舊鋼管樁防腐涂層

1、摘要：舊鋼管樁在使用多年后以及新鋼管樁在施工過(guò)程中，防腐層的腐蝕、殘損不可避免，如何進(jìn)行維修是個(gè)大難題，迄今成功的工程案例不多。就此提出一種新的解決方案，論述了防腐材料選擇及施工工藝，并通過(guò)實(shí)際應(yīng)用，驗(yàn)證了該方案具有可行性和可靠性。      對(duì)于碼頭、橋梁等海上建筑，常采用鋼管樁或預(yù)應(yīng)力混凝土(PHC)樁構(gòu)建基礎(chǔ)，其中鋼管樁的應(yīng)用更普遍。在做PHC樁與鋼管樁防腐層時(shí)，用料和施工工藝大同小異，主要在底涂的處理上不同。本文僅就鋼管樁的防腐用材和舊涂層的修復(fù)進(jìn)行闡述。在介紹鋼管樁殘舊涂層維修的材料選擇和施工工藝之前，有必要先就新鋼管樁的防

2、腐設(shè)計(jì)規(guī)范及涂裝方案作一些說(shuō)明。    1鋼管樁防腐設(shè)計(jì)規(guī)范及新樁涂裝方案    如今鋼管樁防腐涂層的設(shè)計(jì)有效防護(hù)年限多要求達(dá)30a。對(duì)應(yīng)于海洋環(huán)境，尤其是潮差區(qū)，由于周而復(fù)始受海水的沖擊和浸泡、干濕交替、影響腐蝕速度的氧濃度差高等原因，真正要做到有效防護(hù)30a并不容易。國(guó)內(nèi)鋼管樁防腐蝕設(shè)計(jì)依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)，就是交通部頒標(biāo)準(zhǔn)JTJ230-89海港工程鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)已明顯滯后，新的標(biāo)準(zhǔn)尚在修訂中，使得目前鋼管樁防腐層方案眾多。相對(duì)應(yīng)國(guó)際上，最嚴(yán)格也最廣為接受的是挪威的NORSOK標(biāo)準(zhǔn)。NORSOKM501表

3、面處理和保護(hù)涂料標(biāo)準(zhǔn)不但針對(duì)各種典型的海洋工程環(huán)境和不同的構(gòu)件給出了推薦的涂料系統(tǒng)、預(yù)處理要求、施工要求、檢測(cè)方法等，而且直接對(duì)可接受用于海洋工程的涂料性能檢測(cè)指標(biāo)要求和檢測(cè)的方法給出了明確的規(guī)定。比如，適用于鋼管樁水下區(qū)和飛濺區(qū)的涂層配套方案，要求噴砂處理到Sa2.5級(jí)，粗糙度Ry55085m；推薦使用雙組分環(huán)氧，干膜厚度2×225m；涂層系統(tǒng)須與陰極保護(hù)一起使用，根據(jù)需要可以使用防污漆系統(tǒng)。所用涂料須經(jīng)測(cè)試，要求性能檢測(cè)指標(biāo)，潮濕箱測(cè)試達(dá)4200h以上；鹽霧+人工加速老化循環(huán)試驗(yàn)達(dá)4200h以上。中國(guó)的海上固定平臺(tái)入級(jí)與建筑規(guī)范和美國(guó)NACE規(guī)范RP-01-76(1983)也都是

4、全面參照的NORSOK標(biāo)準(zhǔn)。由于NORSOKM501標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于鹽霧+人工老化循環(huán)試驗(yàn)的測(cè)試方法不在國(guó)標(biāo)規(guī)定的檢測(cè)方法之列，所以我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)涂料性能的要求折中為須經(jīng)過(guò)4000h的耐鹽霧試驗(yàn)，2000h的耐老化試驗(yàn)和4000h的耐濕熱試驗(yàn)。能夠全面達(dá)到以上性能指標(biāo)的涂料應(yīng)該說(shuō)都是好涂料，防腐性能出色。    目前，涂料供應(yīng)廠商針對(duì)鋼管樁的防腐，所推薦的涂料方案大致可歸納如下：水下區(qū)采用高固體份雙組分環(huán)氧涂料(尤其推薦使用高性能改性環(huán)氧涂料)，總膜厚要求達(dá)450m，分兩道或多道涂裝。因考慮與陰極保護(hù)配套使用，第一道底涂多采用耐電位性好以及可減少陰極保護(hù)初始電流

