導(dǎo)語

    介紹一種與傳統(tǒng)鋼管防腐技術(shù)（3PE、陰極保護(hù)等）相容的防腐層修復(fù)的方案。在該方案中，鋼管的表面僅需做簡單清潔處理，繞包自融式的粘彈體防腐帶以形成防腐層，然后再繞包自粘合的水固化高強(qiáng)包覆帶以形成堅(jiān)硬的玻璃鋼致密網(wǎng)狀外殼。該方案的特點(diǎn)是不需要使用特殊的工具，水上和水下均可進(jìn)行操作，對(duì)環(huán)境無污染。由于高強(qiáng)包覆帶在固化前具有柔軟可塑形的特征，尤其適用于異形管件處的防腐層修復(fù)。

    正文

    我國自 20 世紀(jì) 70 年代開始，興建海洋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)施，21 世紀(jì)初進(jìn)入了海洋開發(fā)的全新時(shí)代。緊隨著海洋開發(fā)的步伐，港口碼頭、海洋平臺(tái)、跨海大橋等大量使用鋼管樁的設(shè)施面臨著嚴(yán)重的海洋腐蝕問題。 [1] 由于海洋腐蝕的特殊性、海洋鋼結(jié)構(gòu)地域的復(fù)雜性以及工程的設(shè)計(jì)、施工方案的多樣性，海洋鋼結(jié)構(gòu)防腐措施逐漸成為海洋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)施的研究重點(diǎn)。市場上已有的一些防腐方案各自具有一些優(yōu)點(diǎn)和不足，本文提出一種新型防腐修復(fù)方案，以解決當(dāng)前海洋鋼管樁防腐應(yīng)用中的一些短板和問題。

    海洋鋼管樁防腐蝕技術(shù)簡介

    目前，海洋鋼管樁主要防腐措施如表一所示：

    3PE 防腐層的底層為熔結(jié)環(huán)氧粉末，中間層為聚合物膠粘劑，用于連接底層和外防腐層，外層為聚乙烯。3PE 具有一定的機(jī)械性能和電絕緣性，但涂覆工藝復(fù)雜，若工藝控制不當(dāng)，易產(chǎn)生分層，且較難與陰極保護(hù)協(xié)調(diào)工作，如果聚乙烯層脫離，不管是從環(huán)氧粉末層或者鋼表面上分離，防護(hù)層的腐蝕防護(hù)作用都將喪失，如果聚乙烯剝離層深處與破損位置存在一定距離，陰極保護(hù)電流將不能夠到達(dá)剝離層下的鋼體表面，當(dāng)周圍環(huán)境具備腐蝕條件時(shí)，鋼體將產(chǎn)生腐蝕。 [2] 3PE防腐主要原理為物理隔絕，在陸地石油管道的防腐應(yīng)用中尤為廣泛，但是由于海洋領(lǐng)域的特殊性，其應(yīng)用效果卻差強(qiáng)人意。3PE 防腐的施工需要專用的設(shè)備，一般用于鋼管出廠前的預(yù)涂覆。

    陰極保護(hù)是電化學(xué)保護(hù)技術(shù)的一種，主要為外加電流和犧牲陽極方式。海洋鋼結(jié)構(gòu)中主要以鋅、鋁合金為犧牲陽極材料。基本與涂料防腐同時(shí)使用，目前在海水全浸區(qū)及海底泥土區(qū)通常都采用陰極保護(hù)的方法。 [3] 但在海洋鋼管樁防腐中應(yīng)用時(shí)，被保護(hù)鋼管樁必須在海水液位以下，對(duì)于海水液位以上區(qū)域無保護(hù)效果。檢查修復(fù)時(shí)需要檢測電流的大小進(jìn)行判定 , 通過改變加持電流或者根據(jù)犧牲陽極設(shè)計(jì)壽命定期更換犧牲陽極材料。犧牲陽極塊通常在海水較深區(qū)域，更換不易。

    防腐涂料通常分為常規(guī)防腐涂料和重防腐涂料，根據(jù)防腐原理又分為化學(xué)、物理和電化學(xué)防腐涂料。根據(jù)海水不同環(huán)境和工程有不同的需求，涂料涂裝施工的操作步驟是鋼材表面底層處理、底涂、中涂、面涂，需要對(duì)鋼材表面進(jìn)行機(jī)械噴砂處理，表面處理級(jí)別要求較高，需達(dá)到Sa2.5以上。基本上鋼管樁出廠時(shí)就已經(jīng)根據(jù)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行預(yù)噴涂，且基本與陰極保護(hù)同時(shí)使用。如杭州灣大橋承臺(tái)下的鋼管樁，防腐涂層需要每年定期巡檢，并對(duì)破損區(qū)域進(jìn)行修復(fù)，由于涂層本身強(qiáng)度較弱，因此防腐涂層很容易受到外界的物理型損壞、脫落、失效。修復(fù)時(shí)，對(duì)鋼管表面處理要求很高，且在海水液位以下操作不便，很難附著在鋼管表面。

