海洋環(huán)境中的風(fēng)力發(fā)電的樁基，暴露于強電解質(zhì)溶液的海水中，與周圍介質(zhì)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而受到腐蝕。特別在浪花飛濺區(qū)，腐蝕速度比海水全浸區(qū)高出 3 ～ 10 倍。我國目前的防腐措施，水上部分以防腐涂層為主，水下部分采取防腐涂層和陰極保護技術(shù)相結(jié)合，對于海洋鋼結(jié)構(gòu)腐蝕最嚴重的浪花飛濺區(qū)的防腐蝕是整個防腐系統(tǒng)的短板，必須采用耐久長效的防腐蝕措施。

    為尋求有效針對浪花飛濺區(qū)的防腐技術(shù)，中國科學(xué)院海洋研究所國家海洋腐蝕防護工程技術(shù)研究中心研發(fā)了復(fù)層礦脂包覆防腐（Petrolatum Tape and Covering system ，簡稱 PTC）技術(shù)，其防腐效果優(yōu)異、防護壽命長、施工方便、對基材表面處理要求低、可帶水作業(yè)等優(yōu)點。

    海洋鋼樁式結(jié)構(gòu)的腐蝕規(guī)律

    海洋腐蝕環(huán)境可以分成 5 個區(qū)帶，海洋大氣區(qū)、浪花飛濺區(qū)、海洋潮差區(qū)、海水全浸區(qū)和海底泥土區(qū)。在海洋環(huán)境的五個不同腐蝕區(qū)帶，浪花飛濺區(qū)部位的腐蝕最為嚴重。主要的原因是， 鋼表面受到海水的周期性潤濕， 處于干濕交替狀態(tài)，氧供應(yīng)充分，鹽分不斷濃縮；加之陽光、風(fēng)吹和海水環(huán)境等協(xié)同作用以及銹層的氧化還原過程導(dǎo)致發(fā)生最嚴重的腐蝕。

海洋鋼鐵設(shè)施不同區(qū)帶的腐蝕速度圖

某碼頭鋼樁浪濺區(qū)腐蝕狀況

    一般情況下， 鋼在海洋大氣中的平均腐蝕速度約為0.03～0.08毫米 / 年；而浪花飛濺區(qū)為 0.3 ～ 0.5 毫米 / 年。同一種鋼，在浪花飛濺區(qū)的腐蝕速度可比海水全浸區(qū)中高出 3 ～ 10 倍。對于海洋鋼結(jié)構(gòu)來說，大氣區(qū)使用涂料防腐蝕是一種可行的防護方法，而且價格也比較便宜。但對于浪花飛濺區(qū)使用涂料防護，由于其表面處理要求高，不耐沖擊，防護時間較短，盡管前期費用較低，但長期成本還是較高的。陰極保護技術(shù)和涂層聯(lián)合使用，可以使水下金屬結(jié)構(gòu)物獲得最經(jīng)濟和有效地保護。但是，陰極保護技術(shù)在海洋潮差區(qū)應(yīng)用時，只有當潮漲上來后才可對浸入海水中的鋼樁發(fā)揮作用，當潮退以后，則不會發(fā)生作用，有效防護時間短；對于浪花飛濺區(qū)部位的鋼樁，陰極保護基本不會發(fā)生作用，不能起到防腐效果。所以對于浪花飛濺區(qū)部位來說，必須采取切實有效且長久的防腐蝕措施，充分保障海洋鋼結(jié)構(gòu)的安全。

    浪濺區(qū)包覆防腐技術(shù)

    1.浪濺區(qū)的腐蝕與防護

    在浪花飛濺區(qū)，涂料因海水沖擊易剝落，電化學(xué)保護因不能形成穩(wěn)定電流回路不能充分發(fā)揮作用，國內(nèi)外防腐蝕工作者研究了各種防腐蝕方法，開發(fā)了長期耐久的重防腐涂料，包括采用包覆蒙乃爾合金、銅 - 鎳合金、不銹鋼、犧牲鋼、混凝土、橡膠及玻璃鋼等。2012 年日本羽田機場新建了飛機跑道全部為鋼樁式結(jié)構(gòu)，他們對浪花飛濺區(qū)采用了性能優(yōu)良的不銹鋼包覆，在大氣區(qū)采用包覆鈦合金，水下采用陰極保護技術(shù)，總防腐面積 360 萬平方米，其設(shè)計使用壽命為 100年，這種方法價格昂貴，也由于技術(shù)難度大，我國還未采用。