5、密度的含鋅粉或鋁粉型漆。潮差區(qū)因腐蝕環(huán)境最為惡劣，現(xiàn)大多推薦使用玻璃鱗片涂料。其中主要包括環(huán)氧玻璃鱗片涂料和不飽和聚酯(乙烯基酯聚酯為最佳)玻璃鱗片涂料。前者涂厚500650m，可分兩道涂(最好先涂一道環(huán)氧富鋅底漆4060m)。后者聚酯樹(shù)脂一般要求做到1500m，分兩道或多道涂。水上區(qū)因無(wú)外加電流進(jìn)行陰極保護(hù)，宜選用具陰極保護(hù)功能的無(wú)機(jī)富鋅底漆(40m)或環(huán)氧富鋅底漆(60m)，再涂高性能改性環(huán)氧漆兩道400m作中間漆，最后涂面漆60m。面漆常規(guī)的選擇是丙烯酸改性聚氨酯面漆，另外有的丙烯酸改性環(huán)氧面漆也可選用。    近幾年，隨著鋼管樁的生產(chǎn)加工工廠流水

6、線化的發(fā)展，一種新的涂裝工藝得到了推廣，那就是采用熔結(jié)環(huán)氧粉末涂料來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的噴涂液態(tài)環(huán)氧漆。杭州灣大橋和連接舟山到寧波鎮(zhèn)海的金塘大橋都采用這種方案，具體做法是水上區(qū)和潮差區(qū)涂3道800m，面漆要求耐候性佳；水下區(qū)涂2道600m，外加陰極保護(hù)；泥下區(qū)涂1道300m。    除以上常規(guī)的用漆方案外，現(xiàn)在也有一些比較特殊的用漆方案，譬如有將聚脲涂料用于鋼管樁保護(hù)的。聚脲涂料采用專用設(shè)備，將雙組分加熱后噴出混合，69s表干，30s可行走，30min可投入使用。優(yōu)點(diǎn)是質(zhì)地致密，涂層一次成型整體性好，有彈性，施工基本不受陰天、高濕、低溫等天氣條件影響。它的缺點(diǎn)是對(duì)

7、基材表面的濕潤(rùn)性不好，基材與涂層之間容易粘合不佳，在水下涂層端口處甚至易滲進(jìn)水，需密封。它可以在陰天施工，但卻不允許基材表面潮濕，因?yàn)榭諝庵械臐駳獠蛔阋杂绊懣焖俟袒磻?yīng)，但基材表面有水就會(huì)參與反應(yīng)而產(chǎn)生氣泡。即使反應(yīng)程度小，水保留在基材與涂層之間，而涂層本身濕潤(rùn)性又差，其危害也是非常大的。上海洋山港曾選擇聚脲涂料用于新鋼管樁的防腐涂裝，防腐效果不理想。    2舊鋼管樁防腐涂層維修材料選擇    鋼管樁防腐涂層使用年限長(zhǎng)，腐蝕環(huán)境惡劣，加上機(jī)械損傷等，涂層的破損失效難以避免，但維修起來(lái)卻相當(dāng)困難，其難度體現(xiàn)在防腐材

8、料的選擇和如何進(jìn)行施工兩方面。問(wèn)題的關(guān)鍵在于部分修補(bǔ)區(qū)域在水下，部分在水上但受海浪的沖擊。另外隨著潮漲潮落，新做的涂層可能尚未固化就會(huì)被海水浸泡或海浪沖擊走。這樣看來(lái)，前面介紹的常規(guī)防腐材料，及快速固化的聚脲涂料等，都是不適合用于舊鋼管樁防腐涂層維修的。    要做好鋼管樁的維修涂裝，采用能夠水下涂裝、水下固化的高性能涂料當(dāng)是最佳之選。目前，這類涂料基本都屬于無(wú)溶劑改性環(huán)氧類涂料，而且為增加抗?jié)B性，大都加玻璃鱗片作為填料，所以也屬于高性能玻璃鱗片涂料。與以上新做鋼管樁推薦選用的環(huán)氧玻璃鱗片涂料相比，除了具備水下涂裝、水下固化性能不同外，其它防腐性能基本相