    國內(nèi)大部分海洋結(jié)構(gòu)都是采用的陰極保護(hù)與防腐涂料結(jié)合的方式進(jìn)行防腐，但是對(duì)海洋鋼結(jié)構(gòu)中腐蝕最為嚴(yán)重的潮差飛濺區(qū)卻沒有很好的防護(hù)作用，隨著 PTC 等一些新型復(fù)層包覆的產(chǎn)品出現(xiàn)，包覆式防腐逐漸受到人們的重視。包覆式防腐主要分為：

    1、有機(jī)包覆——PE、環(huán)氧；2、無機(jī)包覆——水泥砂漿，金屬噴涂，電沉積；3、復(fù)層包覆——礦脂油帶包覆等。

    其中以 Denso 公司首創(chuàng)的礦脂油帶防腐系列在實(shí)際應(yīng)用中最為廣泛，其原理主要為物理隔絕防腐。該方案在實(shí)施時(shí)，需要搭建施工平臺(tái)，礦脂帶包覆方案中的外護(hù)殼需要與礦脂帶層緊密結(jié)合，且需具有隔水作用，以防止礦脂帶中的憎水材料被沖散到海水中，造成防腐失效以及對(duì)海洋環(huán)境的污染。其外殼需要事先經(jīng)過精密計(jì)算與設(shè)計(jì)，進(jìn)行預(yù)制，再運(yùn)送至現(xiàn)場進(jìn)行安裝施工，固定件為金屬螺栓，容易受到海水腐蝕，若采用合金防腐螺栓，則價(jià)格高昂。

    粘彈體海洋鋼管樁包覆防腐技術(shù)

    本文提出的新型防腐技術(shù)為粘彈體海洋鋼管樁包覆防腐技術(shù)，也是物理包覆式防腐方案的一種，通過內(nèi)層粘彈體防腐帶自身優(yōu)秀的阻水性能以及外層高強(qiáng)包覆帶優(yōu)異的耐候性及高機(jī)械強(qiáng)度對(duì)鋼管樁進(jìn)行防腐保護(hù)。

    結(jié)構(gòu)組成：粘彈體海洋鋼管樁包覆防腐技術(shù)其內(nèi)層為粘彈體防腐帶，是以丁基類具有粘彈性的防腐材料與無機(jī)添加劑共混擠出的復(fù)合帶材。外層為 FRP 增強(qiáng)材料，是以高強(qiáng)度玻璃纖維織物為基材預(yù)涂覆水固化樹脂的復(fù)合帶材。如圖一所示：

圖1 粘彈體海洋鋼管樁包覆防腐技術(shù)結(jié)構(gòu)組成示意圖

2 蛇口港SCT碼頭結(jié)構(gòu)及應(yīng)用區(qū)示意圖

    深圳蛇口港 SCT 碼頭采用犧牲陽極與涂層的方式進(jìn)行防腐，使用本文介紹技術(shù)前原鋼管樁表面防腐涂層已被破壞，鋼管樁潮差區(qū)已經(jīng)能夠看見有明顯腐蝕，此次粘彈體海洋鋼管樁包覆防腐技術(shù)的應(yīng)用主要是針對(duì)碼頭平臺(tái)下方鋼管樁潮差區(qū)進(jìn)行防腐修復(fù)，采用潛水員在水下進(jìn)行施工作業(yè)，配合原有的犧牲陽極措施繼續(xù)對(duì)鋼管進(jìn)行防腐保護(hù)的方案，具體應(yīng)用位置見圖二所示。

    1、預(yù)處理

    由潛水員攜帶鋼鏟在水下進(jìn)行鋼管樁表面處理，達(dá)到 ST2 級(jí)，無需精細(xì)處理。

圖三為鋼管清理后表面情況。

    無需整面底涂。潛水員繞包粘彈體防腐帶，層與層搭接 1-5cm，形成完整封閉層。如圖四：

圖4 粘彈體防腐帶在水下進(jìn)行搭接繞包

    3、高強(qiáng)包覆帶施工

    由潛水員繞包高強(qiáng)包覆帶，采用1/2搭接，需將粘彈體層全部包裹在內(nèi)，2 小時(shí)后固化成一種僵硬的結(jié)構(gòu)，將粘彈體防腐層有效固定在鋼管表面，并提供外護(hù)。如圖五：

