李蕊

（天津港联盟国际集装箱码头有限公司，天津 300461）

0 引言

海水富含有氯化物和硫酸盐，导电性强，是天然腐蚀剂中腐蚀性最强的介质之一，加上海面风浪的机械搅拌作用和强烈的自然对流，除特殊情况下一般认为海水是被氧所饱和的，因此普通的钢铁材料在海洋环境下都会发生严重的腐蚀[1]。

钢结构在不同的海洋环境中的腐蚀行为各不相同，可分为大气区、浪溅区、水位变动区、水下区和泥下区5个不同的腐蚀区域[2]，其基本的腐蚀趋势如图1所示[3]。

图1 钢结构在不同海洋环境下的一般腐蚀规律

其中，浪溅区和部分水位变动区是钢结构腐蚀最为严重的区域，一方面是因为该区域的钢表面受到海水的周期性润湿，长期处于干湿交替状态，氧供应充分，盐分不断浓缩；加之阳光、风吹和海水环境等协同作用导致其发生严重的腐蚀。另一方面是因为传统的涂料保护和电化学保护在浪溅区和水位变动区都不能发挥其应有的保护作用。这是由于海浪的冲击以及海水中夹带的气泡对钢结构表面涂层具有较强的破坏性，使得该区域的涂层老化加快[4]；而潮汐作用导致的水位变动，使得电化学保护在该区域不能形成有效的电流回路，电化学保护效率降低。在平均中潮位和平均低潮位之间，电化学保护约有70%的保护效率，在中潮位附近，约有50%的保护效率，而在平均中潮位和平均高潮位之间，电化学保护则因海水浸泡率太低，而无法发挥阴极保护的作用。

当前，国内对解决海洋钢结构物在大气区和水中区以下的腐蚀问题已取得良好的效果，但浪溅区和水位变动区一直是制约海洋钢结构防腐及修复的主要问题。因此，为保护海洋钢结构设施的安全运行，开发及推广适合该区域的有效防腐技术具有极其重要的经济价值和社会意义。

1 外包覆防腐技术简介

针对海洋钢结构在浪溅区和水位变动区的腐蚀尚未有良好的防腐手段且修复困难的问题，外包覆防腐技术被成功地引入国内海洋钢结构防腐市场，并在实际防腐工程应用中获得了良好的效果[5-6]。

所谓外包覆防腐技术，是指采用具有优良缓蚀性能的防腐材料及能够有效隔绝氧气和水分的密封技术包覆在钢结构表面，以达到有效减缓其发生腐蚀的技术。外包覆防腐系统普遍由以下三部分组成：防蚀膏、防蚀带及防蚀护甲。其中，防蚀膏和防蚀带中富含高效缓蚀成分并与金属基体具有良好的黏附性，能够长期有力地黏附在钢结构表面以达到长效防腐的效果；而防蚀护甲则是采用高韧度、高强度的保护材料对其内部的防蚀带提供保护的防护装置。图2即为常见外包覆防腐系统的组成示意图。

目前，已在国内海洋钢结构防腐工程中得到实际应用的外包覆防腐技术主要有以下两种：PTC新型包覆防蚀技术和Denso矿脂防腐带冷包缠技术。两种包覆技术防腐机理大致相同，但具体的缓蚀成分、包覆材料和工程应用实例仍存在一定的差别。PTC新型包覆防蚀系统由4层紧密相连的保护层组成，即防蚀膏、防蚀带、聚乙烯泡沫和玻璃钢或者增强玻璃钢防蚀保护罩。而Denso矿脂防腐带冷包缠系统则是由矿脂带底漆、冷包缠防腐带和高密度聚乙烯护甲组成。两种包覆系统的具体差别如表1所示。