9、當(dāng)。而且，水下涂裝漆固化后，漆膜內(nèi)不會(huì)有海水留存(否則漆膜不會(huì)致密)。所以，只要施工做得恰當(dāng)，水下涂裝改性環(huán)氧玻璃鱗片漆涂裝后，其防腐性能是可以保證的，并且完全符合NORSOKM501標(biāo)準(zhǔn)之要求。此外，改性環(huán)氧漆對(duì)新舊漆膜的相容性會(huì)比較好，修補(bǔ)也容易。至于具體適用的產(chǎn)品，國(guó)外有少數(shù)幾個(gè)品牌的涂料在國(guó)內(nèi)推銷，價(jià)格都比較貴。海軍曾經(jīng)委托國(guó)內(nèi)幾大涂料生產(chǎn)廠商開(kāi)發(fā)這一類型涂料，而最終選用的是深圳浩美的BW231無(wú)溶劑水下涂裝改性環(huán)氧玻璃鱗片漆。該產(chǎn)品技術(shù)成熟，性能優(yōu)秀。其主要性能指標(biāo)：中性鹽霧達(dá)10000h，耐濕熱試驗(yàn)5000h，附著力7.2MPa，耐大氣曝曬8760h等。單就其指標(biāo)而言，大多優(yōu)于國(guó)外

10、同類產(chǎn)品。我們?cè)诒眮龈鄣V石碼頭內(nèi)選擇對(duì)三種典型的產(chǎn)品進(jìn)行水下涂裝試驗(yàn)，除BW231漆外，另兩種為進(jìn)口漆。總體來(lái)說(shuō)，這三種漆性能都不錯(cuò)，因?yàn)樵囼?yàn)時(shí)間有限很難做更長(zhǎng)久的比較，但有一點(diǎn)，那就是兩種進(jìn)口漆水下涂裝均勻性很差，而BW231漆則均勻性良好，而且其價(jià)格較進(jìn)口漆便宜很多。    杭州灣大橋針對(duì)鋼管樁施工過(guò)程中造成的防腐涂層破損的修補(bǔ)則是采用的interzone954改性環(huán)氧高固體份涂料，這種漆的特性跟以上介紹的水下涂裝改性環(huán)氧漆相似，但它屬有溶劑漆，不可水下涂裝，涂裝時(shí)有濕度要求，待到其溶劑揮發(fā)完后允許水下繼續(xù)固化，所以施工的局限性很大。 &

11、#160;  除了以上基于涂料的選材之外，也有一些非基于涂料的方案和選材，這里介紹其中的一種。上世紀(jì)90年代，國(guó)內(nèi)曾研究采用聚乙烯塑料膜包覆鋼管樁的防腐新工藝，并著重就聚乙烯材料作了較深入研究。但這種工藝并未得到推廣應(yīng)用。在修補(bǔ)鋼管樁舊涂層時(shí)，因常規(guī)的施工工藝難以解決，故選用材料性能相對(duì)優(yōu)秀的一家英國(guó)公司生產(chǎn)的所謂“海洋護(hù)甲”PVC膜來(lái)組成包覆防腐工藝。具體做法是：對(duì)舊鋼管樁表面進(jìn)行手工除銹處理，涂上一層礦脂底漆，填平表面洼坑和隔絕空氣與海水；然后，纏繞一層礦脂帶；最后，包覆一層高密度聚氯乙烯“海洋護(hù)甲”，保證緊密粘結(jié)、屏蔽和增加耐撞性。該工藝造價(jià)非常貴，合約1000元/m

