李云飛，唐聰，陳韜

（中交天津港灣工程研究院有限公司，天津 300222）

我國(guó)從上世紀(jì)70年代起開(kāi)展了鋼鐵設(shè)施在海洋環(huán)境不同腐蝕區(qū)帶的腐蝕規(guī)律研究[1]，從腐蝕的角度，海洋環(huán)境分為海洋大氣區(qū)、浪花飛濺區(qū)、海水潮差區(qū)、海水全浸區(qū)和海底泥土區(qū)5個(gè)腐蝕區(qū)帶[1-2]。由于碼頭結(jié)構(gòu)終年處于海水及海洋大氣環(huán)境中，長(zhǎng)期受到氯化物、硫化物、海洋微生物以及各種陰、陽(yáng)離子等的腐蝕，碼頭結(jié)構(gòu)不可避免地受到一定程度的腐蝕，直接影響到碼頭的使用年限和安全。

一般情況下，鋼在海洋大氣中的平均腐蝕速度約為0.03～0.08mm/a；而浪花飛濺區(qū)為 0.3～0.5 mm/a。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[1，3-4]。一旦在這個(gè)區(qū)域發(fā)生嚴(yán)重的局部腐蝕破壞，會(huì)大大降低整個(gè)設(shè)施的承載能力，縮短使用壽命，影響安全生產(chǎn)，甚至導(dǎo)致設(shè)施提前報(bào)廢。

目前針對(duì)海洋鋼鐵構(gòu)筑物所采用的防腐措施，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(hù)技術(shù)相結(jié)合的防腐方法，但對(duì)于腐蝕最嚴(yán)重的浪花飛濺區(qū)國(guó)內(nèi)尚未有成熟、經(jīng)濟(jì)、長(zhǎng)效的防護(hù)方法。近年來(lái)，一種新型的防腐蝕技術(shù)——包覆防腐蝕技術(shù)，對(duì)暴露于海洋浪花飛濺區(qū)部位的鋼鐵設(shè)施，包括各種鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土設(shè)施，如跨海大橋、鉆采平臺(tái)和港口碼頭等具有廣泛的適用性，具有長(zhǎng)效經(jīng)濟(jì)的防腐蝕效果。據(jù)此，營(yíng)口港某液體化工碼頭改造工程中，鋼管樁設(shè)計(jì)采用犧牲陽(yáng)極加Denso包覆防腐蝕技術(shù)聯(lián)合防腐措施，對(duì)鋼管樁起到全面而有效的保護(hù)。

1 工程概述

營(yíng)口港某碼頭結(jié)構(gòu)形式為樁基墩臺(tái)式結(jié)構(gòu)，其水位變動(dòng)區(qū)、水下區(qū)（自樁頂以下至海泥面下2m）采用防腐涂層。防腐涂層采用美國(guó)聯(lián)合涂料公司生產(chǎn)的E－160改性聚氨酯涂料，設(shè)計(jì)要求鋼管樁表面除銹等級(jí)為Sa2.5級(jí)，水位變動(dòng)區(qū)（樁頂至標(biāo)高-1.5m段）涂層厚度1mm，水下區(qū)（自標(biāo)高-1.5m以下至海泥面下2m段）涂層厚度0.6 mm，2002年開(kāi)始施工，2004年底竣工并交付使用，設(shè)計(jì)使用年限30 a。

該碼頭投入使用后不久，在例行檢查中發(fā)現(xiàn)水位變動(dòng)區(qū)及水下區(qū)防腐涂層有剝落現(xiàn)象，后已逐漸發(fā)展為大面積剝落并返銹。為確保該碼頭鋼管樁的安全使用和耐久性，需對(duì)碼頭鋼管樁采取防腐措施。

2 保護(hù)方案的確定

該碼頭為已投入使用的成品油及液體化工品碼頭，屬于易燃易爆環(huán)境，從安全、管理和經(jīng)濟(jì)角度考慮，不適宜采用外加電流陰極保護(hù)技術(shù)，因此本工程確定采用犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)技術(shù)。犧牲陽(yáng)極保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)使用壽命為30 a，有效保護(hù)率不小于90%。

對(duì)部分鋼樁的浪花飛濺區(qū)及潮差區(qū)采取Denso礦脂防腐帶冷包纏保護(hù)。Denso防腐蝕保護(hù)系統(tǒng)具有優(yōu)異的防腐性能，其特點(diǎn)是：對(duì)酸、堿、鹽和微生物等有很強(qiáng)的抵抗力，對(duì)水、水蒸氣和氣體都有極強(qiáng)的防滲性能，耐紫外線、耐候性良好，礦脂防腐劑不干裂、不脫落，使金屬完全隔絕空氣和水，而且施工簡(jiǎn)單，對(duì)表面處理要求低。這種防腐蝕系統(tǒng)不含可揮發(fā)性物質(zhì)，適用溫度范圍廣，不含任何有毒物質(zhì)，不可燃，無(wú)污染，采用冷施工方法，不需要?jiǎng)踊穑梢栽诔睗?、水中的環(huán)境下施工。

