海洋工程結(jié)構(gòu)防腐蝕材料及施工技術(shù)（轉(zhuǎn)）

海洋工程結(jié)構(gòu)長期暴露于高鹽、高濕、強紫外線的極端環(huán)境中，其腐蝕防護面臨陸地結(jié)構(gòu)未曾遇到的復(fù)雜挑戰(zhàn)。海水中的氯離子濃度高達19000 mg/L，具備極強的穿透能力，能破壞金屬表面的鈍化膜，引發(fā)并加速電化學(xué)腐蝕過程。潮汐作用導(dǎo)致的干濕交替循環(huán)使潮間帶結(jié)構(gòu)表面持續(xù)經(jīng)歷膨脹-收縮應(yīng)力，涂層附著力顯著下降，而退潮后的鹽分析出結(jié)晶進一步破壞涂層與基體的界面結(jié)合。同時，海洋環(huán)境中的微生物與生物附著（如硫酸鹽還原菌、藤壺）分泌腐蝕性代謝物，形成局部酸性環(huán)境和縫隙腐蝕，加速結(jié)構(gòu)失效。

海洋工程按腐蝕環(huán)境可分為五個典型區(qū)域：大氣區(qū)、飛濺區(qū)、潮差區(qū)、全浸區(qū)和海泥區(qū)。每個區(qū)域?qū)?yīng)不同的腐蝕機理和防護要求。以海上風(fēng)電高樁承臺基礎(chǔ)為例，其不同高程部位需采用差異化的防護方案：水位變動區(qū)（-3.5~0.2m）采用環(huán)氧玻璃鱗片涂料；全浸區(qū)（-31.0~-3.5m）選用改性環(huán)氧樹脂漆；上部鋼平臺則使用改性環(huán)氧重防腐涂料+聚氨酯面漆組合，配套陰極保護實現(xiàn)25年以上的設(shè)計壽命。具體的海洋工程結(jié)構(gòu)典型腐蝕環(huán)境特征與防護要求如下：

大氣區(qū)：特征是鹽霧沉積、紫外線輻射；腐蝕機理是電化學(xué)腐蝕+老化降解；防腐蝕要求為耐UV、抗鹽霧 。
飛濺區(qū)：特征是浪花飛沫、干濕交替；腐蝕機理是氧濃差電池+機械沖擊；防腐蝕要求為耐磨、抗沖擊。
潮差區(qū)：特征是周期性浸沒/暴露；腐蝕機理宏電池效應(yīng)+鹽結(jié)晶；防腐蝕要求為抗干濕循環(huán)。
全浸區(qū)：特征是持續(xù)海水浸泡；腐蝕機理是電化學(xué)腐蝕+生物附著；防腐蝕要求為耐水、防生物。
海泥區(qū)：特征是沉積物覆蓋、微生物；腐蝕機理是微生物腐蝕+缺氧環(huán)境；防腐蝕要求為抗微生物、耐酸堿。

海洋工程防腐蝕施工中，特別是“五區(qū)”腐蝕環(huán)境中應(yīng)用最為廣泛和經(jīng)典的就是環(huán)氧類防腐蝕材料（配套優(yōu)良的耐紫外線耐高鹽面涂材料）。因為環(huán)氧樹脂基涂料憑借其優(yōu)異的附著力和耐化學(xué)介質(zhì)性能，成為海工防腐的核心材料。其中環(huán)氧玻璃鱗片涂料通過平行疊壓的玻璃薄片（厚度2-5μm）形成迷宮效應(yīng)，大幅延長腐蝕介質(zhì)滲透路徑，從而滿足海工結(jié)構(gòu)長效的耐蝕要求。例如大連莊河海上風(fēng)電項目中，該涂料應(yīng)用于浪濺區(qū)和水位變動區(qū)，涂層厚度達400μm，配套聚氨酯面漆后總膜厚達880μm，有效抵抗海水侵蝕和機械磨損，其特殊配方使其能在水下繼續(xù)固化，適應(yīng)潮汐變化施工需求。