12、2，相比于常規(guī)采用水下涂裝涂料方案，要貴好幾倍，很難得到推廣應(yīng)用。就工藝而言也有不足。比如，塑料膜材料在海水中延伸率會(huì)隨時(shí)間變化；半固態(tài)礦脂作粘結(jié)和密封材料在海水沖擊下，密閉及抗?jié)B透性不可靠；前處理過(guò)于粗略，不穩(wěn)定價(jià)鐵離子及鹽份被滯留；潮位以下或近潮位施工時(shí)會(huì)將海水裹進(jìn)礦脂內(nèi)破壞其效用，以致實(shí)際工程中只能做到上半個(gè)潮差區(qū)及以上部分。    總的說(shuō)來(lái)，采用基于水下涂裝涂料的選材和方案應(yīng)屬主流之選，該方案有著簡(jiǎn)單易行、可靠以及后續(xù)維修方便等特點(diǎn)。其可靠性具體體現(xiàn)在：涂料性能可依照NORSOK標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)和評(píng)價(jià)；施工的每一環(huán)節(jié)都可依照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行工序控制和質(zhì)量監(jiān)督；涂

13、膜的最終質(zhì)量可測(cè)、可控。當(dāng)監(jiān)控到位時(shí)，維修后涂層與新樁初始涂層理論上無(wú)差別。這些都是其它的方案所不具備的。 3舊鋼管樁防腐涂層維修新工藝    合適的水下涂裝涂料選材確定之后，如何施工卻是個(gè)問(wèn)題。困難在于：前處理除銹和清潔該如何做，尤其是水下部分和受海浪沖擊的部位；水下部分涂漆如何保證涂裝均勻，并減少材料浪費(fèi)；怎樣確立每一工序的施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，以及如何進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)和監(jiān)督；如何克服宜施工時(shí)段受潮位制約的影響因素。針對(duì)以上難題，提出一種用于鋼管樁防腐涂層維修的新工藝，并且于2007年6月在寧波港北侖股份有限公司碼頭內(nèi)進(jìn)行了試驗(yàn)，防腐效果理想。維修后新

14、涂層狀態(tài)佳，承諾的有效防腐年限為1520a。下面具體介紹該新工藝：    (1)前處理除銹和清潔。采用了一種新的前處理施工方法，即用磨料水射流技術(shù)，對(duì)鋼管樁進(jìn)行除銹和清潔。這種工藝特別之處在于，磨料水射流噴出的高壓水壓力達(dá)近50MPa，并夾帶磨料(硬質(zhì)砂礫)集束噴射，對(duì)鐵銹及海生物的鏟除效果和效率都要明顯優(yōu)于干噴砂，除銹的同時(shí)將表面沉積的鹽份也清洗得很干凈。其施工設(shè)備系特別定制的，其中噴頭系統(tǒng)采用專利噴嘴。這種工藝不但能在水上作業(yè)，在水下也可以。其功能為：除銹。在水下帶磨料的水射流會(huì)受到海水的阻尼，壓力會(huì)衰減。但因噴嘴噴出壓力很高，當(dāng)噴嘴距管樁表面較近時(shí)

15、(150mm)，壓力衰減的程度約為10%30%。這樣到達(dá)管樁表面的壓力30MPa是可保證的，而這個(gè)壓力對(duì)于除銹是可以的，當(dāng)然效率較水上除銹會(huì)有所降低。清除海生物。海生物包括貝殼類及青苔類等，它們比鐵銹更容易清除。除鹽。管樁表面的積鹽來(lái)自海水，是可溶性鹽。當(dāng)鐵銹、海生物被清除干凈后，水下鋼管樁表面并無(wú)固態(tài)積鹽存在，涂上水下涂裝型漆后，海水連同鹽份會(huì)被排擠出漆膜外，不會(huì)再有遺留。因此，磨料水射流工藝是適合用于水下除銹和清潔的有效前處理方法。另外該工藝施工設(shè)備機(jī)動(dòng)性和操控性良好，也有利于水上水下的施工作業(yè)。    (2)涂裝工藝。首先確定涂層設(shè)計(jì)總干膜厚度為6