3 Denso冷包纏防腐技術(shù)

3.1 施工工藝

Denso礦脂防腐帶冷包纏系統(tǒng)由礦脂帶底漆、冷包纏防腐帶和高密度乙烯護(hù)甲組成。在海洋環(huán)境應(yīng)用時(shí)，應(yīng)先用Denso S105礦脂底漆覆蓋清理后的待保護(hù)表面，再包纏Denso海洋礦脂冷纏帶，最后安裝HDPE高密度乙烯護(hù)甲保護(hù)包纏過(guò)的表面。

Denso冷包纏防腐技術(shù)工藝施工簡(jiǎn)便易行，詳細(xì)操作如下：

1）所有被保護(hù)的地方一定要經(jīng)過(guò)徹底的清理和檢查。對(duì)鋼管樁的表面處理要求低，無(wú)需考慮噴砂等嚴(yán)格處理工藝，表面清潔度要求達(dá)到ST2.0級(jí)即可。

2）如果表面有2mm或以上凹痕，必須先用Denso S105礦脂底漆填補(bǔ)，再涂上一層薄薄底漆。如果表面有太深或不規(guī)則的凹痕，可以選用Denso Under Water Mastic水底專用防腐膠泥填滿空隙，使表面平整。小面積可以用手套或海綿涂抹，大面積可以用油漆滾筒涂抹。

3）用礦脂帶包裹樁柱時(shí)，在開(kāi)始和結(jié)束的位置都需要纏繞一個(gè)完整的圓周。一般情況下都是由下往上螺旋形包裹樁柱，帶子重疊不少于50%～55%。不可以有不平滑的摺疊或皺紋出現(xiàn)，避免讓水滲透入帶內(nèi)。礦脂帶一定要緊纏在樁柱上，不可有松散、氣泡或水存在。重疊的邊緣必須弄平，使高層和低層的帶子完全密封。當(dāng)包裹至樁柱頂部時(shí)、用纏繞帶完整纏繞一圈才算完成。

4）安裝護(hù)甲至頂部。在安裝之前，要檢查護(hù)甲是否有破洞、切口或損壞，兩邊焊接的法蘭凸緣是否完整無(wú)損；在安裝之后，要檢查護(hù)甲是否緊密接合，沒(méi)有膨脹凸起或摺縫出現(xiàn)，護(hù)甲與護(hù)甲垂直重疊后，螺栓的位置要一致。

3.2 保護(hù)效果

2008年，該港口選取了10根鋼管樁進(jìn)行Denso高緯度海洋樁柱保護(hù)系統(tǒng)的防腐試驗(yàn)，以觀測(cè)其在北方寒冷冰凍情況下的使用效果。2009年對(duì)該防腐系統(tǒng)進(jìn)行了檢測(cè)：防腐護(hù)甲未出現(xiàn)位移、破損、開(kāi)裂等現(xiàn)象，確實(shí)起到了防冰凌撞擊的保護(hù)作用；護(hù)甲內(nèi)防腐礦脂、礦脂帶及底漆完好，起到了鋼管樁與海水的隔離作用；系統(tǒng)所用螺栓等配件未出現(xiàn)銹蝕、松動(dòng)等現(xiàn)象。初步認(rèn)定為該系統(tǒng)達(dá)到了預(yù)期的防腐效果。

4 犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)設(shè)計(jì)

4.1 保護(hù)電流密度

根據(jù)碼頭所處環(huán)境條件及作業(yè)工況，以及原鋼管樁防腐涂料的設(shè)計(jì)要求和使用現(xiàn)狀，該港區(qū)保護(hù)電流密度取值[5-6]如下：海水中初始值為11mA/m2、維護(hù)值21mA/m2及末期值56mA/m2，泥下區(qū)中保護(hù)電流密度的初始值為25 mA/m2、維持值為20mA/m2及末期值為20mA/m2。

4.2 保護(hù)電位

依據(jù)現(xiàn)行行業(yè)規(guī)范[5-7]，有效保護(hù)期限內(nèi)，鋼管樁水位變動(dòng)區(qū)、水下區(qū)的保護(hù)電位自始至終控制在保護(hù)電位范圍：-780～-1 050mV（相對(duì)Ag/AgCl參比電極）。

