從國內(nèi)最長“定海神針”看碼頭鋼管樁重防腐涂料的應用！
近日，浙江省重點工程項目——華能蒼南4號海上風電工程第25號機位6根國內(nèi)最長的鋼管樁全部“扎根”海底。在該項目建設過程中，6根長達133.5米的鋼管樁所需用鋼全部由河鋼供貨。目前，河鋼已累計供應10萬余噸高端優(yōu)質(zhì)風電鋼，用于項目最為關鍵的塔筒、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施建設非常重要的鋼結構，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、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，可不考慮內(nèi)壁防腐。鋼樁的腐蝕速率當無實測資料時，如樁頂在地下水位以下且地下水無侵蝕性，可取每年0.03mm，且腐蝕預留量不應小于2mm。
水上段指從設計低水位減1.5m 起以上部位，該部位包括大氣區(qū)、浪濺區(qū)和水位變動區(qū)。水下段指從設計低水位減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計年限均為20a。
水上段防腐蝕可選用無溶劑涂料或高固體分涂料。涂料應具有良好的附著性、耐蝕性、耐候性、耐磨損、耐沖擊，同時涂料應能適應干濕交替變化。選用的涂料耐鹽霧、耐老化、耐濕熱應符合JTJ230、ISO12944、ISO20340或者NORSOK 501的要求。
水下段多采用犧牲陽極陰極保護與涂料聯(lián)合防腐蝕措施。水下段采用的涂料應能與犧牲陽極保護相配套，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個月內(nèi)尚未采取犧牲陽極陰極保護時，水下段鋼管樁應無腐蝕情況，同時應滿足減小陰極保護初始電流密度的要求。
碼頭鋼管樁重防腐涂料中，主要應用的涂料品種有環(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)氧粉末涂料漆膜堅固，耐蝕性強，耐酸、堿、抗?jié)駸?、抗鹽霧。環(huán)氧粉末涂料不含有機溶劑，固體分100％，減少對人體危害及對環(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行，施工速度快，減少勞動力。但是環(huán)氧粉末涂料在鋼管樁上的涂裝應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采用鋼管樁沉樁設計，處于我國沿海強潮區(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，設計使用壽命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。鋼管樁承臺以下約8m范圍采用加強型三層環(huán)氧粉末涂層（涂層厚度≥800mm），承臺以下約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。環(huán)氧粉末涂料用在鋼管樁上的缺點是對吊裝打樁時造成的破損部位，無法進行修補。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行修補。
3 聚氨酯涂料
聚氨酯涂料物理機械性能良好，漆膜堅韌耐磨,附著力強，耐腐蝕性優(yōu)良，漆膜耐酸堿、抗鹽霧性強。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。其中40％的鋼管樁支承的是永久性的防波堤，其它是支承臨時性設施（約5a）。
在1990年夏天拆除臨時性鋼管樁時，使用了100％聚氨酯涂料保護的鋼管樁完好如新，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，可以看出是嚴重擦傷，但是這些銹蝕也沒有擴展到其它部位。同時涂裝的環(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，增強了防腐蝕系統(tǒng)的性能，延長了耐久性。根據(jù)不同的應用環(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)復雜曲折的滲透擴散路徑，使得腐蝕介質(zhì)的擴散滲透路線變得相當曲折彎曲，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。用硅烷偶聯(lián)劑對玻璃鱗片進行處理，可以提高其強度、耐沖擊性能和耐蝕耐磨性，而且明顯加強了玻璃鱗片與樹脂之間的粘結力，這樣也相應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力，減少各接觸面的殘余應力，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500mm以上。改性環(huán)氧玻璃鱗片涂料，用碳氫樹脂改性低分子量環(huán)氧樹脂，其突出的優(yōu)點是滲透性強，具有優(yōu)異的封閉性能和附著力;體積固體分高達80％以上，溶劑含量少，有利于環(huán)境保護;與陰極保護有著良好的相容性。加入玻璃鱗片后，進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)境下應用。碼頭鋼管樁需要長達20a的耐久性能，表面處理應該噴砂達到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，由于不可能進行噴砂處理，在動力工具打磨到St2～3級的表面上涂漆，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。施工后涂層進行拉開法附著力檢驗（ISO4624），達到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
聚酯是有機酸和醇類的反應物，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。在固化中會有實質(zhì)的收縮伴以放熱反應，加入玻璃鱗片以吸收這種收縮應力。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96%～100％，固化迅速，在23℃時，干膜厚度(600～1500)mm，只要2h就可以搬運或在上面走動。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，適合直升機甲板、破冰船船殼、鋼結構的潮汐飛濺區(qū)，與陰極保護相容性好。聚酯玻璃鱗片涂料在海洋平臺和碼頭鋼管樁方面已經(jīng)有長達25a的良好應用記錄。雙組分噴漆泵和常規(guī)高壓無氣噴涂都可以進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℃時施工;使用常規(guī)的無氣噴涂泵時，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）的測試結果見表2。
