海洋環境鋼結構件防腐蝕涂裝的選用

夏錫瑞

（中國電力工程有限公司，北京 100048）

海洋環境結構物分為海岸結構物和海上結構物。海岸上的結構物設施有碼頭機械設備、海岸電廠、海岸鐵道、運輸設備及其他設施結構物等，這些設備結構受到海洋大氣環境的腐蝕。海上結構物包括，海洋石油鉆井平臺及相關生產設備、艦船、海上大橋、港灣棧橋等。相對于海岸結構物，海上設備結構的腐蝕更加嚴酷。僅靠金屬結構物自身的抗蝕能力，很難達到預期效果[1-5]。

1 結構物區域

典型的海洋結構區域的劃分如圖1所示。

在海水飛濺區，由于干-濕交替作用，陽光紫外線暴曬使有機涂層產生粉化、變色等。在全浸區和潮差區的水下部分，有機涂層的主要破壞形式為起泡、生銹、脫落。海水環境中有機涂層起泡是最普通的早期破壞現象。起泡通常是漆膜局部喪失防腐蝕能力的最早外觀表征。表現為：吸水腫脹、氣體起泡、滲透壓引起發泡、損傷起泡等[6-9]。

圖1 大型海洋構造物

張三平等曾對數種無機富鋅和有機（環氧）富鋅涂層，參照美軍標準DOD-P-24648方法：將150mm×75mm面積試樣中部保留?40mm的圓面積不涂保護層，露出基體。試樣浸入人造海水（室溫）中，觀察出現紅銹的時間。結果發現兩種環氧富鋅涂層的試樣中部出現紅銹，幾種無機富鋅涂料無紅銹產生。這是由于鋅粉犧牲陽極作用使鐵得到了保護。在顏料中加入鉻酸鹽、磷酸鹽可使鋼鐵發生陽極鈍化，而阻滯腐蝕的陽極反應。另外，提高涂層與底金屬的結合力，可增加金屬電化學腐蝕的阻抗[10]。

2 海洋環境結構物防腐涂裝

由于在海洋環境中使用的結構物金屬材料的腐蝕受多種因素的控制，且各種不同區帶條件下，影響腐蝕的作用因素又有不同。因此在海洋環境結構物防腐涂裝的設計上，首先應考慮結構物所處的環境條件，另外還應根據結構物的保護壽命，施工環境條件、造價等因素，來選擇涂層體系和涂裝施工。

2.1 涂裝設計的重要因素

涂裝設計的因素見圖2。

設計要素中，保護年限是一個抽象的概念，應提出涂層的維修年限或需要更替涂層的年限。在這個年限內，金屬結構物的銹蝕程度應控制在什么范圍，涂層表面狀態破壞在一個什么樣的程度內。結構物的部位不同，選擇涂料有所差別，在水下，應更注重涂層的抗滲透性，而在水線上或大氣區，面漆耐紫外光的老化非常重要。在維修周期的確定上，應考慮采用何種監測或檢測手段來判明涂層的破壞程度。維修條件應根據舊涂層的破壞程度和表面狀態確定涂層表面的調整和涂裝的厚度范圍等[10-13]。

2.2 海洋環境對防腐涂層破壞的主要因素

2.2.1 海生物附著污損對涂層耐蝕性影響

海生物附著對保護涂層特別是有機涂層的耐海水腐蝕性能有很大影響。附著力強的海生物如藤壺、牡蠣對涂層的機械剝離破壞，因涂料性能不同而有差異。對于氯化橡膠、氯硫化聚乙烯類涂料，海生物附著剝離后對面漆有破壞。高性能涂層由于涂層抗拉強度高、附著力強，能有效抵抗海生物附著的機械破壞。而一些涂層本身機械強度和結合力較低，因此抗這種機械損傷的能力差。

圖2 結構物防腐涂裝設計要素圖

2.2.2 氯離子對涂層和金屬腐蝕性影響

通過對氯離子在涂膜中滲透過程的研究，在有涂膜的情況下，水與氧能在較短時期滲透到金屬表面而引起早期腐蝕，而裸金屬在腐蝕初期氯離子就起作用。氯離子的存在對有機涂層的破壞不像對金屬腐蝕那樣大，但由于海水滲透過涂層膜，對基底金屬腐蝕影響較大，基底金屬的腐蝕使涂膜喪失結合力，產生起泡。

2.2.3 海水中其他腐蝕因素影響

海水中溶解氧量增大，使氧在涂膜中的滲透量也會相應增加，因此加速涂層下金屬的腐蝕。海水溫度對海生物生長繁殖以及在涂層上附著的隨機性，都可能對保護層的防護性能產生或好或壞的影響。海水流動使海水中含氧量增加，流動海水可降低金屬腐蝕的表面擴散層厚度，而加速腐蝕。這種作用對于金屬噴涂層是相同的，但在流速不高的情況下，對有機涂層的腐蝕影響不明顯[6，11]。

3 海洋環境對防蝕涂層的性能要求及其選用

用于防腐蝕涂裝的涂料性能，應在服役條件下能滿足規定使用期內的防護要求。防腐蝕涂裝對涂膜性能的主要要求見表1。不同類型的涂料性能和對處于不同環境條件的海洋結構物的防護能力見表2。

4 新型海洋防蝕涂料

由于社會經濟可持續發展及環境保護的需要，對于防蝕涂料的環境適應性的要求也愈來愈高，具有發展前途的新型涂料，一方面在制造施工過程中注意對環境的“零”污染，另外在使用中盡量提高涂層的防護壽命以減少維護次數，以達到節省資源的目的[11，14，15]。表3列出了一些有發展前途的涂料。

表1 防蝕涂裝性能的要求

表2 防蝕涂料的特性和對海洋結構物的適應性

表3 常用涂料與省資源型涂料

水下大型鋼結構物由于固定，在維護涂層時很難按正常涂層條件施工，此時需用特殊的水下涂層帶水進行涂覆，對其有如下要求：

（1）涂料在水中能在鋼鐵表面附著并固化成膜，首先應具有親水性和一定的憎水性。在涂料配方設計中親水性和憎水性要達到一個最好的平衡。

（2）基料的選擇：主要有環氧樹脂、煤焦油和焦油瀝青、聚酯樹脂、環氧丙烯酸樹脂和聚氨酯等，其中以低黏度的環氧樹脂最好。

（3）潤濕劑的選擇：選用兼有潤濕和固化雙重作用的潤濕劑最為理想。潤濕劑的選用要與基料和固化劑相配合。

（4）固化劑的選擇：應具有在水中使基料固化而又不被水乳化的特性。目前較多新型水下固化劑如酮亞胺、帶酮亞胺基的多胺衍生物（701固化劑）、環氧化聚丁二烯、多胺類縮合無（731固化劑）酚醛變性酮亞胺等。

（5）其他助劑：有填充劑、稀釋劑、促進劑和防老化劑等都根據基料和固化劑的類型來選用，使其起到增強水中附著力和固化膜的強度及其他性能和施工性能等。