    我們多年連續(xù)研究與國外長期合作，開發(fā)了 PTC 復(fù)層礦脂包覆防腐技術(shù)，這種技術(shù)價格便宜，施工方便，表面處理要求低，在國外，已經(jīng)有應(yīng)用 35 年以上的應(yīng)用案例，在國內(nèi)已經(jīng)有 10 年以上的應(yīng)用實踐。申請的專利早已被授權(quán)，受國家專利法的保護，復(fù)層礦脂包覆防腐技術(shù)已經(jīng)成為國家標準，并于 2016 年 5 月 1 日正式實施，也已經(jīng)申請注冊了商標和防偽標志。隨著我國海上油田、風(fēng)電等海洋開發(fā)的不斷深入，海洋鋼構(gòu)設(shè)施的不斷建立，發(fā)展適應(yīng)我國不同海域、不同結(jié)構(gòu)的長期有效的浪花飛濺區(qū)腐蝕防護與修復(fù)技術(shù)具有極其重要的經(jīng)濟價值和社會意義。

    2. PTC復(fù)層礦脂包覆防腐系統(tǒng)

    PTC 復(fù)層礦脂包覆防腐系統(tǒng)由四層緊密相連的保護層組成，包括礦脂防蝕膏、礦脂防蝕帶、密封緩沖層和增強玻璃鋼保護罩。PTC 技術(shù)中礦脂防蝕膏和礦脂防蝕帶是該技術(shù)的核心部分，添加有抗腐蝕材料，具有優(yōu)良的保護性、粘附性、與水和空氣隔絕性，長期不會變質(zhì)，強有力地粘附在鋼鐵設(shè)施表面達到長效的防腐蝕效果。堅固的玻璃鋼保護罩能夠有效的緩解外界機械撞擊的破壞，并對內(nèi)部防蝕膏、防蝕帶起到更好的保護效果。礦脂防蝕膏是一種人造的淡褐色油性膏狀緩蝕化合物，直接涂抹于鋼結(jié)構(gòu)表面，在潮濕環(huán)境中具有很好的防腐蝕性能，能夠長期高效穩(wěn)定地使鋼結(jié)構(gòu)物在嚴酷的腐蝕環(huán)境免遭腐蝕。

鋼管樁包覆防腐技術(shù)結(jié)構(gòu)示意圖

復(fù)層礦脂包覆防腐技術(shù)示意圖

    礦脂防蝕膏中的復(fù)合防銹劑中含銹轉(zhuǎn)化劑，可將金屬表面的銹層轉(zhuǎn)化為堅硬的螯合化合物，起到除銹、防銹雙重作用，降低表面處理的要求，節(jié)約人工成本。復(fù)合防銹劑還含有不對稱結(jié)構(gòu)的表面活性物質(zhì)，可以將金屬表面的水膜置換掉，因此礦脂防蝕膏可以在水下進行施工。

    礦脂防蝕帶是一種淡黃色，浸漬有特制化合物的帶狀防蝕材料。礦脂防蝕帶具有良好的柔韌性能，能夠增強整體的密封性能，有效阻擋水以及腐蝕性介質(zhì)入侵，起到強化的腐蝕防護性能。礦脂防蝕帶也具有良好的疏水性能，可以在水下施工。

    密封緩沖層具有較好的致密性、彈性、隔熱性和防水性，除了起到很好的密封效果，還能有效緩沖外界機械撞擊對鋼結(jié)構(gòu)的損壞。

    防蝕保護罩由增強玻璃鋼外套、密封緩沖層、擋板、不銹鋼螺栓和底部卡箍等部分組成。

    增強玻璃鋼外套具有高的機械強度、優(yōu)異的耐腐蝕性、耐熱性、 耐磨性和耐久性。 對于規(guī)則部位， 可以在工廠預(yù)制成型；對于不規(guī)則部位，可以在現(xiàn)場制作玻璃鋼保護套。采用卡箍加螺栓固定的方式可以保證防蝕保護罩固定牢靠，不易脫落。

