從國內(nèi)最長“定海神針”看碼頭鋼管樁重防腐涂料的應(yīng)用！

近日，浙江省重點(diǎn)工程項(xiàng)目——華能蒼南4號(hào)海上風(fēng)電工程第25號(hào)機(jī)位6根國內(nèi)最長的鋼管樁全部“扎根”海底。在該項(xiàng)目建設(shè)過程中，6根長達(dá)133.5米的鋼管樁所需用鋼全部由河鋼供貨。目前，河鋼已累計(jì)供應(yīng)10萬余噸高端優(yōu)質(zhì)風(fēng)電鋼，用于項(xiàng)目最為關(guān)鍵的塔筒、鋼管樁等的制作。

由于特殊的環(huán)境，碼頭鋼管樁的防腐一直是碼頭建設(shè)的重要考慮因素。

1　碼頭鋼管樁防腐概述

鋼管樁是海港碼頭和近海設(shè)施建設(shè)非常重要的鋼結(jié)構(gòu)，而以往都是用混凝土樁。鋼管樁（材質(zhì)：Q235）的防腐蝕范圍分為水上段和水下段兩部分。鋼樁防腐處理可采用涂料、陰極保護(hù)、PE聚乙烯幅射熱縮帶和增加腐蝕余量等措施；鋼管樁內(nèi)壁同外界隔絕時(shí)，可不考慮內(nèi)壁防腐。鋼樁的腐蝕速率當(dāng)無實(shí)測資料時(shí)，如樁頂在地下水位以下且地下水無侵蝕性，可取每年0.03mm，且腐蝕預(yù)留量不應(yīng)小于2mm。

水上段指從設(shè)計(jì)低水位減1.5m 起以上部位，該部位包括大氣區(qū)、浪濺區(qū)和水位變動(dòng)區(qū)。水下段指從設(shè)計(jì)低水位減1.5m 起往下至天然泥面以下1.5m的部位。鋼管樁重防腐涂料必須抗海洋大氣、海浪飛濺以及海水浸泡和海泥的腐蝕。水上段和水下段的防腐蝕設(shè)計(jì)年限均為20a。

水上段防腐蝕可選用無溶劑涂料或高固體分涂料。涂料應(yīng)具有良好的附著性、耐蝕性、耐候性、耐磨損、耐沖擊，同時(shí)涂料應(yīng)能適應(yīng)干濕交替變化。選用的涂料耐鹽霧、耐老化、耐濕熱應(yīng)符合JTJ230、ISO12944、ISO20340或者NORSOK 501的要求。

水下段多采用犧牲陽極陰極保護(hù)與涂料聯(lián)合防腐蝕措施。水下段采用的涂料應(yīng)能與犧牲陽極保護(hù)相配套，具有良好的附著性、耐蝕性、耐電位性和耐堿性。涂層厚度要能滿足鋼管樁沉樁后12個(gè)月內(nèi)尚未采取犧牲陽極陰極保護(hù)時(shí)，水下段鋼管樁應(yīng)無腐蝕情況，同時(shí)應(yīng)滿足減小陰極保護(hù)初始電流密度的要求。

碼頭鋼管樁重防腐涂料中，主要應(yīng)用的涂料品種有環(huán)氧粉末涂料、聚氨酯涂料、改性環(huán)氧玻璃鱗片涂料和聚酯玻璃鱗片涂料等。

2　環(huán)氧粉末涂料

環(huán)氧粉末涂料漆膜堅(jiān)固，耐蝕性強(qiáng)，耐酸、堿、抗?jié)駸帷⒖果}霧。環(huán)氧粉末涂料不含有機(jī)溶劑，固體分100％，減少對(duì)人體危害及對(duì)環(huán)境的污染，涂料利用率高，過噴的粉末可以回收利用。

鋼管樁環(huán)氧粉末涂料的施工，從表面處理、粉末噴涂、烘烤固化、冷卻成品至包裝，都可以在整條流水線上進(jìn)行，施工速度快，減少勞動(dòng)力。但是環(huán)氧粉末涂料在鋼管樁上的涂裝應(yīng)用局限性也是明顯的，流水線一次性投資大，涂料的配色比較困難，流水線噴涂設(shè)備換顏色噴涂較為困難。