16、00m，分兩道涂裝。當(dāng)然困難僅在水下部位的涂裝。水下涂裝型涂料通?？刹捎媚ㄍ?、刮涂、刷涂等不同的涂裝方法；但為減少不均勻性，減少材料的損耗，我們采用刷涂，以自動(dòng)連續(xù)方式供漆。用一微型泵將調(diào)好的漆抽上來(lái)(流量定制好)，打到自制的刷子中間定向涂刷，并設(shè)一按鈕開(kāi)關(guān)，用于控制泵的開(kāi)停。若是要深入到水下區(qū)涂裝，面臨潛水施工加海水渾濁看不見(jiàn)，可豎立一根導(dǎo)向桿，使導(dǎo)向桿可沿管樁圓周移位，既為刷漆導(dǎo)向，也為前處理除銹導(dǎo)向。對(duì)于海浪和潮水的沖擊，應(yīng)根據(jù)具體的涂料產(chǎn)品對(duì)水流速的許可參數(shù)，適當(dāng)安排施工時(shí)段，或采取相應(yīng)的輔助措施。    (3)施工質(zhì)量檢驗(yàn)、監(jiān)督和評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)。前

17、處理后表面的清潔度要求，應(yīng)按照NACENo.5/SSPC-SP-12標(biāo)準(zhǔn)，可視狀態(tài)做到WJ-2級(jí)(相當(dāng)于ISO8501-1標(biāo)準(zhǔn)Sa2.5級(jí))，水下部位最低WJ-3級(jí)(相當(dāng)于Sa2.0級(jí))；不可視狀態(tài)符合SC-1或SC-2標(biāo)準(zhǔn)要求。不可視狀態(tài)需要控制的具體理化指標(biāo)有：表面氯化物含量少于7g/cm2，可溶性鐵鹽少于10g/cm2，硫化物少于17g/cm2。以上指標(biāo)可按ISO8502標(biāo)準(zhǔn)提供的方法進(jìn)行檢測(cè)獲得。另外，涂裝前要求表面閃銹只允許達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)SSPCVIS4(1)/NACENo.7之輕微(L)或中等(M)級(jí)別，即磨料水射流除銹和清潔后要求盡快刷漆。關(guān)于涂層膜厚及均勻性測(cè)控，這里引入70-30規(guī)

18、則作為評(píng)價(jià)的依據(jù)。具體來(lái)說(shuō)，就是無(wú)論水上水下，只允許不超過(guò)30%的膜厚測(cè)量值低于設(shè)計(jì)膜厚600m，而且其中最低的膜厚測(cè)量值應(yīng)不低于設(shè)計(jì)膜厚的70%，即420m。    (4)適宜施工時(shí)段及季節(jié)性。鋼管樁防腐可以歷史最低潮位為界劃分為水下區(qū)、潮差區(qū)及以上部位兩部分。前者既做陰極保護(hù)，又做涂層保護(hù)；后者只做涂層保護(hù)。當(dāng)維修時(shí)，水下區(qū)的涂層維修施工，應(yīng)設(shè)計(jì)好吊籃及導(dǎo)桿，其它的施工作業(yè)可如常進(jìn)行。然而實(shí)際上，水下區(qū)因有陰極保護(hù)，腐蝕往往并不嚴(yán)重，大部分業(yè)主只要求做潮差區(qū)及以上部位的涂層維修。為使潮差區(qū)的涂層維修全面，一般設(shè)定施工最低位為潮差區(qū)設(shè)計(jì)最低潮位再往下0.5m處。若一天中的低潮位低于1.2m(齊胸)以下的時(shí)間段超過(guò)2h，則為宜施工日。這樣既可保證全天8h施工，又可保證水下施工僅限在1.2m以下的易操作范圍內(nèi)進(jìn)行。據(jù)統(tǒng)計(jì)，除8月下半月、9、10月份外，其余月份都有超過(guò)2/3的天數(shù)為宜施工日。這說(shuō)明施工受制于潮位的影響不大，而且涂裝質(zhì)量易保障。至于季節(jié)性，每年3-7月為最佳施工季節(jié)。    4結(jié)語(yǔ)