4.3 保護(hù)面積和保護(hù)電流

保護(hù)面積和保護(hù)電流見(jiàn)表1。

表1 保護(hù)面積和保護(hù)電流

4.4 犧牲陽(yáng)極型號(hào)、用量與布置

根據(jù)鋼管樁所需初期保護(hù)電流、平均維護(hù)保護(hù)電流、末期保護(hù)電流和犧牲陽(yáng)極的設(shè)計(jì)使用壽命30 a，設(shè)計(jì)選用Al-Zn-In-Mg-Ti合金犧牲陽(yáng)極，其規(guī)格尺寸為1 250mm×（200+240）mm×180mm，每塊陽(yáng)極質(zhì)量為137 kg，實(shí)際安裝884塊。陽(yáng)極盡量均勻布置，使陽(yáng)極電流分布均勻，從而使鋼樁的各部分都得到應(yīng)有的保護(hù)。

5 犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)的實(shí)施

5.1 鋼管樁的電連接

由于該碼頭是在役的危險(xiǎn)品建筑，在碼頭上面設(shè)置測(cè)試點(diǎn)和電連接裝置，因其線路不可能澆筑在混凝土中，暴露在碼頭面上的連接鋼筋可能會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)的安全性帶來(lái)隱患；施工中的敷設(shè)和焊接會(huì)對(duì)碼頭的裝卸作業(yè)造成很大的影響?？紤]到原結(jié)構(gòu)墩臺(tái)鋼樁與鋼筋之間已有電焊連接，因此，要求對(duì)鋼管樁之間的電阻進(jìn)行測(cè)量，若相鄰兩樁電阻大于1Ω，則需采用φ16鋼筋及水下焊接工藝對(duì)鋼管樁進(jìn)行電連接。

5.2 犧牲陽(yáng)極的安裝工藝

陽(yáng)極可采用水下局部排水CO2氣體保護(hù)半自動(dòng)干法焊接工藝，或者采用經(jīng)工程實(shí)踐證明行之有效的水下專用焊條及其配套水下焊接工藝進(jìn)行安裝。每塊陽(yáng)極2個(gè)焊腳、4條焊縫，要求每條焊縫有效長(zhǎng)度大于80mm，焊縫高度大于5mm，焊縫基本連續(xù)、寬度均勻、平整、無(wú)虛焊，焊接牢固可靠。

5.3 鋼管樁保護(hù)電位

保護(hù)電位是評(píng)價(jià)保護(hù)狀態(tài)和保護(hù)效果的重要參數(shù)。保護(hù)電位值在-780～-1 050mV（相對(duì)Ag/AgCl參比電極）之間時(shí)保護(hù)是充分的，保護(hù)效果良好[8]。該工程犧牲陽(yáng)極保護(hù)實(shí)施結(jié)束后，對(duì)鋼管樁保護(hù)電位進(jìn)行抽查，結(jié)果如表2所示。

表2 鋼管樁犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)電位檢測(cè)結(jié)果 mV

6 結(jié)論

目前該碼頭經(jīng)過(guò)礦脂防腐帶冷包纏處理過(guò)的鋼管樁，其外表護(hù)甲在經(jīng)過(guò)兩期冰凌后依然完好，試驗(yàn)證明防腐保護(hù)效果值得肯定；鋼管樁保護(hù)電位均在設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)，犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)的保護(hù)效果良好。

陰極保護(hù)與礦脂防腐帶冷包纏技術(shù)的聯(lián)合保護(hù)是當(dāng)前對(duì)鋼樁整體防腐蝕應(yīng)用的一種較為理想的保護(hù)方法，可供類似鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕參考與借鑒。

[1] 侯保榮.鋼鐵設(shè)施在海洋浪花飛濺區(qū)的腐蝕行為及其新型包覆防護(hù)技術(shù)[J].腐蝕與防護(hù)，2007，28（4）：174-175.

[2] 侯保榮.海洋腐蝕環(huán)境理論及其應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，1999.

[3] 舒馬赫M.海水腐蝕手冊(cè)[M].李大超，楊蔭，譯.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1985：8.

[4] Baorong Hou，Jizhou Duan，Jinglei Zhang，et al.Tests for Hanging Steel Specimens in Seawater[J].MP，2002，41（10）：45-49.

[5] JTS-153-3—2007，海港工程鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范[S].

[6] EN 13174—2001，Cathodic protection for harbour installations[S].

[7] GB/T 4948—2002，鋁-鋅-銦系合金犧牲陽(yáng)極[S].

[8] 劉銳，戴維艾.東營(yíng)港碼頭工程鋼管樁防腐措施及應(yīng)用[J].中國(guó)港灣建設(shè)，2008（3）：21-23.