杭州灣跨海大橋中引橋和南引橋基礎(chǔ)采用鋼管樁沉樁設(shè)計(jì)，處于我國沿海強(qiáng)潮區(qū)域，潮差大，水流急，海水含砂量高，環(huán)境腐蝕條件惡劣。中引橋和南引橋分別使用F1500mm和F1600mm鋼管樁2000余根，設(shè)計(jì)使用壽命100a。鋼管樁防腐方案為：水位變化區(qū)和水中區(qū)采用環(huán)氧粉末涂層＋樁內(nèi)填充混凝土方式。鋼管樁承臺(tái)以下約8m范圍采用加強(qiáng)型三層環(huán)氧粉末涂層（涂層厚度≥800mm），承臺(tái)以下約42m范圍采用雙層環(huán)氧粉末涂層（涂層厚度≥600mm），泥下區(qū)鋼管樁采用單層環(huán)氧粉末涂層（涂層厚度≥300mm），涂層外表面具有(30～100)mm的粗糙度。通過粉末涂料涂裝，鋼管樁具有抗海水腐蝕、抗泥沙沖刷、抗海生物附著、抗紫外線輻射等優(yōu)點(diǎn)。環(huán)氧粉末涂料用在鋼管樁上的缺點(diǎn)是對(duì)吊裝打樁時(shí)造成的破損部位，無法進(jìn)行修補(bǔ)。特別是在鋼管樁打入海中以后，漆膜破損部位必須使用其它容易施工的溶劑型涂料進(jìn)行修補(bǔ)。

3　聚氨酯涂料

聚氨酯涂料物理機(jī)械性能良好，漆膜堅(jiān)韌耐磨,附著力強(qiáng)，耐腐蝕性優(yōu)良，漆膜耐酸堿、抗鹽霧性強(qiáng)。用于鋼管樁的聚氨酯涂料，有雙組分固化型、濕固化型和無溶劑聚氨酯涂料。聚氨酯涂料的固化速度快，即使在冬天也能快速固化。

于1986年春天啟動(dòng)的美國海軍潛艇基地，共用了鋼管樁18 580m2，采用了100％固體分的聚氨酯涂料和環(huán)氧煤瀝青涂料，沒有采用陰極保護(hù)。其中40％的鋼管樁支承的是永久性的防波堤，其它是支承臨時(shí)性設(shè)施（約5a）。

在1990年夏天拆除臨時(shí)性鋼管樁時(shí)，使用了100％聚氨酯涂料保護(hù)的鋼管樁完好如新，經(jīng)過5a的沖刷，鹽霧侵蝕和潮汐作用，沒有剝落、開裂或分層。僅有部分地方生長了海生物藤壺。鋼管樁上的局部銹，可以看出是嚴(yán)重擦傷，但是這些銹蝕也沒有擴(kuò)展到其它部位。同時(shí)涂裝的環(huán)氧煤瀝青涂料，卻發(fā)現(xiàn)有起泡和分層，甚至涂膜下也產(chǎn)生了銹蝕，鋼管樁表面布滿了藤壺，難以去除。

4　玻璃鱗片涂料

以具有很好的耐化學(xué)性能的玻璃鱗片作為主要防銹顏料的涂料，稱之為玻璃鱗片涂料，增強(qiáng)了防腐蝕系統(tǒng)的性能，延長了耐久性。根據(jù)不同的應(yīng)用環(huán)境，有環(huán)氧玻璃鱗片涂料、聚酯玻璃鱗片涂料和乙烯酯玻璃鱗片涂料等。用于碼頭鋼管樁保護(hù)的玻璃鱗片涂料主要有改性環(huán)氧玻璃鱗片涂料和聚酯玻璃鱗片涂料。

玻璃鱗片的厚度在(2～5)mm，這樣能保證在涂料中有數(shù)十層的鱗片排列，形成涂層內(nèi)復(fù)雜曲折的滲透擴(kuò)散路徑，使得腐蝕介質(zhì)的擴(kuò)散滲透路線變得相當(dāng)曲折彎曲，很難滲透到基材。玻璃鱗片片徑縱橫越大，涂層的抗?jié)B透性能越強(qiáng)。用硅烷偶聯(lián)劑對(duì)玻璃鱗片進(jìn)行處理，可以提高其強(qiáng)度、耐沖擊性能和耐蝕耐磨性，而且明顯加強(qiáng)了玻璃鱗片與樹脂之間的粘結(jié)力，這樣也相應(yīng)有效地增加了涂層的抗?jié)B透性和耐水性。玻璃鱗片把涂層分割成了許許多多的小空間，固化后收縮率小，大大降低了涂層的收縮應(yīng)力，減少各接觸面的殘余應(yīng)力，增加了附著力。

