檢查

采用精度不低于10%并經過標準樣塊調零修正的測厚儀進行檢查，每一測點應測取3次讀數，每次測量的位置相距25～75 mm，取3次讀數的算術平均值作為此點的測定值。測定值達到設計厚度的測點數不少于總測點數的85%。每根鋼管樁不得少于3個測點（ISO 2808—2007）[4]。

4.3 冷包纏防腐系統施工

施工工藝見圖6，防腐系統示意圖見圖7。

圖6 冷包纏防腐系統的施工工藝流程圖

圖7 冷包纏防腐系統示意圖

4.3.1 現場標記

根據技術設計，確定現場施工范圍，明確標記出各部位具體施工區域（具體高度根據實際海域的浪濺區高度進行調整）。采用氧乙炔切割或手動鋼鋸切割影響施工的廢棄鋼鐵結構件。

4.3.2 固定支撐卡箍

支撐卡箍起到施工標記的作用，同時對玻璃鋼外殼起到支撐作用。將兩個半圓卡箍圍繞鋼管樁按現場標記的高度對正，固定好兩端螺栓后，每個半圓卡箍平均分3個點作為焊接點進行焊接。焊接要求傳力平順均勻，沒有明顯的應力集中，靜力強度和疲勞強度都很高。

4.3.3 表面處理

為保證防蝕膏能與鋼材表面充分結合，達到最佳的保護效果，用鏟刀和高壓水槍除去附著的海生物。用除銹鏟刀輕鏟鋼管的凸起部，將浮銹和鼓泡全部除掉。用鋼砂刷除去浮銹和氧化皮，鐵砂紙打磨除銹。施工區域鋼結構表面處理需達到ISOSt2標準以上，無明顯鼓泡和浮銹；潮差區等海生物附著區帶應盡量除去附著的海生物，表面突出物不應有銳角，一般不高于5 mm，最大不高于10 mm。

4.3.4 涂抹防蝕膏

擠出少許防蝕膏用手進行涂抹，重復5～10次，使防蝕膏在鋼結構表面均勻分布，鋼樁表面的坑凹和縫隙處應用防蝕膏填滿，有銹的地方需要抹平，突出物的表面也應涂抹一層防蝕膏，使防蝕膏在鋼結構表面均勻分布為完整的一層保護膜。對于光滑表面防蝕膏用量約300 g/m2；銹蝕特別嚴重處約400～500 g/m2。涂抹防蝕膏可以帶水作業。平均海平面附近涂抹防蝕膏時，應選在低潮時進行。

4.3.5 纏繞防蝕帶

涂抹完防蝕膏后，應立即進行纏繞防蝕帶作業，尤其在平均海平面附近，以防止防蝕膏被海水沖刷脫落。采用由下至上的方式纏繞防蝕帶。起始處首先纏繞兩層（重疊），然后依次搭接1/2。應用手稍用力拉緊、鋪平防蝕帶，將里面空氣壓出，保證被纏繞處無氣泡出現。保證鋼樁各處均有2層以上防蝕帶覆蓋，每卷防蝕帶交接處的頭尾重疊要求有150 mm的寬度。

4.3.6 安裝防蝕保護罩

垂直安裝兩塊防蝕保護罩，對準螺絲洞口的位置，經檢查位置正確后，用不銹鋼螺栓緊固。螺栓緊固時應注意使防蝕保護罩的密封受力均勻，以防止因局部應力過大造成防蝕保護罩的變形和密封邊破裂。上緊螺絲，注意螺絲上緊的順序及扭力矩大小，最大扭力矩為28 N·m。

保護罩的兩個端部用水中固化型環氧樹脂密封。用量約0.22 kg/m。環氧樹脂填完后外延部分應保持外斜面，以利于濺上的水滴可滑落，避免積水。

5 結語

本工程對毛里塔尼亞友誼港鋼管樁實施了涂層、冷包纏系統和犧牲陽極聯合保護的方法。施工過程中嚴格質量控制，達到了預期的實施效果。本工程設計、施工合理，所采用組合修復措施在碼頭防腐修復中有重要的推廣價值。

[1]DNV-RP-B401—2005，Cathodic Protection Design[S].

[2]NACE RP 0387—99，Metallurgical and Inspection Requirements for Cast Galvanic Anodesfor Offshore Applications[S].

[3]ISO8501-2：1994，涂覆涂料前鋼材表面處理表面清潔度的目視評定第2部分：已涂覆過的鋼材表面局部清除原有涂層后的處理等級[S].

[4]ISO2808—2007，涂料和清漆漆膜厚度的測定[S].