改性環(huán)氧樹脂涂料則在雙組份聚酰胺/胺固化體系中引入有機硅或氟碳改性，顯著提升耐海水浸泡性能。全浸區(qū)應(yīng)用表明，固化后形成的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能有效阻隔Cl?滲透，具現(xiàn)場測試阻抗模值比常規(guī)環(huán)氧提升3個數(shù)量級。除了環(huán)氧類材料外，一些新型防腐蝕材料也進入海洋構(gòu)件應(yīng)用領(lǐng)域，如當(dāng)下網(wǎng)紅新材料聚天門冬氨酸酯聚脲涂料突破傳統(tǒng)材料局限，實現(xiàn)“防腐+”多功能集成，不僅具備高保色性滿足視覺警示需求，且施工周期縮短40%。例如聚天門冬氨酸酯聚脲涂料在象山港大橋樁基防護應(yīng)用中表現(xiàn)優(yōu)異。

海洋工程結(jié)構(gòu)防腐蝕施工除了經(jīng)典的環(huán)氧樹脂材料及其改性材料，比較重要的防腐蝕材料和工業(yè)還有熱噴涂金屬涂層技術(shù)。此項材料和施工技術(shù)通過高溫電弧將金屬線材熔化、霧化后噴涂至基體表面，并涂覆有效的耐蝕涂層，形成致密的防護層。代表性四層合金樹脂復(fù)合體系技術(shù)的尖端應(yīng)用如：
第一層為100μm鋅涂層（犧牲陽極保護）
第二層為100μm鋁涂層（屏障防護+二次犧牲）
第三層為50μm環(huán)氧納米涂料（封閉孔隙）
第四層為80μm聚氨酯面漆（耐候裝飾）
該體系創(chuàng)新性地采用大功率二次霧化電弧噴涂技術(shù)，鋅鋁涂層粒子尺寸小于50μm，孔隙率低于1%，結(jié)合強度達15MPa以上。環(huán)氧層中納米石英粉（5-15%）、鈦白粉（5-15%）與鈷鎳超微細(xì)金屬粉末（1-6%）的協(xié)同作用，賦予涂層自修復(fù)能力。通過對該涂層體系的實驗室加速老化試驗表明，該體系在模擬海洋環(huán)境下防護壽命可達50年，較傳統(tǒng)涂層使用壽命延長2倍有余。

據(jù)資料刊載，海洋防腐蝕材料另一種材料---超疏水防護涂層是近年突破性技術(shù)。這種技術(shù)可以實現(xiàn)接觸角159.6°、滾動角僅7.46°的超疏水表面。該涂層摩擦系數(shù)低至0.15，磨損率較裸鋼下降兩個數(shù)量級，腐蝕速率僅為0.00015 mm/y，50次摩擦循環(huán)后仍保持142°接觸角，是浪濺區(qū)和潮汐區(qū)優(yōu)異的耐磨損材料。再就是一種叫做pH響應(yīng)型水凝膠涂料，則是海洋工程代表了智能防護材料的最新進展。這種防腐蝕材料防護機理就是當(dāng)涂層破損導(dǎo)致局部pH變化時，緩蝕劑智能釋放并在金屬表面形成保護膜，修復(fù)微損傷。實驗表明其對Q235碳鋼的保護效率達到99.7%，300μm涂層在人工海水中浸泡180天后仍保持完整防護功能。因此pH響應(yīng)型水凝膠涂料在海洋工程結(jié)構(gòu)施工應(yīng)用中具有較高的經(jīng)濟價值和廣闊的發(fā)展前景。