    該技術(shù)獲得 3 項國家發(fā)明專利，1 項實用新型專利，具有防腐效果好、對結(jié)構(gòu)物附加載荷小、密封性強、機械強度高、抗沖擊性能強、防腐年限長（30 年以上）的優(yōu)點；該技術(shù)工藝簡單，無需固化、加熱、噴砂、動火，施工時間短；基材表面處理低于 St2 級；可帶水作業(yè)；受熱脹冷縮影響小；適于任何形狀結(jié)構(gòu)物。綠色環(huán)保。

    該技術(shù)設(shè)計和施工時參照國家標準《海洋鋼鐵構(gòu)筑物復(fù)層礦脂包覆防腐蝕技術(shù)》GB/T 32119-2015。

    復(fù)層礦脂包覆防腐蝕技術(shù)（PTC）施工工藝

    1.現(xiàn)場準備

    根據(jù)施工現(xiàn)場條件與施工位置，設(shè)計搭建不同的輔助設(shè)施或使用工具，創(chuàng)造施工條件。可以搭腳手架、吊籃；也可使用小船、浮筏；

    2.鋼樁表面處理

    為保證礦脂防蝕膏能與鋼材表面充分結(jié)合，達到最佳的保護效果，需要進行鋼材表面處理，用鏟刀和高壓水槍除去附著的海生物，表面的殘留物不應(yīng)高于 10mm。除銹分為手工除銹和電動除銹。一般不需要噴砂處理。

    3.涂抹礦脂防蝕膏

    擠出少許礦脂防蝕膏于手掌中間，進行涂抹，使礦脂防蝕膏在鋼結(jié)構(gòu)表面均勻分布。對于光滑表面約 300g/m 2 ，銹蝕特別嚴重處約 400 ～ 500g/m 2 。

         鋼結(jié)構(gòu)表面處理

涂抹礦脂防蝕膏

    4.纏繞礦脂防蝕帶

    由樁底部向上螺旋狀包覆，纏繞時需注意將空氣壓出，并需保持有 55%的礦脂防蝕帶重疊，保證鋼樁各處均有2 層以上礦脂防蝕帶覆蓋。

纏繞礦脂防蝕帶

    5.安裝密封緩沖層

    密封緩沖層是本技術(shù)中不可分割的一部分，它可以減緩?fù)饨鐩_擊的破壞；對內(nèi)部的礦脂防蝕膏、礦脂防蝕帶具有很好的密封效果，同時還可以調(diào)整防蝕保護罩的安裝偏差。為安裝方便，在實際施工過程中，是將該密封緩沖層事先粘貼在玻璃鋼保護罩的內(nèi)面，連同玻璃鋼保護罩一同安裝。

    6.安裝防蝕保護罩

    防護罩由底向上安裝。在安裝防護罩時，要對準法蘭位置，用耐腐蝕性能優(yōu)良的 316L 不銹鋼螺栓固定。螺栓需用專用扳手擰緊；注意螺栓上緊的順序及扭力矩大小，最大扭力矩為 28NM。

    在法蘭接縫處安裝擋板，擋板與防護罩材料相同，以防止安裝防護罩時刮破防蝕帶，并起到在法蘭處的密封作用。

防蝕保護罩安裝

    7.安裝卡箍及端部密封

    在防護罩下端部安裝支撐卡箍，防止玻璃鋼外殼下滑；并在其縫隙處使用水中固化型環(huán)氧樹脂密封；防護罩上端部同樣用水中固化型環(huán)氧樹脂密封。

    復(fù) 層 礦 脂 包 覆 防 腐 蝕 技 術(shù)（PTC） 部分工程實例

湛江港400#碼頭鋼樁腐蝕修復(fù)工程（2009年）

江蘇鹽城大豐港鋼樁腐蝕修復(fù)工程（2011年）

寧波中化興中碼頭腐蝕修復(fù)工程（2011年）

    丹東華能電廠碼頭腐蝕修復(fù)工程 （2013年）此項目位于遼寧丹東，冬季最低溫度可達零下二十度，

工程周邊海域冬季結(jié)冰現(xiàn)象嚴重。應(yīng)用PTC技術(shù)防腐三年后，經(jīng)現(xiàn)場檢查，不僅耐腐效果好，而且耐嚴寒和浮冰撞擊的能非常優(yōu)異。