4.1　環(huán)氧玻璃鱗片涂料

環(huán)氧玻璃鱗片涂料的一般性能同環(huán)氧樹脂涂料一樣。溶劑型的體積固體分在80％左右，一次噴涂可以達(dá)到干膜厚度（200～400）mm，無溶劑環(huán)氧玻璃鱗片涂料的固體分含量為100％，不含溶劑，可以一次噴涂干膜達(dá)500mm以上。改性環(huán)氧玻璃鱗片涂料，用碳?xì)錁渲男缘头肿恿凯h(huán)氧樹脂，其突出的優(yōu)點(diǎn)是滲透性強(qiáng)，具有優(yōu)異的封閉性能和附著力;體積固體分高達(dá)80％以上，溶劑含量少，有利于環(huán)境保護(hù);與陰極保護(hù)有著良好的相容性。加入玻璃鱗片后，進(jìn)一步增加了涂層的耐久性和耐磨性。

碼頭鋼管樁上使用改性環(huán)氧玻璃鱗片涂料，施工性能優(yōu)于純環(huán)氧玻璃鱗片涂料，冬用型可以在－5℃的冬季環(huán)境下應(yīng)用。碼頭鋼管樁需要長達(dá)20a的耐久性能，表面處理應(yīng)該噴砂達(dá)到ISO8501－1：1988Sa2.5，表面粗糙度Ry5(30～85)mm。改性環(huán)氧玻璃鱗片涂料是低表面處理型涂料，在涂膜碰壞部位，由于不可能進(jìn)行噴砂處理，在動(dòng)力工具打磨到St2～3級(jí)的表面上涂漆，附著力良好，具有很好的防腐蝕性能。其配套體系見表1。

福建可門電廠一期工程碼頭和廣東LNG 接收站鋼管樁，采用了改性環(huán)氧玻璃鱗片涂料防腐蝕體系。施工后涂層進(jìn)行拉開法附著力檢驗(yàn)（ISO4624），達(dá)到10MPa。在飛濺區(qū)和水上部位增加一道丙烯酸聚氨酯面漆可以提高其耐候性和裝飾性。

4.2　聚酯玻璃鱗片涂料

聚酯是有機(jī)酸和醇類的反應(yīng)物，用于玻璃鱗片涂料中的聚酯主要是由不飽和二鹽基酸與二羥基醇的反應(yīng)物。聚酯溶于苯乙烯單體，加入催化劑和固化劑，苯乙烯開始交聯(lián)，形成固體涂膜。在固化中會(huì)有實(shí)質(zhì)的收縮伴以放熱反應(yīng)，加入玻璃鱗片以吸收這種收縮應(yīng)力。不含苯乙烯的聚酯涂料，用乙烯基甲苯代替了其中的苯乙烯，消除了氣味，符合環(huán)保要求。聚酯玻璃鱗片涂料，固體分高達(dá)96%～100％，固化迅速，在23℃時(shí)，干膜厚度(600～1500)mm，只要2h就可以搬運(yùn)或在上面走動(dòng)。聚酯玻璃鱗片涂料耐海水的性能突出，具有高度的耐磨性能，適合直升機(jī)甲板、破冰船船殼、鋼結(jié)構(gòu)的潮汐飛濺區(qū)，與陰極保護(hù)相容性好。聚酯玻璃鱗片涂料在海洋平臺(tái)和碼頭鋼管樁方面已經(jīng)有長達(dá)25a的良好應(yīng)用記錄。雙組分噴漆泵和常規(guī)高壓無氣噴涂都可以進(jìn)行聚酯玻璃鱗片涂料的施工。使用雙組分噴漆泵，能在溫度低到5℃時(shí)施工;使用常規(guī)的無氣噴涂泵時(shí)，最低溫度以10℃為佳。按照NORSOKM501 用于海洋環(huán)境大氣環(huán)境和浸水區(qū)域的涂料系統(tǒng)測試，聚酯玻璃鱗片涂料（2 ×碼頭鋼管樁改性環(huán)氧玻璃鱗片涂料的施工750mm）的測試結(jié)果見表2。