通過以上海洋工程結(jié)構(gòu)防腐蝕材料的特征和性能描述，防腐蝕施工技術(shù)工程師可以在施工中根據(jù)海洋工程結(jié)構(gòu)所處的“五區(qū)”環(huán)境，有針對性的選擇，筆者根據(jù)經(jīng)驗和實際施工應(yīng)用總結(jié)和歸納如下：
環(huán)氧玻璃鱗片： 干膜厚度400-500μm；優(yōu)點是抗?jié)B透、耐磨 ；適用區(qū)域為飛濺區(qū)、潮差區(qū) ；使用壽命大約為25年 。
改性環(huán)氧樹脂： 干膜厚度400μm；優(yōu)點是 耐水、抗陰極剝離； 適用區(qū)域為全浸區(qū)；使用壽命大約為30年。
合金樹脂復(fù)合：干膜厚度330μm；優(yōu)點是三重防護、自修復(fù)；適用區(qū)域為全區(qū)域；使用壽命大約為50年。
超疏水涂層：干膜厚度50-100μm；優(yōu)點是自清潔、低摩擦；適用區(qū)域為大氣區(qū)、飛濺區(qū)；使用壽命需要從實驗到實踐的驗證。
pH響應(yīng)水凝膠：干膜厚度300-500μm；優(yōu)點是自修復(fù)、智能緩釋；適用區(qū)域為全浸區(qū)、潮差區(qū)；使用壽命大約為20年。

海洋工程結(jié)構(gòu)防腐蝕涂層體系應(yīng)用，必須保證其使用壽命的耐久性，才能實現(xiàn)海洋結(jié)構(gòu)及設(shè)施的正常運行，充分降低結(jié)構(gòu)及設(shè)施的綜合維護成本提高經(jīng)濟效益。為滿足其惡劣環(huán)境下涂層體系持續(xù)的發(fā)揮最佳的功能，除了有條件的選擇防護涂層材料及其配套工藝，施工質(zhì)量可以說是防護體系的基石，“三分材料七分施工”必不可少！好材料配套優(yōu)良的施工質(zhì)量，才能實現(xiàn)材料最佳最優(yōu)的作用，保證防腐涂層長久的使用效果。

海洋工程結(jié)構(gòu)表面處理質(zhì)量直接決定涂層壽命的70%以上，特別是海洋工程鋼結(jié)構(gòu)表面處理要求達到達到以下規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)要求：
1.清潔度：噴砂除銹至Sa2.5級（ISO 8501-1）殘留鹽分≤20mg/m²
2.粗糙度：錨紋輪廓60-100μm（ISO 8503）保證機械咬合，提高涂層與金屬表面的附著力。
3.時效性：金屬表面噴砂除銹處理后4小時內(nèi)完成首道涂裝，防止二次返銹，也更適應(yīng)金屬最佳的能量活躍時間咬合力。
4.使用棱角鋼砂在0.6-0.8MPa壓力下處理表面，將處理后的表面與GB/T 8923標(biāo)準(zhǔn)照片比對；同時使用精密粗糙度儀多點測量，確保Rz值在合格區(qū)間。
5.噴砂除銹時相對濕度>85%或鋼材溫度低于露點3℃時，立即停止作業(yè)。

涂裝及涂料要求還需要符合以下要求：
1.人工及機械涂裝必須面面俱到不得遺漏，厚薄均勻一致，美觀無涂層缺陷，如氣泡，針眼，皺皮等，金屬熱噴涂必須符合其施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。
2.溫度范圍，5-40℃（環(huán)氧樹脂）；10-35℃（聚氨酯）。濕度控制，≤85%（常規(guī)涂料）；≤80%（潮固化型）。膜厚管理，多層涂裝時，每道間隔需達到表干狀態(tài)，最長不超過最大重涂間隔（通常24-48小時）。超時需進行拉毛打磨處理，增加表面粗糙度。
3.雙組份涂料混合須精確計量。甲乙組分混合后熟化10分鐘，并在適用期內(nèi)用完。
4.養(yǎng)護與固化。涂層實干前需嚴(yán)格防護，養(yǎng)護時間≥5天（環(huán)氧體系）；≥7天（厚漿型），養(yǎng)護期結(jié)束后才能投入使用。養(yǎng)護期間避免暴曬、淋雨、油污接觸及摩擦、撞擊、踐踏損傷等。
5.特別需要注意的是，涂層在不同溫度下的完全固化時間差異顯著。以改性環(huán)氧為例： 5℃固化時間≥14天25℃固化時間7天35℃固化時間3天。未充分固化的鋼結(jié)構(gòu)吊裝將導(dǎo)致涂層粘連破壞，損失防護性能。吊裝時采用專用吊具+尼龍吊帶組合，接觸點額外增加橡膠護舷，有效避免涂層損傷。