图2 常见包覆防腐系统的组成示意图

表1 PTC和Denso的比较

2 天津某码头钢管桩腐蚀状况调查

天津港某码头所处海水环境为海水电阻率取ρ≈26 Ω·cm，海水流速约1.5 m/s，波高约3 m；平均相对湿度65%，最大相对湿度100%，最小相对湿度3%；设计高水位为4.30 m，设计低水位为0.50 m。码头前方承台基桩为φ1 000 mm和φ1 200 mm钢管桩，材质Q345，总数为1 511根。桩径φ1 200 mm钢管桩桩帽的底标高为2.12 m，而桩径φ1 000 mm钢管桩桩帽的底标高为2.32 m。依据标准JTS 153-3—2007计算可知，该码头钢管桩仅具有水位变动区、水下区和泥下区。其中水中区和泥下区钢管桩采用牺牲阳极阴极保护，水位变动区采用防腐涂层和牺牲阳极联合保护，防腐涂层采用725L-H53-9环氧重防腐涂料，于2006年7月竣工，设计使用年限30 a。

在该码头运营4 a后的常规检测中发现，少数钢管桩水位变动区的涂层已发生破损，且涂层破损处开始返锈，锈层的厚度较薄，实测壁厚未见明显减薄，钢管桩涂层破损情况如图3所示。但考虑到该区域阴极保护系统并不能发挥有效的保护作用，涂层的破损必将严重威胁钢管桩的安全运行，因此对钢管桩的涂层破损处进行防腐修复势在必行。通过大量的修复工艺比选和工程实地调研，决定采用PTC新型包覆防蚀技术和Denso矿脂防腐带冷包缠技术对钢管桩的涂层破损处进行修复。

图3 钢管桩涂层破损情况

3 外包覆防腐技术施工

桩径φ1 200 mm钢管桩修复的包覆长度为2.6 m，使用PTC新型包覆防蚀技术进行修复；桩径φ1 000 mm钢管桩修复的包覆长度为3.16 m，采用Denso矿脂防腐带冷包缠技术进行修复，总修复面积为219.43 m2。该码头所在墩台的底标高较低，钢桩仅在低潮位时才能有1.0～1.5 m的长度露出水面，因此，两种包覆工艺均需通过专业的潜水人员进行施工，这给现场的安装工作带来了很多不便。

PTC新型包覆防蚀技术施工主要包括7个步骤，分别为施工前准备、钢桩表面处理、涂抹防蚀膏、缠绕防蚀带、安装防护罩、螺栓紧固和端部密封。Denso矿脂防腐带冷包缠技术施工主要包括施工前准备、钢桩表面处理、涂抹矿脂带底漆、缠绕矿脂带、安装护甲、液压装置紧固和螺栓加固。两种包覆工艺的施工注意事项如表2所示。

表2 PTC和Denso防腐工艺的施工注意事项

图4为分别采用PTC新型包覆防蚀技术和Denso矿脂防腐带冷包缠技术修复后的钢管桩外观照片。可以看出，两种包覆工艺均能够在天津港特殊的水文条件下取得良好的修复效果。

图4 修复后钢管桩外观照片

4 结语

此次钢管桩防腐修复工程的圆满完成，说明外包覆防腐技术是用于海洋钢结构浪溅区和水位变动区防腐修复的较为理想的方法。本次在天津港范围内首次使用外包覆防腐技术修复钢管桩的破损涂层，不仅有效地解决了该码头钢管桩浪溅区和水位变动区的涂层破损问题，为解决天津港钢管桩水位变动区的防腐修复积累了宝贵的经验，也为该新型外包覆修复技术在天津港码头的修复施工提供了示范性参考。

[1]魏宝明.金属腐蚀理论及应用[M].北京：化学工业出版社，1984.

[2]JTS153-3—2007，海港工程钢结构防腐蚀技术规范[S].

[3] 涂湘湘.实用防腐蚀工程施工手册[M].北京：化学工业出版社，2000.

[4]M舒马赫.海水腐蚀手册[M].李大超，杨荫，译.北京：国防工业出版社，1985.

[5] 李云飞，唐聪，陈韬.钢管桩阴极保护与Denso防腐蚀技术联合保护[J].中国港湾建设，2011（2）：8-9，67.

[6]侯保荣.钢铁设施在海洋浪花飞溅区的腐蚀行为及其新型包覆防护技术[J].腐蚀与防护，2008，28（7）：174-175，187.