圖5 高強(qiáng)包覆帶在水下進(jìn)行1/2搭接繞包

    4、包覆PE薄膜

    考慮到需要提供足夠的施工時(shí)間，高強(qiáng)包覆帶所設(shè)計(jì)的固化時(shí)間為 2 小時(shí)左右，在此期間，為防止被水面浪涌沖散，可繞包一層普通 PE 薄膜進(jìn)行臨時(shí)固定，待高強(qiáng)包覆帶固化定型后即可移除。如圖六：

圖6 粘彈體海洋鋼管樁管包覆防腐修復(fù)完成后

    粘彈體海洋鋼管樁包覆防腐技術(shù)特點(diǎn)

    粘彈體海洋鋼管樁包覆防腐技術(shù)主要依靠以下幾點(diǎn)，來達(dá)到長期防腐效果：

    1、粘彈體防腐帶粘彈性

    粘彈體防腐帶所用的丁基橡膠類材料是其具有粘彈性的主要來源，粘彈性是指粘彈體防腐帶在常溫下就具有一定流動(dòng)性能，并且是永久性的，對(duì)鋼剝離強(qiáng)度大于 0.2N/mm，即使在水中也可以牢固附著在鋼管樁表面，與此同時(shí)，該特性賦予了粘彈體防腐帶優(yōu)異的塑型性，可以對(duì)任意形狀進(jìn)行塑型，且可對(duì)自身表面的凹陷實(shí)現(xiàn)自我修復(fù)，亦或是可以填平鋼管表面凹凸不平，因此，在鋼管樁前處理時(shí)，只需要達(dá)到 ST2 級(jí)即可，且無須底漆即可直接粘接于 3PE、PP、環(huán)氧、FBE、瀝青等各種涂層，與陰極保護(hù)也可完全兼容，不僅可以用作整根鋼管樁的防腐，還可以對(duì)已經(jīng)產(chǎn)生部分銹蝕的鋼管樁進(jìn)行修補(bǔ)。粘彈體材料的密度為 1.5g/cm 3 ，大于水的密度，因此，當(dāng)在水中包覆施工時(shí)，即使將水分包裹在粘彈體材料與鋼管之間，由于重力因素，粘彈體會(huì)通過緩慢地流動(dòng)將水分?jǐn)D出去。在實(shí)際的水中包覆實(shí)驗(yàn)中，我們發(fā)現(xiàn)剛剛包覆在鋼管上的粘彈體是很容易取下，但如果放置24 小時(shí)后，粘彈體就很難從鋼管表面分離了。

    2、內(nèi)層粘彈體防腐帶阻隔水與空氣

    粘彈體防腐帶還具有優(yōu)秀的隔離水與空氣的性能，與其他常用帶材相比透水率很低，本身是高分子材料，自身具備防酸堿能力，為鋼管樁防腐蝕提供有力保障。表二是不同材料的透水率對(duì)比。

    3、高強(qiáng)包覆帶高強(qiáng)外護(hù)

    海洋環(huán)境較為復(fù)雜，鋼管樁除受到海水侵蝕外，還存在海生物附著的生物侵蝕以及外力沖擊損傷。同樣，作為防腐材料也會(huì)遇到這些腐蝕問題。

    高強(qiáng)包覆帶為玻璃纖維復(fù)合材料，可任意塑形后濕固化成型，具有優(yōu)秀的耐酸堿腐蝕能力，機(jī)械強(qiáng)度高，能夠在給粘彈體防腐帶提供防護(hù)的同時(shí)，也給鋼管樁增加一定加固防護(hù)作用。

    高強(qiáng)包覆帶機(jī)械性能參數(shù)如表三所示：

    耐久性實(shí)驗(yàn)

    用 φ45×200mm，Q235 普通碳素結(jié)構(gòu)鋼為實(shí)驗(yàn)材料，采用粘彈體海洋鋼管樁包覆防腐技術(shù)進(jìn)行包覆防腐，進(jìn)行 5 項(xiàng)耐久性實(shí)驗(yàn) 60d，剝開防腐層后鋼管表面均未出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象，如圖七。

圖7 耐久性實(shí)驗(yàn)鋼管銹蝕情況

    結(jié)束語

    本文介紹的粘彈體海洋鋼管樁包覆防腐技術(shù)是由潛水員在水下完成所有施工工作，實(shí)際應(yīng)用中也可以搭建平臺(tái)進(jìn)行施工，不需要額外大型輔助工具，根據(jù)現(xiàn)場不同情況，施工靈活多變，包覆成型簡單易行，且經(jīng)理論及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明其具有優(yōu)秀的防腐蝕耐沖擊效果，與傳統(tǒng)的涂料、PTC、陰極保護(hù)等防腐方案相容，可用于海洋、陸地等復(fù)雜環(huán)境中鋼管防護(hù)及修補(bǔ)，尤其在海洋潮差飛濺區(qū)、異形件的防腐修復(fù)上具有獨(dú)特的優(yōu)勢。

    參考文獻(xiàn)：

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