海洋工程結(jié)構(gòu)涂層質(zhì)量檢驗是涂層長效防護的最終保障，必須滿足以下要求：
涂層養(yǎng)護完成后需進行三重檢測。外觀必須均勻平整，無漏涂、起泡、開裂、針孔。厚度以每10m²取3個測量點，每點測3次取均值，85%以上測點≥設(shè)計厚度，最小值≥85%設(shè)計值。附著力測試使用拉拔法測得數(shù)值≥8MPa（GB/T 5210）。陰極剝離試驗，檢測15天后剝離半徑≤8mm（ISO 15711）。

海洋工程結(jié)構(gòu)防腐蝕涂層體系無論從材料選擇，還是施工質(zhì)量都必須從每一道工序嚴(yán)格控制，確保海洋結(jié)構(gòu)及設(shè)施正常運行和低頻率維護，因為海上結(jié)構(gòu)及設(shè)施維護成本高昂而且操作艱難，極具不可控性。據(jù)不完全統(tǒng)計統(tǒng)計，海上平臺停機損失每天高達50萬元人民幣，按照傳統(tǒng)修復(fù)工藝需船舶配合，人工搭架、噴砂，涂裝，效率低，費用高。為解決海洋維護困難，防腐蝕施工技術(shù)人員經(jīng)過多年的實踐經(jīng)驗，提出海洋工程結(jié)構(gòu)及設(shè)施維修不如岸上質(zhì)量嚴(yán)格控制的理念；另外對需要海洋工程結(jié)構(gòu)及設(shè)施遠(yuǎn)海防腐蝕維修翻新提出了一些好的施工創(chuàng)新方案，如水下施工采用無溶劑環(huán)氧膏體，礦脂包覆系統(tǒng)，無人機檢測及智能化作業(yè)等。

隨著我國海洋經(jīng)濟的快速發(fā)展，海洋工程結(jié)構(gòu)防腐材料及施工技術(shù)也突飛猛進，腐蝕監(jiān)測-預(yù)警-防護一體化是未來趨勢。新材料，新工藝，智能響應(yīng)型涂層成為海洋工程結(jié)構(gòu)防護的研究熱點，pH響應(yīng)型水凝膠涂料，微膠囊技術(shù)（當(dāng)涂層受損時微膠囊破裂釋放內(nèi)容物，3小時內(nèi)實現(xiàn)自修復(fù)），超疏水與仿生防護（仿生防污技術(shù)從鯊魚皮結(jié)構(gòu)獲得靈感，微肋條結(jié)構(gòu)+硅聚合物表面使藤壺附著強度下降80%，結(jié)合酶基生物防污劑（葡萄糖氧化酶），實現(xiàn)無毒性防污），納米復(fù)合涂料技術(shù)，石墨烯改性環(huán)氧（使耐鹽水浸泡時間較常規(guī)涂層提升4倍），PVA纖維增強混凝土等前沿海洋工程結(jié)構(gòu)及設(shè)施防護技術(shù)如雨后春筍，有效的解決了海洋惡劣環(huán)境下結(jié)構(gòu)及設(shè)施腐蝕難題。

海洋工程結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)正經(jīng)歷從被動防護到主動防御，從單一材料到系統(tǒng)集成，從定期維護到能監(jiān)控的深刻變革。未來方向?qū)⒕劢弓h(huán)?；ㄋ?、無溶劑、粉末化、技術(shù)熱噴涂等低VOC）、長效化（60年以上壽命）、智能化（自修復(fù)、可感知）及多功能集成（防腐-防污-結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測一體化）領(lǐng)域。隨著中國“海洋強國”戰(zhàn)略推進與深遠(yuǎn)海開發(fā)的提速，創(chuàng)新最具前沿的防腐技術(shù)將成為保障重大工程安全運行、降低全生命周期成本的關(guān)鍵支撐。