    復(fù)層礦脂包覆防腐技術(shù)在海上風(fēng)電設(shè)施上的應(yīng)用

    海上風(fēng)電機組一般位于近海，按部位劃分，風(fēng)機基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)處于飛濺區(qū)、潮差區(qū)、全浸區(qū)及海泥區(qū)，風(fēng)機機組、葉片和塔架等處于大氣區(qū)。其腐蝕環(huán)境和腐蝕特征等同于海洋環(huán)境下鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕規(guī)律。

    相比較于碼頭鋼管樁， 風(fēng)電基礎(chǔ)樁徑特別大、 高程高、 樁柱呈圓錐狀、 結(jié)構(gòu)復(fù)雜；而且施工面臨風(fēng)大、泥濘、浪高；距離遠、半日潮，往返交通工具速度慢，花時間長，可作業(yè)時間短；施工架手架搭建難度大施工腳手架搭建難度大等制約因素。

    經(jīng)過研究和實際實驗，取得了以下技術(shù)方面的突破，并成功將復(fù)層礦脂包覆防腐技術(shù)應(yīng)用于海上風(fēng)電樁基上：

    ①針對風(fēng)電基礎(chǔ)直徑大的特點，采用上下左右多片保護罩組合、緊固的方式，解決了風(fēng)電結(jié)構(gòu)外保護罩的問題。

    ②針對風(fēng)電上的復(fù)雜結(jié)構(gòu)（防撞管、爬梯和線纜管等），采用 FRP 現(xiàn)場成型技術(shù)進行保護罩制作；預(yù)制保護罩和現(xiàn)場特殊開口處，應(yīng)用鈦合金鉚釘固定等工藝，解決了風(fēng)電基礎(chǔ)復(fù)雜結(jié)構(gòu)部位的施工難題。

    ③針對風(fēng)電基礎(chǔ)呈錐型上細下粗的特點，根據(jù)實際包覆位置的直徑變化，提前設(shè)計好模具，預(yù)制玻璃鋼。

    ④海上風(fēng)電機組所處自然環(huán)境復(fù)雜，有些機組離岸較近，退潮時可直接露出泥土區(qū)，由于長時間在海里浸泡，部分地方淤泥較深。若需在退潮時進駐現(xiàn)場，選擇適宜的陸地交通工具，要對輪胎做特殊處理，以及提前勘探好路線。

色覆后鋼樁圖

    結(jié)論

    復(fù)層礦脂包覆防腐技術(shù)具有施工方便、對基材表面處理要求低、可帶水作業(yè)等優(yōu)點。采用該技術(shù)對風(fēng)機基礎(chǔ)浪花飛濺區(qū)進行保護，可延長維修周期、延長風(fēng)機基礎(chǔ)的使用壽命，節(jié)省維修保養(yǎng)費用，確保生產(chǎn)正常進行。

    實現(xiàn)特大直徑、錐形、較高包覆高度、復(fù)雜結(jié)構(gòu)的海上風(fēng)電鋼樁潮間帶、浪花飛濺區(qū)復(fù)層礦脂包覆防腐的首用案例；實現(xiàn)包覆技術(shù)應(yīng)用中保護罩大直徑，上下左右多片組合、緊固的世界難題；成功采用預(yù)制玻璃鋼保護罩和現(xiàn)場制作玻璃鋼保護罩、復(fù)雜結(jié)構(gòu)處鈦合金鉚釘固定修補相結(jié)合的工藝解決了風(fēng)電基礎(chǔ)復(fù)雜結(jié)構(gòu)部位的施工難題。

    復(fù)層礦脂包覆防腐技術(shù)已經(jīng)取得了很大成功，獲得了國家專利和通過了國家標準：